هل تعلم انه يمكن استخدام الطاقة الشمسية في مجال التبريد والتكييف؟، فإن مكيفات الطاقة الشمسية متاحة في الأسواق، وفي هذا الموضوع، سنحاول ان نعبر على آلية عمل التكييف بالطاقة الشمسية وأنواعه المختلفة، والتي اثبتت نجاح، وأصبح لها شركات تنتجها حول العالم.
لماذا مكيفات الطاقة الشمسية؟
عندما يسأل أحد عن إمكانية إدارة منزله بالألواح الشمسية، ثم يبدأ بالحديث عن أن لديه مكيفات بالمنزل، يجد الرد المباشر: حاول أن تلغي أحمال التكييف من على النظام.
وذلك ليس تعسفا، ولكن لابد ان نفهم جيداً أن أحمال المكيف كبيرة جداً، لدرجة انها وحدها قد تعادل أحمال باقي الأجهزة الكهربية الموجودة بالمنزل، فإضافة حمل التكييف على نظام توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية، سيجعلنا نضاعف قدرة النظام.
الأمر الذي يرفع التكلفة علي العميل بشكل كبير، لذلك في هذه الحالة ننظر للتكييف على انه من الكماليات وليس من الأساسيات، فمن غير المعقول ان ازيد من سعر نظام الطاقة الشمسية الذي سأقوم بتركيبه عشرات الآلاف من الجنيهات الإضافية، لمجرد انني اريد ان أجعل التكييف يعمل على مصفوفة الألواح 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 أيضاً مكيفات الطاقة الشمسية، والتي يمكن من خلالها التكييف بالطاقة الشمسية، وفي هذا الموضوع نتحدث عن تلك المكيفات وأنواعها المختلفة وطريقة عمل كل منها.
يوجد عدة انواع من أنظمة التكييف بالطاقة الشمسية:
- التكييف بالامتصاص
- التكييف بالتجفيف
- مكيفات الطاقة الشمسية الهجينة
أولاً: المكيف الشمسي بالامتصاص.
مكيفات الطاقة الشمسية التي تعمل بنظام الامتصاص، المصطلح العلمي لها "Solar Absorption Technology" وهذا النظام يعتمد في مبدأ عمله على اذابة الماء في محلول شديد الامتصاص للماء، وفي الغالب يكون هذا المحلول هو برومايد الليثيوم (Lithium bromide) ويرمز له بالرمز الكيميائي "LiBr".
ودورة الامتصاص هذه تحدث داخل وحدة منفصلة، يتم تركيبها على المكيف الشمسي، وتسمي وحدة "Absorption Chiller".
الصورة بالأسفل توضح دورة تكييف عادية لا تستخدم التكييف بالطاقة الشمسية.
هذا هو النظام العادي الذي نستخدمه بالاعتماد الكلي على الكهرباء، وستلاحظ في المؤشر على اليسار ارتفاع معدل الاستهلاك الكهربي، أما الصورة بالأسفل، لاحظ انخفاض معدل استهلاك الكهرباء بعد اضافة وحدة الامتصاص والمجمع الشمسي، ليعمل التكييف بالطاقة الشمسية.
لاحظ انخفاض معدل استهلاك الكهرباء بعد اضافة نظام التكييف بالطاقة الشمسية باستخدام تكنولوجيا الامتصاص، وللعلم وحدة الامتصاص 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 مكيف طاقة شمسية، او سخان شمسي او وحدة تدفئة بالطاقة الشمسية، وله العديد من الأشكال والانواع، وأفضلها 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.
ثانياً: مكيف شمسي بنظام التجفيف.
قبل ان نتحدث عن مكيفات الطاقة الشمسية بالتجفيف، أو ما يعرف ب "Solar Desiccant"، يجب ان نتحدث قليلا عن الفرق بين الحرارة الكامنة، والحرارة المحسوسة.
الهواء المحيط بنا يتضمن حرارة محسوسة "Sensible heat"، وحرارة كامنة "Latent heat"، فالحرارة 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 مكيفات الطاقة الشمسية بالتجفيف، فهي تعمل على نزع الرطوبة من الهواء الداخل الي الحيز المراد تكييفه، وذلك بتمرير الهواء على 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 جزء من هذه العجلة بالأعلى، وجزأ بالأسفل، وهذه العجلة تحتوي على مادة ماصة للرطوبة كما ذكرنا.
والغرفة العلوية يوجد بها مبادل حراري "Heat exchanger"، وهو عبارة عن مواسير نحاسية تدور فيها مياه ساخنة تأتي من المجمع الشمسي، ووظيفتها تسخين الهواء في الغرفة العلوية حتى يتبخر الماء الذي امتصته العجلة الماصة من الهواء الداخل للحيز المراد تكييفه، وهكذا تستمر الدورة.
ثالثاً: مكيف الطاقة الشمسية الهجين.
في مكيفات الطاقة الشمسية الهجينة "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 بالأعلى، دورة التبريد أو التكييف العادية بكل أجزائها موجودة في هذا النظام، من ضاغط "Compressor" ومكثف "Condenser" ومجفف "Receiver Dryer" وصمام تمدد "Expansion valve" ومبخر "Evaporator"، وهذه كلها هي مكونات دورة التبريد أو التكييف العادية.
ولكن في هذا التكييف بالطاقة الشمسية الهجين يتم استخدام حرارة الشمس للتقليل بشكل كبير جداً من كمية الشغل الذي يبذله الضاغط مما يقلل بشكل كبير من استهلاكه للكهرباء.
ويتم ذلك عن طريق استخدام مجمع شمسي عالي الكفاءة من نوع الانابيب المفرغة، ومبادل حراري ليقوم بعمل تبادل حراري بين الماء الساخن الخارج من المجمع الشمسي، وسائل التبريد الموجود في دورة التبريد.
مما يجعل سائل التبريد الداخل الي الضاغط يدخل اليه بدرجة حرارة عالية، وبذلك نكون قد ساعدنا الضاغط مساعدة كبيرة، وقللنا بشكل كبير من الشغل المبزول لإتمام مهمته في رفع ضغط وحرارة سائل التبريد، وفي هذه الحالة يمكن استخدام ضاغط أصغر ونوفر ما يقرب من 50% من استهلاك الكهرباء.
علمنا الآن انه يمكن استخدام الطاقة الشمسية في التكييف، وذكرنا اهم انواع واشكال مكيفات الطاقة الشمسية، وركزنا في كلامنا على المكيفات الشمسية المتوفرة بالفعل في الاسواق، ولكن ليست هذه كل الأنظمة المستخدمة للتكييف بالطاقة الشمسية، ولكن هذه هي أشهر الأنظمة.
كما حاولنا ان نعبر عليها سريعا ونذكر قشور عنها دون تعمق، حتى 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.