| تفاصيل الخبر |
نظام-التجفيف-الشمسي
2016-06-28
نظام التجفيف الشمسي
(المجمع الهوائي الشمسي)
مقدمـــــــة
في كل ثانية، والشمس تولد كميات هائلة من الطاقة تسمى (الإشعاع الشمسي). تشع الطاقة إلى الفضاء، كضوء الشمس بنسبة (47٪)، والأشعة فوق البنفسجية (7٪) والأشعة تحت الحمراء أو الحرارة (46٪). وجزء واحد في المليار من هذه الطاقة تعترضه الأرض وهذه الكمية بالرغم من صغرها لاتزال تعتبر هائلة. الطاقة الشمسية هي مصدر لا ينضب من الطاقة كبيرة جدا. الطاقة من الشمس التي تتلقاها الأرض حوالي 1.8 × 1110 ميجاوات، والذي هو عدة آلاف المرات أكبر من معدل الاستهلاك في الأرض من جميع مصادر الطاقة التقليدية[1].
وبالتالي، من حيث المبدأ، يمكن للطاقة الشمسية تجهيز جميع احتياجات الطاقة في الحاضر والمستقبل للعالم على أساس مستمر. هذا يجعل منها واحدة من مصادر الطاقة غير التقليدية الواعدة.
كما أن علاقة الطاقة النظيفة بالجوانب البيئية جذبت اهتماما واسعا من العلماء والباحثين، حيث انه يمكن التقليل من انبعاثات CO2 على البيئة من خلال تجفيف المنتجات الزراعية باستخدام أنظمة الهواء الشمسية (أي المجمعات الهوائية الشمسية) بدلا من المجففات التقليدية. التي تستهلك الكثير من الطاقة سنويا، وبالتالي فإن استخدام الطاقة الشمسية النظيفة سيوفر الطاقة الكهربائية وتقليل الاعتماد على الطاقة التقليدية.
نظام التجفيف الشمسي
هو نوع من الأنظمة التي تقوم بجمع الطاقة الشمسية وتحويلها إلى حرارة. والفكرة العامة هي أن الهواء يتدفق من خلال المجمع الشمسي، والحرارة المنبعثة من الشمس تستخدم بطبيعة الحال إلى رفع درجة حرارة الهواء. وبعبارة أخرى، يتم تسخين، الهواء الخارجي البارد وتسليمه إلى الحيز المطلوب. المجمع يتكون من طبقة خارجية من الزجاج التي تتعرض لأشعة الشمس. لتدوير الهواء في المجمعات الشمسية الهوائية يتطلب حيز والذي يُدور بطريقتين الاولى اعتمادا على مبدأ الطفو أي القوى المحركة الطبيعية (تأثير الطفو) والثانية بواسطة مروحة والتي هي أكثر تأثيراَ.
ويمكن تصنيف المجمعات الشمسية إلى ثلاث مجموعات:
• المجمعات الشمسية البسيطة (Flat-plate collectors). الشكل (2).
• المجمعات الانبوبية المفرغة (Evacuated-tube collectors). الشكل (3).
• المجمعات الشمسية المركزة (Focusing collectors). الشكل (4).
• المجمعات الشمسية البسيطة (Flat-plate collectors).
عموما، يتكون هذا المجمع من الأجزاء الرئيسية التالية. الشكل (1):
1. اللوح الماص (An Absorber Plate): ويمثل الجزء الرئيسي والاهم في المجمع وظيفته امتصاص الطاقة المسلطة من قبل الشمس وتحويلها الى حرارة بواسطة التبادل الحراري بين اللوح الماص ومائع التشغيل (الهواء ،الماء. الخ) عن طريق الحمل الحر او القسري.
2. الغطاء الشفاف (A transparent cover): وعادة ما يستخدم هذا الغطاء من الزجاج التجاري. وظيفته نقل كمية كبيرة من طيف الضوء ذو الموجة القصيرة، وجزء قليل جدا من الحرارة المنبعثة من اللوح الماص يتشتت من خلال هذا الغطاء (ظاهرة الاحتباس الحراري) [2]. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الغطاء يمنع تأثير الرياح (Wind Effect) من حَمل الحرارة المكتسبة (عن طريق الحمل الحراري). أيضا، الغطاء يعمل على حماية اللوح الماص من الظروف الجوية السيئة كالمطر الخ ويفضل سمك الزجاج لا يتجاوز (3 ملم) لتقليل من الخسائر البصرية.
3. هيكل المجمع (The collector frame): في المراحل المبكرة من استخدام المجمعات الشمسية، كانت المواد المستخدمة كإطار للمجمع الألومنيوم أو الصلب المغلون، وأحيانا يتم استخدام الألياف الزجاجية كالبلاستيك المقوى [2]. في الوقت الحاضر يتم تصنيع هيكل المجمع من الخشب كعازل وهيكل في آن واحد وبسمك يتراوح بين (18-25 ملم) لأنها أخف وزنا وأقوى وأرخص وبمرونة عالية.
4. العزل (The insulation): يجب ضمان عزل المجمع الشمسي من الجوانب وكذلك الجانب السفلي لتقليل خسائر الحرارة الناتجة عن طريق التوصيل للوسط الخارجي وهذه الخسائر تقلل من كفاءة المجمع. وعادة العزل هو من رغوة البولي يوريثان أو الصوف المعدني، الألياف المعدنية في بعض الأحيان هي مواد عازلة مثل الصوف الزجاجي والصوف الصخري.
الشكل (1) الاجزاء الرئيسية للمجمع الهوائي الشمسي البسيط
مجمع السخان الهوائي ]3.[
مزايا نظام التجفيف الشمسي
1. أفضل امتصاصية للطاقة الشمسية دون قيود او أعاقة (الكسب الشمسي المباشر) اذا ما قورنت مع التقنيات التقليدية السلبية للطاقة الشمسية.
2. افضل خزن للحرارة المكتسبة في البنايات المصممة جدرانها للكسب الحراري وتحريرها في الوقت الذي لا يوجد فيه شمس.
3. أنها تقلل من تكاليف استهلاك الطاقة في المباني.
4. وبالمقارنة مع المجمعات المائية، ليس هناك حاجة إلى أية معالجة كيميائية وفي حالة وقوع ضرر، أنها لا تتسبب في أي خسارة للمبنى.
5. دعم أنظمة التهوية والتكييف المركزي (HVAC) على سبيل المثال، تسخين أولي الهواء قبل دخوله المنظومة المركزية
6. ويمكن أن تستخدم في البنايات السكنية المنخفضة الكلفة والمباني التجارية.
7. إن مشاكل التآكل تصبح خطيرة في سخانات المياه الشمسية، وهي عمليا غير موجودة مع سخان الهواء.
8. الكلفة الابتدائية للمجمعات الهوائية الشمسية اقل بالمقارنة مع المجمعات الاخرى.
9. مشكلة تسرب الهواء من القنوات أو مناطق الاتصال للمجفف لا تعتبر مشكلة خطيرة اذ يمكن تجنبها.
10. سخانات الهواء الشمسية هي أخف في الوزن وأقل تعقيدا من سخان المياه الشمسية. وهذا يقلل من التكلفة العالية المتأصلة في الأنظمة الشمسية إذا تم دمج المجمع الشمسي في هيكل المبنى.
11. التغيرات الطورية لمائع التشغيل لا تحدث في نطاق درجات الحرارة المعتادة.
القيود والعوائق لنظام التجفيف الشمسي
وإلى جانب المزايا التي تتمتع بها أنظمة الهواء الشمسية، ويمكن اعتبار ما يلي القيود وينبغي دراستها بعناية:
1. السعة الحرارية النوعية صغيرة جدا بالمقارنة مع الماء (air=0.0003 kWh/m3K, water=1,16 kWh/m3K) [4]
2. تحتاج متطلبات قدرة عالية نسبيا بدون تصميم دقيق، ويمكن لتكاليف المجرى (Duct) أيضا أن تكون عالية.
3. تخزين الطاقة في أنظمة التدفئة الهوائية الشمسية يتعرض لمشاكل بصورة أكبر إذا ما قورنت بتخزين تسخين المياه بالطاقة الشمسية.
الشكل (2) المجمعات الشمسية البسيطة[5].
الشكل (3) المجمعات الانبوبية المفرغة [6] .
الشكل (4) المجمعات الشمسية المركزة [7] .
1. S. Kumarand, G.N.Tiwari, Life Cycle Cost Analysis of Single Slope Hybrid (PV/T) Active Solar Still, Applied Energy, V.86,pp.1995–2004, 2009.
2. A. Ecevit, Flat plat collectors, Solar Energy I , Physics 471 .2004
3. P Affolter, et. al, PVT Roadmap, A European Guide for the Development and Market Introduction of PV-Thermal Technology. 2005.
4. P. Sawicka, Optimization of Solar Air Collector, M.Sc thesis, University of Aalborg(Canada) .,(2010).
5. http://www.newtobegreen.com/green-energy/solar-panels/solar-heating-system.
6. http://www.greenspec.co.uk/solar-collectors.php
7. http://www.eere.energy.gov/basics/renewable_energy/linear_concentrator.html
اعداد
م.م. مصطفى عادل عبدالرحيم م.م. أسامة إبراهيم عبد
جامعة الانبار/ مركز بحوث الطاقة المتجددة
