هل يمكن فعلا ان نقوم بعملية التبريد او التكييف بالطاقة الشمسية؟
سألت عدد من الناس هذا السؤال, ووجدت ان معظم الناس منهم من درس العلوم الهندسية, لا يعلمون انه يمكن استخدام الطاقة الشمسية في مجال التبريد والتكييف, فأنظمة التبريد والتكييف بالطاقة الشمسية متاحة الآن, وفي هذا الموضوع, سنحاول ان نعبر علي عدد من انظمة التبريد بالطاقة الشمسية,وكذلك التكييف بالطاقة الشمسية, والتي اثبتت نجاح, وأصبح لها شركات تنتجها حول العالم.
التبريد و التكييف بالطاقة الشمسية
عندما يسأل أحد عن إمكانية إدارة منزله بالطاقة الشمسية, ثم يبدأ بالحديث عن أن لديه تكييفات, يجد الرد المباشر : حاول أن تلغي أحمال التكييف من علي نظام الطاقة الشمسية.
وذلك ليس تعسفا, ولكن لابد ان نفهم جيدا أن أحمال التكييفات كبيرة جدا, لدرجة انها وحدها قد تعادل أحمال باقي الأجهزة الكهربية الموجودة بالمنزل, أو قد تزيد, فإضافة حمل التكييف علي نظام توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية, سيجعلنا نضاعف قدرة نظام الطاقة الشمسية, الأمر الذي يرفع التكلفة علي العميل بشكل كبير, لذلك في هذه الحالة ننظر للتكييف علي انه من الكماليات وليس من الأساسيات, فمن غير المعقول ان ازيد من سعر نظام الطاقة الشمسية الذي ساقوم بتركيبه عشرات الآلاف من الجنيهات الأضافية, لمجرد انني اريد ان أجعل التكييف يعمل بالطاقة الشمسية.
ولكن ليست هذه هي النهاية مع الطاقة الشمسية, والتي تعودنا منها دائما علي الحلول المباشرة, فكما تحدثنا سابقا عن تسخين المياه بالطاقة الشمسية وسخانات المياه بالطاقة الشمسية والتي تقوم بتوفير المياه الساخنة بشكل مباشر من الشمس بدون كهرباء, والتي تجعلنا نستغني عن سخانات المياه الكهربائية بالمنزل, هناك أيضا طرق للتبريد والتكييف بالطاقة الشمسية, والتي يمكن من خلالها تشغيل التكييف بالطاقة الشمسية, وهذا هو ما سنتحدث عنه في هذا الموضوع.
يوجد عدة انواع من انظمة التبريد بالطاقة الشمسية او التكييف بالطاقة الشمسية والتي تعرف بأنظمة التبريد والتكييف بالطاقة الشمسية, وفيما يلي عرض سريع لهذه الأنواع.
التبريد والتكييف بالطاقة الشمسية بالإمتصاص
أو تكنولوجيا التبريد بالطاقة الشمسية بالأمتصاص, أو تكنولوجيا التكييف بالطاقة الشمسية بالإمتصاص, والمصطلح العلمي لها Solar Absorption Technology, وهذا النظام يعتمد علي مبدأ عمل أساسه اذابة الماء في محلول شديد الامتصاص للماء, في الغالب يكون هذا المحلول هو برومايد الليثيوم ( Lithium bromide ) ويرمز له بالرمز الكيميائي LiBr.
ودورة الامتصاص هذه تحدث داخل وحدة منفصلة, يمكن تركيبها علي نظام التبريد او التكييف الكهربي العادي, وتسمي وحدة Absorption Chiller
الصورة بالأسفل توضح دورة تكييف عادية لا تستخدم التكييف بالطاقة الشمسية.
هذا هو النظام العادي الذي نستخدمه بالأعتماد الكلي علي الكهرباء, وستلاحظ في المؤشر علي اليسار ارتفاع معدل استهلاك الكهرباء, أما الصورة بالأسفل, لاحظ معدل استهلاك الكهرباء بعد اضافة وحدة الامتصاص والمجمع الشمسي, ليعمل التكييف بالطاقة الشمسية بشكل تكاملي مع التكييف العادي ( سنتحدث عن المجمع الشمسي بعد قليل )
لاحظ انخفاض معدل أستهلاك الكهرباء بعد اضافة نظام التكييف بالطاقة الشمسية باستخدام تكنولوجيا الأمتصاص, وللعلم وحدة الإمتصاص هذه تباع كوحدة واحدة.
المجمع الشمسي الحراري
المجمع الشمسي الحراري مصطلحه العلمي هو Solar thermal collector, وهي الوحدة الأساسية لأي نظام حراري يعمل بالطاقة الشمسية, فهي الوحدة المسؤولة عن نقل الحرارة من الشمس الي التطبيق المراد, سواء كان التبريد او التكييف بالطاقة الشمسية, او تسخين المياه بالطاقة الشمسية او التدفئة بالطاقة الشمسية, وله العديد من الأشكال والانواع, وأفضلها الآن هو المجمعات من النوع الأنابيب المفرغة.
كنا في موضوع سابق قد تحدثنا عن انواع المجمعات الشمسية بشكل أكثر تفصيلا يمكنك قراءة موضوع سخانات الطاقة الشمسية للمزيد من المعلومات عنها.
التكييف بالطاقة الشمسية بالتجفيف
قبل ان نتحدث عن التكييف بالطاقة الشمسية بالنجفيف أو ما يعرف ب Solar Desiccant, يجب انت نتحدث قليلا عن الفرق بين الحرارة الكامنة , والحرارة المحسوسة.
من المعروف أن الهواء المحيط بنا يتضمن حرارة محسوسة Sensible heat, وحرارة كامنة Latent heat, الحرارة المحسوسة جميعنا يعلمها وهي درجة الحرارة التي يمكن قياسها بالترمومتر, أما الحرارة الكامنة فتتمثل في نسبة بخار الماء الموجود في الهواء داخل الحيز أو الحجرة المراد تكييفها.
فكلما قلت نسبة بخار الماء, ازداد معدل انتقال الحرارة بين جسمك والهواء المحيط بك, وبالتالي تشعر بأن درجة الحرارة انخفضت, ويزداد شعورك بالراحة, وهذه هي فكرة عمل التكييف بالطاقة الشمسية بالتجفيف, فهو يعمل علي نزع الرطوبة من الهواء الداخل الي الحيز المراد تكييفه, وذلك بتمرير الهواء علي مادة ماصة للرطوبة, كالسليكا جيل Selica Gel, وأشهر تطبيقات هذا النوع هو Desiccant Wheel, والموجودة بالصورة بالأسفل
وحدة التكييف بالطاقة الشمسية بالتجفيف وكما هو واضح, تنقسم الي غرفتين, والعجلة الماصة Desiccant Wheel تدور بينهما, أي ان جزأ من هذه العجلة بالأعلي, وجزأ بالأسفل, وهذه العجلة تحتوي علي مادة ماصة للرطوبة كما ذكرنا.
والغرفة العلوية يوجد به مبادل حراري Heat exchanger, وهو عبارة عن مواسير نحاسية تدور فيها مياه ساخنة تأتي من المجمع الشمسي ,ووظيفتها تسخين الهواء في الغرفة العلوية حتي يتبخر الماء الذي امتصته العجلة الماصة من الهواء الداخل للحيز المراد تكييفه, وهكذا تستمر الدورة.
التكييف بالطاقة الشمسية الهجين
في التكييف بالطاقة الشمسية الهجين "Hybrid solar conditioning", يحدث تكامل ما بين التكييف العادي بكل مكوناته, ووحدة التسخين بالطاقة الشمسية, والتي هي عبارة عن مجمع شمسي من نوع الأنابيب المفرغة.
فكما هو واضح بالأعلي, دورة التبريد أو التكييف العادية بكل أجزائها موجودة في هذا النظام, من ضاغط Compressor, ومكثف Condenser, ومجفف Receiver Dryer, و صمام تمدد Expansion valve, و مبخر Evaporator, وهذه كلها هي مكونات دورة التبريد أو التكييف العادية, ولكن في هذا النظام التكاملي يتم أستخدام حرارة الشمس للتقليل بشكل كبير جدا من كمية الشغل الذي يبذله الضاغط Compressor, مما يقلل بشكل كبير من أستهلاكه للكهرباء.
ويتم ذلك عن طريق استخدام مجمع شمسي عالي الكفاءة من نوع الانابيب المفرغة Vacuum tube Collector, ومبادل حراري Heat exchanger, ليقوم بعمل تبادل حراري بين الماء الساخن جدا الخارج من المجمع الشمسي, وسائل التبريد الموجود في دورة التبريد, مما يجعل سائل التبريد الداخل الي الضاغط يدخل اليه بدرجة حرارة عالية جدا, ووظيفة الضاغط بالأساس هي رفع ضغط ودرجة حرارة سائل التبريد, وبذلك نكون قد ساعدنا الضاغط مساعدة كبيرة, وقللنا بشكل كبير من الشغل المبزول لاتمام عملية التبريد أو التكييف, وفي هذه الحالة يمكن إستخدام ضاغط أصغر ونوفر ما يقرب من 50% من استهلاك الكهرباء.
علمنا الآن انه يمكن استخدام الطاقة الشمسية في مجال التبريد والتكييف, وذكرنا اهم انواع واشكال التبريد بالطاقة الشمسية أو التكييف بالطاقة الشمسية, وركزنا في كلامنا علي تطبيقات التبريد والكييف بالطاقة الشمسية والمتوفرة بالفعل في الاسواق, ولكن ليست هذه كل الأنظمة المستخدمة للتبريد والتكييف بالطاقة الشمسية, ولكن هذه هي أشهر الأنظمة, حاولنا ان نعبر عليها سريعا ونذكر قشور عنها دون تعمق, حتي لا نطيل ونجعل الأمر يبدو معقدا, لأن مثل هذه المواضيع لو تعمقنا في الكلام فيها لن يستطيع ان يفهمها الا من له خلفية متعمقة بأنظمة التبريد والتكييف العادية.
إن أعجبك الموضوع, فلا تنسي مشاركته مع اصدقائك, وذلك عبر احد وسائل التواصل الاجتماعي, والموجودة أسفل الموضوع, أعاننا الله وإياكم علي نشر العلم النافع.