recent
أحدث المواضيع

التدفئة بالطاقة الشمسية .. كيف؟

التدفئة بالطاقة الشمسية

على الرغم من ارتفاع درجات الحرارة الملحوظ في بلادنا العربية في فصل الصيف الا انه من الملاحظ ايضا ان فصل الشتاء أصبح قاسي البرودة هو الآخر لذلك توجب علينا الحديث عن التدفئة بالطاقة الشمسية.

وفي الحقيقة عملية تدفئة الهواء بالطاقة الشمسية غير معروفة للكثيرين، فكثير ممن يقرأ هذا الموضوع الآن سيسأل نفسه.. هل يمكن التدفئة بالطاقة الشمسية؟ والإجابة - بالطبع نعم، بل ويمكن تكييف الهواء والتبريد بالطاقة الشمسية أيضاً.

دعونا ندخل في الموضوع وسنحاول ان نغطي فيه بشكل مبسط آلية التدفئة وتسخين الهواء باستغلال طاقة الشمس وطريقة عملها وانواعها.

بعض المفاهيم الأساسية

حينما نبدأ بالحديث عن التدفئة بالطاقة الشمسية فهذا يقودنا الي بعض المفاهيم التي يجب ان نذكرها ابتداءً، فعملية التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (Heating, Ventilation & Air conditioning) تسمي اختصاراً ب HVAC وتنطق (أتش فاك) وهذا العلم هو جزأ أصبح مهم جداً في تصميمات الأبنية السكنية والعامة والصناعية ويحكمه مجموعة أكواد عالمية أشهرها ASHRAE.

وهي عملية مهمة جداً للوصول بالمكان الي أكثر وضع مريح بالنسبة لساكنيه أو حتى لتوفير الظروف المناسبة لأغراض صناعية معينة تحتاج الي درجات حرارة ورطوبة وتهوية خاصة.

أما عملية ربط هذا المجال بالطاقة الشمسية كالتبريد والتدفئة وتسخين المياه بالطاقة الشمسية بدأ يتطور سريعاً مؤخراً مع ظهور الحاجة الملحة لدخول مصادر الطاقة المتجددة والبديلة في كافة المجالات لتوفير استهلاكنا المتزايد من الفحم والبترول والغاز الطبيعي.

التعريف بعملية التدفئة بالطاقة الشمسية

التدفئة كأحد استخدامات الطاقة الشمسية يكون المقصود منها، تدفئة المساكن والمباني (سواء كانت صناعية او تجارية او خاصة مثل المستشفيات وخلافه) بالطاقة الشمسية.

التدفئة بالطاقة الشمسية هي ضخ الحرارة المكتسبة في اﻟﻤﺠمعات الشمسية (Solar Collectors) إلى داخل الحيز المراد تدفئته، ولتحقيق هذا الغرض نحتاج إلى استعمال بعض المعدات والأجهزة لنقل التأثير الحراري من اﻟﻤﺠمع الشمسي إلى داخل الحيز.

هناك أكثر من طريقة لاستخدام طاقة الشمس في التدفئة بشكل مباشر أو غير مباشر، فعملية الدفئة في أساسها وبكل بساطة هي عملية ضخ حرارة داخل حيز ما.

وهناك نظامان للتدفئة بالطاقة الشمسية، يستخدم أحدهما الهواء بينما يستخدم الآخر الماء كوسيط:

في نظام التدفئة بالهواء يتم تسخين الهواء في اﻟﻤﺠمعات الشمسية ومن ثم دفعه إلى داخل الحيز بواسطة مروحة.

أما بالنسبة لأنظمة التدفئة الشمسية التي تستعمل الماء كوسيط، فإنها تتضمن مبادلات حرارية يجري عبرها نقل الحرارة من الماء القادم من اﻟﻤﺠمع الشمسي إلى الهواء المدفوع إلى داخل الحيز.

التدفئة بالطاقة الشمسية باستخدام دورة الماء الساخن.

التدفئة بالطاقة الشمسية باستخدام دورة الماء الساخن

تتم عن طريق عمل تبادل حراري بين دورة تسخين مياه مغلقة بالطاقة الشمسية وبين الهواء الذي بالحيز لتسخين الهواء.

وفي هذا النظام يعتبر المجمعات الشمسية التي تقوم بتسخين الماء المار عليها هي الجزء الرئيسي في النظام، وتعد المجمعات الحديثة ذات الانابيب المغرغة Evacuated Tubes أكثر الأشكال فاعلية وانتشاراً في الوقت الراهن سواء لعمليات تدفئة الهواء أو حتى السخانات الشمسية.

المجمعات الشمسية التي تقوم بتسخين الماء تركيب الانابيب المفرغة

الصورة بالأعلى توضح تركيب الانبوب المفرغ حيث انه كما هو واضح يتكون من انبوب زجاجي مطلي بمواد ماصة للضوء بداخله انبوب نحاسي لسهولة انتقال الحرارة والمسافة بينهما تكون مفرغة من الهواء حتى لا يفقد النحاس الحرارة المكتسبة بسهولة وطبعاً بداخل الأنبوب النحاسي يكون السائل الذي هو وسيط التسخين.

نقل الحرارة في الانابيب المفرغة

الصورة بالأعلى توضح مبدأ نقل الحرارة في الأنابيب النحاسية الموجودة في الأنابيب الزجاجية إلى الأنبوب النحاسي الموجود داخل المجمع الشمسي.

التدفئة بالطاقة الشمسية بتدوير الهواء.

التدفئة بالطاقة الشمسية بتدوير الهواء

التدفئة بالطاقة الشمسية بطريقة تدوير الهواء هي أحد ابسط طرق التدفئة وأقلها تعقيداً، فهي عبارة عن مجمعات شمسية زجاجية تستقبل اشعة الشمس الساقطة عليها لتقوم بتسخين الهواء الموجود بداخلها وعن طريق حساس الحرارة عند وصولها لدرجة حرارة معينة ومقارنتها بدرجة الحرارة الموجودة بداخل الحيز المراد تدفئته عن طريق حساس حرارة مثبت داخل الحيز المراد تدفئته، يتم توصيل مراوح وظيفتها تدوير الهواء الدافئ من المجمعات الي الحيز المراد تدفئته.

التدفئة عن طريق مجمع الهواء المفرغ.

تم اختراع هذه التقنية بواسطة conserve engineering inc في عام 1990 وقد عملوا مع وزارة الطاقة في الولايات المتحدة (المختبر الوطني) وقد شارك في تسويق هذه التقنية معهد الدراسات والموارد الطبيعية في كندا، وتم تركيب عدة آلاف من مجمعات الهواء المفرغة في مجموعة متنوعة من المباني التجارية، والتطبيقات الصناعية والمؤسسية والزراعية في أكثر من 30 دولة حول العالم.

تستخدم مجمعات الهواء المفرغة الآن لتجميع الطاقة الشمسية عبر المبنى بأكمله بسبب إنتاجها طاقة عالية (تصل إلى 500 - 600 واط حراري بالذروة / متر مربع، وتعمل بكفاءة عالية تصل إلى (% 80)، كما انها منخفضة في التكاليف عند مقارنتها مع تسخين المياه باستخدام الألواح الشمسية.

التدفئة بالطاقة الشمسية بمجمعات الهواء المفرغة

كما هو واضح في الصورة بالأعلى تقوم مجمعات الهواء المفرغة بتجميع الهواء الخارجي بدلا من استخدام الهواء الموجود في الغرفة، وعادة ما تكون مجمعات الطاقة الشمسية مركبة على الحائط الخارجي لالتقاط زاوية سقوط اشعة الشمس المنخفضة في أشهر الشتاء الباردة.

السطح الخارجي لمجمعات الطاقة الشمسية المفرغة يتكون من آلاف الثقوب الصغيرة جداً، والتي تسمح لطبقة من الهواء المجاور بأن يدخل بانتظام الي تجويف الهواء الموجود خلف الألواح الخارجية.

يتم سحب هذا الهواء الساخن لداخل المبنى عن طريق مراوح سحب في نظام التهوية للمبنى حيث يتم توزيعها بعد ذلك عن طريق الوسائل التقليدية أو باستخدام نظام الطاقة الشمسية عبر الأنابيب.

وقد أظهرت عملية رصد واسعة النطاق من قبل معهد الموارد الطبيعية في كندا، ان نظام تجميع الطاقة الشمسية بواسطة مجمعات الهواء المفرغة تقلل بين 10-50٪ من الحمولة التدفئة التقليدية، كما انها لا تحتاج الي صيانة معقدة وعمرها الافتراضي حوالي 30 عام.

الاشكال المختلفة من المجمعات الطاقة الشمسية المفرغة:

من الممكن ان توضع مجمعات الطاقة الشمسية المفرغة على السطح في الحالات التي تكون غير مناسبة إذا وضعت على الواجهة الجنوبية، أو انها غير مناسبة للمظهر المعماري، في مثل هذه الحالات توضع المجمعات على السطح ويمر الهواء خلال انبوب حراري على طول السطح حتى يصل إلى أقرب وحدة معالجة.

من الممكن أيضاً ان نجمع بين نظام ال PV (الواح الطاقة الشمسية) مع نظام التدفئة بالطاقة الشمسية لخلق نظام هجين لتحقيق أكبر استفادة من الشمس، حيث يتم نقل الحرارة من الجزء الخلفي من الواح الطاقة الشمسية وهذه الطاقة الحرارية تعادل أربع اضعاف الطاقة الكهربية المنتجة من اللوح الشمسي أصلاً، وتنقل هذه الحرارة بواسطة نظام تدفئة الهواء الشمسي، كما ان سحب الحرارة من الالواح الشمسية يساعد نظام الخلايا الشمسية للعمل بكفاءة أكبر.

حاولنا تغطية أشهر طرق التدفئة الشمسية في الوقت الراهن ولكن ذلك لا يعني ان هذه هي كل الأنظمة الموجودة فهناك العديد من الأنظمة المستخدمة للتدفئة بالطاقة الشمسية الأخرى ولكننا كما تعودنا نحاول ان نتحدث بشكل أقرب عن الأنظمة المنتشرة والحديثة.

شارك المقال مع اصدقاءك عبر طرق النشر التالية: