انواع الالواح الشمسية

                                 الطاقة الشمسية الحرارية

مقدمة:

الطاقة الشمسية هي الطاقة التي تنتجها الشمس من خلال تفاعل الإندماج النووي الذي يحدث من خلال إتحاد ذرات الهيدروجين لتشكيل الهيليوم و مواد أخرى و ينتج عن هذه العملية طاقة ضخمة جدا على شكل ضوء ساطع جدا و حرارة تقاس بالاف السيلسيوهات على سطحها لتنتشر في جميع أنحاء نظامنا الشمسي و للأرض نسبة من هذا فيصلنا بعض من حرارة وضوء شمسنا الذي هو عنصر أساسي في الحياة على الارض لجميع المخلوقات و هي الأصل لجميع مصادر الطاقة الموجودة على الأرض ومنذ أواسط القرن العشرين بدأ الإنسان في إستغلال هذه الطاقة على مستوى عالي فظهرت الألواح الشمسية الكهروضوئية لإنتاج الكهرباء و أيضا ظهرت طرق أخرى باستخدام حرارة الشمس لتوليد الكهرباء والتسخين المياه والطهو...إلخ.

وهنا في هذه المقالة سوف نتطرق إلى الطاقة الشمسية الحرارية (solar Thermal) سواء للتسخين المباشر أو ضمن عملية تحويل ميكانيكي من خلال تسخين ماء أو مائع لإنتاج البخار الذي يدير توربينات تنتج لنا الكهرباء.

الطاقة الشمسية الحرارية (solar Thermal):

الشمس هي المصدر الرئيسي والوحيد للحرارة والضوء في نظامنا الشمسي فدرجة حرارة سطح الشمس تصل إلى 5500 درجة مئوية. تبلغ المسافة بين الأرض وشمس حوالي 147100000 كم إلى 152100000 كم و إليكم الجدول أدناه يظهر بعض خصائص الشمس:

3,83.10 20 MW	Puissance rayonnée (إستطاعة الإشعاع)	1,392.106km  كم	Diametre (القطر)
8.106 à 40.106	Temperature noyeau(حرارة النواة)	1,5.106 km كم	Distance terre soleil(المسافة بين الأرض والشمس)
2.1011bars	Pression noyeau(الضغط في النواة)	1,989.1030kg كلغ	Masse (الكتلة)
5777-5780 k	T apparente	1410kg /m3 كلغ/م3	La densité  (الكثافة)

هل جربت ان تدخل سيارتك ظهرا والنوافذ مغلقة صيفا !!!! لقد حدثت لي كثيراً حرارة السيارة لا تطاق.

حرارة الشمس هذه هي خلف الطاقة الشمسية الحرارية ، جمع وتركيز هذه الحرارة ينتج حراره عالية جدا تجعل الماء يغلي وغليان الماء ينتج بخار يستغل لتحريك التوربينات الكهربائية.

تسخين المياه:

تسخين المياه بالطاقة الشمسية الحرارية يعد أمرا شائعا بل ويستخدم أيضا في الدول ذات المناخ البارد مثل دول شمال أروبا وكندا و يتم استخدام هذه الطريقة أثناء النهار.

يوجد طريقتين تستخدم لتسخين المياه المنزلية الطريقة الأولى بسيطة وتتم عبر وضع انابيب نحاسية تحمل الماء داخل صندوق معزول جامع للحرارة كما هو موضح بالشكل التالي:

هذا النوع يسمى الجامع الحراري المسطح (Flat Plate Collector) الترجمة ليست نصية ولكن هذا ما تعنية.

هو عبارة عن صندوق مغطى بزجاج مصقول داكن اللون لامتصاص الحرارة خلفة انابيب نحاسية يمر عبرها الماء وخلف هذه الانابيب يوجد سطح مدهون باللون الأسود ليمتص الحرارة ويحتفظ بها، خلف هذا السطح يوجد طبقة عازلة للحرارة تمنع تسرب الحرارة خارج الصندوق.

النوع الاخر هو الاحدث وهو يعتمد على تقنية تحتفظ بالحرارة بشكل اكبر عبر مرور انابيب المياه داخل اسطوانات زجاجية مفرغة من الهواء تمنع انتقال الحرارة الى الخارج و يتم إستخدام هذه التقنية في ألمانيا وبعض الدول المتقدمة، الشكل التالي يوضح تصميم هذه الصناديق وهي تسمى الجامع الحراري المفرغ (Evacuated Tube Collector).

هذين النوعين تعتمد على تجميع حرارة الشمس وتركيزها داخل صناديق عازلة ومن ثم يمرر عبرها الماء ويوضع خزان ماء فوقها.

دائما الماء الساخن يذهب الى الأعلى ويبقى الماء البارد في الأسفل وهذه الخاصية تساعد على تدفق الماء بطريقه سلسة.

في اغلب الحالات يتم تركيب سخان ماء كهربائي أو بالغاز إضافتا إلى السخان الشمسي لضمان وجود ماء ساخن عندما لا تكون أشعة الشمس موجودة أثناء الليل أو عندما يكون هنالك غيوم.

ألواح التسخين تكون على سطح المسكن ويضخ لها الماء اثناء طلوع الشمس ومن ثم يعود الماء الساخن الى خزان ماء للتوزيع او للتحكم بدرجة الحرارة لكي لا يصل الى درجة الغليان او عندما تكون برودة الماء عالية يتم تسخينه عن طريق السخان الكهربائي.

هذه الطرق في استخدام حرارة الشمس لتسخين المياه بسيطة ومنتشرة بشكل واسع وتستخدم لتسخين المسابح في الدول الباردة.

توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية الحرارية:

إن إستغلال حرارة الشمس لم يكون حكرا فقط لي تسخين المياه للمساكن او الطبخ بل تعدى ذلك فهناك إستغلال للطاقة الشمسية الحرارية بشكل أكبر و على مقياس صناعي.

برج الطاقة الشمسية:

تتم هذه العملية بشكل مبسط عن طريق مرايا عاكسة مقعره تتبع الشمس وتوجه اشعتها الى برج يحوي خزان ماء في الأعلى يجعل المياه داخل الخزان تغلي ومن ثم تتحول الى بخار ، يستخدم بخار الماء الناتج من هذه العملية لدفع التوربينات الكهربائية.

وللمحافظة على حرارة المياه اثناء غياب الشمس يستخدم ماء مالح او مركب مائي يحتفظ بالحرارة بشكل أطول وعن طريق المبدلات الحرارية ( Heat Exchanger) يتم تسخين الماء لتحويله الى بخار يستخدم في إدارة التوربينات.

مرايا القطع المكافئ:

مرايا القطع المكافئ  تستخدم نفس العملية لتسخين المياه ولكن عن طريق مرور انابيب خلال مركز مرايا مقعره عاكسة تركيز اشعة الشمس على الانابيب ينتج عنه طاقة حرارية عالية في الانابيب المعدنية ليتبخر المائع الداخل في هذه الانابيب ويدير التوربينات لتوليد الكهرباء. والشكل التالي يوضح هذه الطريقة.