حتى الآن، كنتَ تعلم أن الألواح الشمسية تُستخدم لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. ولكن استخدام الطاقة الشمسية مع أجهزة أخرى لأغراض التدفئة ممكن أيضًا. هل تعلم ذلك؟ كيف يُمكن استخدام الطاقة الشمسية بدون خلايا شمسية؟ ستكتشف ذلك في قسم "التدفئة الشمسية النشطة" مقابل "التدفئة الشمسية السلبية". أيضًا، كيف تختلف الطاقة الشمسية النشطة عن الطاقة الشمسية؟ لا بد أنك تتساءل أيضًا عن كيفية عمل الطاقة الشمسية النشطة؟
ما هو نظام الطاقة الشمسية النشط؟
يشير مصطلح الطاقة الشمسية النشطة إلى أنظمة التدفئة الحرارية. تُعد الطاقة الشمسية مصدرًا أساسيًا للطاقة المتجددة، إلى جانب كونها مصدرًا للحرارة والضوء لجميع الكائنات الحية. يشير مصطلح نظام الطاقة الشمسية النشط إلى نوع النظام المستخدم. تُعتبر محطات الطاقة الشمسية الحرارية التي تستخدم الإلكترونيات والأجزاء المتحركة وأجهزة التحكم الإلكترونية جزءًا من أنظمة الطاقة الشمسية النشطة. تُستخدم هذه الأنظمة للتدفئة وتوليد الكهرباء للمنازل والمجتمعات. بهذا، تكون قد تعرفت على نظام الطاقة الشمسية النشط.
كيف تعمل الطاقة الشمسية النشطة؟
تُعدّ الخلايا الكهروضوئية أساس عمل الطاقة الشمسية النشطة. فهي تقوم بمهمة تجميع الطاقة الشمسية المُستقبَلة من الشمس على شكل فوتونات. إلا أن للطاقة الشمسية النشطة تصميمين أساسيين للعمل: النظام الحراري والنظام الكهروضوئي.
1. عمل النظام الحراري
يعمل هذا النظام عن طريق جمع ضوء الشمس وتركيزه لإنتاج حرارة عالية الحرارة لتوليد الكهرباء. يتكون النظام الحراري من مُستقبِلات وعاكسات على شكل مرايا تلتقط أشعة الشمس الساقطة عليها وتُركِّزها. خلال النهار، يجمع نظام تخزين الطاقة الشمسية الطاقة الشمسية ويستخدمها بعد غروب الشمس.
يُسخّن سائل نقل الحرارة ويُدوّر في حاويات مُستقبِلة، مُنتِجًا البخار. تعمل الطاقة الميكانيكية للبخار داخل التوربينات، وتُشغّل مولدًا كهربائيًا لإنتاج الكهرباء.
2. عمل النظام الكهروضوئي
يتم استخدام الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون امتصاص الطاقة الشمسية وإنشاء مجال كهربائيالألواح الشمسية مُغطاة بمواد أخرى تُمكّن كل جانب علوي وسفلي من حمل شحنة موجبة أو سالبة. الفوسفور المستخدم في الطبقة العليا يجعلها مشحونة سالبًا، والبورون المستخدم في الطبقة السفلية يُعطيها شحنة موجبة. تنتقل الطاقة الناتجة عن حركة الإلكترونات بحرية إلى الأسلاك عبر الصفائح المعدنية الموصلة على جانبها. تُحوّل هذه الطاقة المتدفقة من الخلايا الشمسية إلى الأسلاك إلى كهرباء، تُستخدم بالتالي للتدفئة وأغراض أخرى. بعد ذلك، لنرَ أنواع الطاقة الشمسية النشطة الثلاثة.
اقرأ أيضا: 3 أنواع رائدة من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية
ما هي أنواع الطاقة الشمسية النشطة الثلاثة؟
بناءً على تطبيقاتها، ما هي الأنواع الثلاثة النشطة للطاقة الشمسية: مذكورة أدناه.
1. التدفئة الشمسية النشطة للمسبح
من خلال هذا النظام ، يتم تسخين مياه حمام السباحة بالطاقة الشمسيةخلال هذه العملية، يمرّ ماء المسبح عبر مجمعات شمسية لتسخينه. وعندما يصل الماء إلى درجة الحرارة المثالية، يُعاد إلى المسبح عبر الأنابيب. في هذه العملية، لا حاجة لخزان تخزين.
2. التدفئة الشمسية النشطة للمساحات
تُستخدم المعدات الميكانيكية، مثل المضخات والمراوح والقنوات، لجمع الحرارة وتخزينها وتوزيعها في جميع أنحاء المساحة أو الهواء داخل المنزل. يمكن استخدام التدفئة الشمسية النشطة للمساحة على أساس الهواء أو على أساس السائل. بعد التعرف على كيفية عمل الطاقة الشمسية النشطة، من المثير للاهتمام معرفة جوانب أخرى أيضًا.
- الأنظمة الجوية تُستخدم حاويات الصخور أو الكتل الحرارية لحفظ الحرارة. ولتوزيعها، تُستخدم نفس المنافيخ والقنوات.
- الأنظمة القائمة على السوائل يستخدم نظام الهواء القسري المركزي، أو ألواح التدفئة المشعة، أو ألواح تسخين الماء، أو المضخات. تُستخدم خزانات تخزين كبيرة لتخزين وتوزيع الحرارة. وهو مناسب لأنظمة التدفئة المشعة، ومضخات التدفئة بالامتصاص، والغلايات المزودة بمشعات الماء الساخن.
3. تسخين المياه بالطاقة الشمسية النشطة
وهذا ينطبق على الاستخدامات المنزلية التي تقوم المضخات بتدوير الماء أو سائل نقل الحرارة في جميع أنحاء النظام. غير المباشر والمباشر هما نوعان من أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية النشطة.
انظر أيضا: 5 طرق لحصاد الطاقة الشمسية
ما هي مكونات نظام الطاقة الشمسية النشط؟ ما آلية عمل نظام التدفئة الشمسية النشط؟
المكونات الرئيسية للنظام الشمسي النشط أو نظام التدفئة الشمسية النشط هي كما يلي:
- ضوابط المجمع
- ضوابط تخزين الحرارة
- ضوابط التوزيع
يتضمن عمل نظام التدفئة الشمسية النشط استخدام الأجهزة المذكورة أعلاه لالتقاط الإشعاع الشمسي وتحويله إلى طاقة حرارية. كما يستخدم المجمعات المسطحة والألواح المشعة لأداء عمله.
1. المجمعات ذات اللوحة المسطحة: هو نوع من المجمعات الشمسية الحرارية يُستخدم لجمع وتخزين حرارة الشمس. وهو عبارة عن صفيحة ماصة داكنة اللون موضوعة في صندوق معزول. يسخن ضوء الشمس الذي تمتصه الصفيحة السائل الذي يمر عبرها.
2. الألواح المشعة: كما أنها نوع من المجمعات الحرارية التي يمتص ضوء الشمس ويحوله إلى حرارة. يتم نقل هذا إلى البيئة من خلال إشعاع. وهو مفيد في تدفئة أرضيات أو جدران الغرفة، وهو ثلاثة أنواع: السقف، والأرضية، والجدار.
3. الضوابط: تُستخدم المفاتيح والمحركات والمستشعرات لتشغيل النظام. تساعد أدوات التحكم في تجنب درجات حرارة مرتفعة للغاية أو متجمدة. لمراقبة درجة الحرارة في أجزاء مختلفة من النظام، تُستخدم أدوات تحكم أخرى لتحديد مستويات التشغيل. تُستخدم أنظمة متطورة مزودة بمعالجات دقيقة للتحكم في نقل الحرارة وتحسينه، بالإضافة إلى توصيلها إلى خزانات التخزين وأجزاء مختلفة من المنزل. مع ذلك، يُعدّ التعرّف على مكونات النظام بعد تعلم كيفية عمل الطاقة الشمسية النشطة أمرًا مفيدًا.
- ترموستات تفاضلي: ويعتبر قلب نظام التحكم، وهو يقيس فروق درجات الحرارة بين وحدات التخزين والمجمعات. في حال ارتفاع درجة حرارة المجمع عن وحدات التخزين (بفارق يتراوح بين ١٠ و٢٠ درجة فهرنهايت)، يُشغّل منظم الحرارة المروحة أو المضخة. هذا الهواء أو الماء الذي يمر عبر المجمع يُسخّن المنزل أو وسط التخزين.
لماذا استخدام الطاقة الشمسية النشطة؟
إن استخدام الطاقة الشمسية النشطة يعد فرصة جيدة لأنها استثمار لمرة واحدة مع عوائد مدى الحياة. نعم، سيتم استرداد المبلغ الذي أنفقته على تركيب النظام خلال خمس سنوات أو أقل، وذلك من خلال توفير فواتير الخدمات. قد تختلف تكاليف التركيب، ولكن عمره الافتراضي يبلغ حوالي ٢٠ عامًا أو أكثر في ظل ظروف مناسبة.
ومن الأسباب الأخرى لاستخدامنا الطاقة الشمسية النشطة أنها تُقلل من انبعاثات الكربون، وتُسهم في الحد من تلوث الهواء وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري. وهذا يُفسر سبب استخدام الطاقة الشمسية النشطة.
انظر أيضا: إعدادات وحدة التحكم في شحن الطاقة الشمسية
ما هو الفرق بين التدفئة الشمسية النشطة والتدفئة الشمسية السلبية؟
لفهم الأمور بشكل أفضل هنا قائمة الإيجابيات والسلبيات الفرق بين التدفئة الشمسية النشطة والتدفئة الشمسية السلبية.
1. التدفئة الشمسية النشطة
أ) الإيجابيات
- تم تخفيض فواتير الكهرباء مع استهلاك كمية أقل من الكهرباء لأغراض التدفئة.
- في حالة معدل التحويل، يكون نظام التدفئة النشط هو أكثر فعالية.
- يمكن أن يكون تثبيت بسهولة في أي مكان.
- إنه ل صديقة للبيئة خيار التدفئة الذي يتم من خلاله تقليل البصمة الكربونية.
- الطاقة المولدة لـ أغراض التدفئة يمكن أيضًا تحويلها إلى كهرباء لتشغيل الأجهزة المنزلية.
ب) السلبيات
- التثبيت ذو تكلفة باهظة حيث يتعين تثبيت الكثير من المعدات مثل الألواح الشمسية والمبادلات الحرارية والموزعين.
- بالإضافة إلى ذلك، تتطلب الصيانة المنتظمة اسعارنا محددة من قبل وزارة العمل.
- A مطلوب مساحة كبيرة لتثبيت عدد من الأجهزة.
- آخر مصدر الطاقة مطلوب لتشغيل المراوح والمضخات.
- كمية الطاقة المولدة هي لا يمكن التنبؤ به وقد يعوقها خلل في عمل الألواح الشمسية.
2. التدفئة الشمسية السلبية
أ) الإيجابيات
- باستثناء صيانة المبنى، لا صيانة إضافية هو مطلوب.
- تساعد خفض فواتير الخدمات وهي طريقة أخرى لكيفية عمل الطاقة الشمسية النشطة لتوفير النفقات.
- لا يتطلب الأمر وجود مجمع إضافي لأن الأرضيات والجدران تعمل كمجمعات للحرارة.
- لا حاجة لمصدر طاقة إضافي
- يقلل من البصمة الكربونية وهو صديق للبيئة
ب) السلبيات
- A مسار واضح ضروري لدخول ضوء الشمس إلى المنزل.
- أي اعتراض في مسار ضوء الشمس يقلل من كفاءته.
- الفواتير من أجهزة التدفئة هي لم يتم القضاء عليها بشكل كامل ولكن تم تخفيضها إلى حد ما فقط.
- الحرارة الممتصة تخدم غرضًا واحدًا فقط وهو التدفئة لا يمكن تحويلها إلى كهرباء.
- أنه ليست فعالة كأنظمة التدفئة الشمسية النشطة.
ولتلخيص ذلك، فيما يلي جدول للمقارنة بين نظامي التدفئة.
| المعاملات | نظام التدفئة النشط | نظام التدفئة السلبي |
| جمع الطاقة الشمسية | في حاويات منفصلة | ضمن عناصر وأغراض المنزل ذات الكتلة الحرارية العالية |
| التكلفة | غالية | أقل تكلفة |
| منزل | يستخدم في أي نوع من المنازل | مطلوب هيكل منزل مخطط بشكل صحيح |
| المدينة المنورة - بجوار المسجد النبوي | يمكن تثبيته بسهولة في أي مكان | الأماكن التي تحتوي على ما يكفي من ضوء الشمس إلزامية |
| معدات ميكانيكية | مطلوب لجمع وتوزيع الحرارة | غير مطلوب |
انظر أيضا: توصيل الألواح الشمسية على التوالي مقابل التوازي
هل الطاقة الشمسية النشطة أم السلبية أفضل؟
لكلٍّ من الطاقة الشمسية النشطة والسلبية إيجابياتها وسلبياتها. ومع ذلك، عند تحديد أيهما أفضل، عليك مراعاة بعض النقاط.
- مصدر الطاقة:الطاقة الشمسية النشطة لا تحتاج إلى أي مصدر طاقة آخر سوى الشمس، بينما تعتمد الطاقة الشمسية السلبية بشكل أكبر على الطقس.
- الأجهزة:يستخدم النظام الشمسي النشط الألواح الشمسية التي يسهل صيانتها، بينما يستخدم النظام الشمسي الذاتي والسلبي الديناميكا الحرارية.
- التكلفة:تعتبر أنظمة الطاقة الشمسية النشطة مكلفة لأنها تتضمن تركيب أنظمة الألواح الشمسية، في حين أن الطاقة الشمسية السلبية ميسورة التكلفة.
لذا، إذا كنت تفضل خيارات أقل تكلفة، يمكنك التفكير في الطاقة الشمسية السلبية، ولكن شخصيًا، تُعدّ الطاقة الشمسية النشطة أفضل. والسبب هو إمكانية استخدام الحرارة والطاقة المُولّدة من هذا النظام النشط لأغراض أخرى، مثل تشغيل الأجهزة المنزلية الأخرى. بهذا، يجب أن تكون قد فهمت أيهما أفضل: الطاقة الشمسية النشطة أم السلبية.
كان من المثير للاهتمام معرفة كيفية عمل الطاقة الشمسية النشطة وكيف تُسهم في تقليل البصمة الكربونية. ومع ذلك، عند مقارنة التدفئة الشمسية النشطة بالتدفئة الشمسية السلبية، اتضحت نقطة مهمة. إذا كنت تُقدّر الكفاءة، فإن نظام التدفئة الشمسية النشطة هو الأفضل؛ وإلا، فلديك خيار آخر. بالمناسبة، هل تستخدم أنظمة التدفئة الشمسية؟ نود أن نسمع آراءكم حولها، وأيها تُفضّل.
