ألواح شمسية أنبوبية

أنواع ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية

تُستخدم أجهزة جمع الحرارة التي تُشكل ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية بشكل متكرر لإنتاج الماء الساخن بالطاقة الشمسية، وتُعرف بالعديد من الأسماء الأخرى، بما في ذلك أجهزة جمع الحرارة ذات الأنابيب الحرارية وأجهزة جمع الأنابيب المفرغة. وتأتي في فئتين رئيسيتين:

• أجهزة جمع التدفق المباشر: يعمل هذا النوع من أجهزة جمع ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية بنقل سائل غير مضغوط في أنابيب تم تفريغها من الهواء. ولأن هذه الأنابيب هي أجهزة جمع ذات كتلة منخفضة، فيمكنها تسخين الماء بسرعة، وهي مناسبة بشكل خاص لعمليات درجات الحرارة الحساسة أو المناخات ذات الشتاء القارس. وتُنتج أجهزة جمع التدفق المباشر الماء الساخن للاستخدامات المختلفة، بما في ذلك التدفئة المنزلية، والعمليات الصناعية، وحمامات السباحة.
• أجهزة جمع الأنابيب الحرارية: تُستخدم أجهزة جمع الأنابيب الحرارية أنابيب حرارية، وهي أجهزة نقل حرارة مغلقة ذات فراغ داخلي، لنقل الحرارة بكفاءة من الجهاز إلى السائل المراد تسخينه. يتبخر سائل العمل داخل الأنبوب الحراري عند ضغط منخفض ودرجة حرارة عالية. ثم يتم توصيل الطرف ذو درجة الحرارة العالية بالسائل المُسخن، حيث يتكثف البخار ويُطلق حرارته. يعود سائل العمل إلى الطرف ذو درجة الحرارة العالية عن طريق العمل الشعري. ونظراً لفعاليتها وقدرتها على العمل في درجات حرارة منخفضة للغاية، فإن أجهزة جمع الأنابيب الحرارية مناسبة بشكل خاص لأنظمة التدفئة بالطاقة الشمسية في المناخات الباردة.

وظائف وميزات ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية

• احتفاظ الحرارة: يُساهم التصميم الجوهري للأنابيب الشمسية الفراغية بشكل كبير في قدرتها على الاحتفاظ بالحرارة. فالفراغ المُفرغ، الذي يتكون من فراغ بين الأنبوبين الزجاجيين الداخلي والخارجي، يقلل بشكل فعال من نقل الحرارة من خلال الحمل الحراري والتوصيل.
• مقاومة الصقيع: واحدة من المزايا البارزة لهذا النوع من الألواح الشمسية هي مقاومته للصقيع ودرجات الحرارة المنخفضة. في المناطق ذات درجات الحرارة المنخفضة للغاية، غالبًا ما تواجه أجهزة جمع الألواح المسطحة التقليدية تحديات بسبب التجميد. ومع ذلك، لا تزال ألواح الأنابيب الفراغية تعمل بكفاءة وتُسخن السوائل حتى في درجات حرارة أقل من الصفر.

• جهاز جمع غير متتبع للشمس: جهاز جمع غير متتبع هو نوع خاص من أجهزة جمع الطاقة الشمسية ذات توجيه ثابت ولا يتحرك لمتابعة الشمس. إنه يمتص الإشعاع الشمسي على سطح واسع وينقل الحرارة المُجمعة إلى سائل نقل الحرارة. ثم يتم تسخين هذا السائل واستخدامه في تطبيقات متنوعة مثل تسخين الماء، وتسخين المنزل، وتسخين حمامات السباحة، وغيرها. من ناحية أخرى، يُعدل جهاز جمع متتبع موقعه لتركيز الإشعاع الشمسي على سطح أصغر. يتم دمج هذا السطح مع معدات تبادل الحرارة، مما يُركز الحرارة المُجمعة وينقلها إلى سائل نقل الحرارة.
• خيارات الفولاذ المقاوم للصدأ: تُصنع بعض ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية من مواد الفولاذ المقاوم للصدأ لمقاومة التآكل وضمان المتانة على المدى الطويل. فهي توفر كفاءة حرارية ممتازة ومتينة للغاية.
• الفوائد البيئية: تُساعد أنظمة التدفئة بالطاقة الشمسية على تقليل استخدام الطاقة التقليدية وانبعاثات غازات الدفيئة. لذلك، فإن تبني الطاقة الشمسية يُقدم العديد من الفوائد البيئية. على سبيل المثال، تُقلل الطاقة الشمسية من تلوث المياه. تُسبب طرق تسخين المياه التقليدية مثل حرق الوقود الأحفوري تلوثًا كبيرًا للمياه من خلال إطلاق مواد ضارة في الهواء، والتي تستقر في نهاية المطاف في المسطحات المائية. على العكس من ذلك، تستخدم أنظمة التدفئة بالطاقة الشمسية الطاقة الشمسية المتجددة، والتي لا تُنتج مواد ضارة، مما يُقلل من تلوث المياه ويساعد في الحفاظ على الحياة المائية.

وتشمل الميزات الأخرى:

• تصميم مُدمج
• أنظمة قابلة للتوسع
• صيانة منخفضة

تطبيقات ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية

تدور تطبيقات أجهزة جمع الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية بشكل كبير حول الأنظمة التي توفر الماء الساخن القابل للاستخدام من الشمس. يمكن أن تُقدم تطبيقات تسخين المياه بالطاقة الشمسية احتياجات سكنية أو حتى بعض الطلبات التجارية والصناعية، خاصةً حيث تُستخدم خزانات كبيرة. تتوفر الحلول لتثبيتات أسطح المنازل/ المكاتب، بالإضافة إلى صفوف حقول مُجمعات الطاقة الشمسية التي تُربط بخزان تخزين مركزي. من المهم ملاحظة أنه على الرغم من أن الأنابيب تتطلب ضوء الشمس المباشر لكي تكون فعالة، إلا أنها لا تزال تعمل حتى عندما تكون درجات الحرارة الخارجية منخفضة - شريطة توفر أشعة الشمس. تُقدم التطبيقات لا شيء أقل من الماء المُسخن، والذي يمكن استخدامه بعدة طرق:

• المياه الساخنة السكنية: كما ذكرنا، تُسخن الطاقة الشمسية الماء في خزانات سخانات المياه السكنية بمساعدة تقنية الأنابيب الفراغية. يمكن استخدام هذا الماء الساخن لأغراض منزلية عامة، مثل الاستحمام، وغسل الأطباق، وغسل الملابس، إلخ.
• تسخين حمامات السباحة: يمتص هذا النظام حرارة الشمس خلال النهار، ثم يُدير مياه حمام السباحة من خلاله لتسخين حمام السباحة دون استخدام أي غاز أو كهرباء.
• تسخين المنزل بالطاقة الشمسية: ينقل تصميم أنبوب الطاقة الشمسية الفراغي الحرارة إلى الهواء في المبنى من خلال مبادل حراري. هذا يقلل بشكل كبير من تكاليف التدفئة الشتوية.
• تسخين العمليات بالطاقة الشمسية: يمكن للأنابيب أن تُساعد الصناعات/ الشركات من خلال توفير الماء الساخن المطلوب لغسل الملابس في الفنادق، ومعالجة الأغذية، والمطاعم، إلخ. وينطبق الشيء نفسه على أي عمليات صناعية تتطلب الماء الساخن - يمكن أن يُساعد التصميم المُشغل بالطاقة الشمسية على خفض تكاليف الطاقة وتوفير مساحة كانت تُستخدم سابقًا لمعدات التدفئة.
• تقطير المياه بالطاقة الشمسية: يمكن لجهاز جمع الطاقة الشمسية أن يُقطر عدة جالونات من الماء يوميًا، مما سيكون مثاليًا للمناطق النائية، أو القوارب، أو اليخوت.

تُعد ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية طريقة ذكية لدمج أنظمة الطاقة المتجددة في العقارات. وبالإضافة إلى الاستفادة من تقليل تكاليف الطاقة، يمكن لمالكي العقارات استخدام الألواح للحفاظ على بيئة أنظف من خلال تقليل استهلاك الوقود الأحفوري.

كيفية اختيار ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية

يجب اختيار أجهزة جمع الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية وفقًا لظروف المناخ، وتطبيقات النظام، وتفضيلات المستخدم. قد تساعد نصائح الاختيار التالية المشترين على اتخاذ خيار جيد.

• المناخ: بالنسبة للمناطق ذات الطقس البارد للغاية، يجب زيادة عدد مُسخنات الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية ذات الأنابيب المفرغة. في المناطق ذات درجات الحرارة القصوى والعالية، يجب على البائعين التوصية بمُسخنات الطاقة الشمسية ذات الأنابيب المفرغة المُقاومة للحرارة وعالية السعة.
• الغرض: بالنسبة للتطبيقات التجارية، تُستخدم عادةً أجهزة جمع الألواح المسطحة ذات الكفاءة العالية والسعة الكبيرة. للاستخدام المنزلي، قد يستخدم الناس مُسخنات المياه المنزلية ذات الأنابيب المفرغة.
• الشركة المُصنعة: يجب على المشترين أن يكونوا على دراية بالموردين والمُصنعين المحليين لألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب المُفرغة. يجب عليهم معرفة ما إذا كان هناك أي خدمة صيانة ما بعد البيع يمكنهم تقديمها للعملاء.
• التوافق: تأكد من أن الأنابيب يمكنها التكامل والعمل مع الأنظمة الموجودة، أو حدد ما إذا كانت الأنظمة الجديدة قابلة للتكيف مع الأنابيب المُشتراة حديثًا.
• التطبيقات: تُناسب الأنابيب المُفرغة تطبيقات متنوعة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر، تسخين حمامات السباحة، والعمليات الصناعية، وتوفير الماء الساخن للمنازل والشركات، وتسخين البيوت الزجاجية المُغلقة. لذلك، حدد الغرض الدقيق للعثور على الخيار الأنسب.
• التكلفة: على الرغم من ضرورة مراعاة عوامل التكلفة، من المهم تقييم كفاءة التكلفة طوال عمر الأنبوب المُفرغ. يجب التركيز على المدخرات طويلة الأجل بدلاً من التكاليف قصيرة الأجل.
• المناخ: ضع في اعتبارك المناخ وظروف المناخ المحلية التي ستُستخدم فيها الأنابيب الفراغية. على الرغم من أن الأنابيب المُفرغة تُؤدي بشكل جيد في جميع الظروف الجوية، يجب على المشترين مراعاة أن المناخات المختلفة يمكن أن تؤثر على الأداء، والكفاءة، إلخ.
• الصيانة: راجع متطلبات صيانة أنواع مختلفة من الأنابيب الفراغية وتأكد من أن المستخدمين على استعداد لتنفيذ الصيانة المطلوبة للحفاظ على عمل النظام بكفاءة.

أسئلة وأجوبة حول ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية

س1: ما الفرق بين أجهزة جمع الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية وأجهزة جمع الألواح المسطحة؟

ج1: يتمتع جهاز جمع الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية باحتفاظ أفضل بالحرارة. لذلك، يميل إلى العمل بشكل أفضل في المناخات الباردة. ومع ذلك، فإن جهاز جمع الألواح المسطحة أكثر فعالية من حيث التكلفة وأسهل في الصيانة. لذلك، فهو أكثر شيوعًا في المناطق الدافئة.

س2: ما هي مزايا استخدام ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية؟

ج2: تتمتع ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية بعزل فعال بسبب الفراغ في الأنبوب. كما أن لديها طلاءات انتقائية تُساعد على الاحتفاظ بالحرارة. تُمكّن هذه الميزات الأنابيب من امتصاص الطاقة الشمسية بشكل فعال. لذلك، يمكن لألواح الأنابيب الفراغية أن تُؤدي بشكل جيد حتى في الأيام المُلبدة بالغيوم.

س3: كيف تعمل ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية؟

ج3: خلال النهار، يمر الإشعاع الشمسي عبر الأنابيب الزجاجية. يكون الأنبوب الداخلي أسود اللون ويمتص الحرارة الشمسية. ثم يُسخن أنبوب الحرارة السائل الموجود بداخله، وعادةً ما يكون الماء. مع ارتفاع درجة حرارة السائل، يرتفع عبر الجهاز. يمكن استخدام السوائل الساخنة لأنظمة التدفئة أو إرسالها إلى خزانات التخزين.

س4: ما هي الصيانة التي تحتاجها ألواح الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية؟

ج4: تحتاج الألواح إلى فحص دوري لضمان عدم تسربها وعدم ظهور علامات التآكل على حلقات الختم. ومن الممكن أيضًا ثني أو كسر أنبوب بسبب الحطام أو تأثير البرد. لذلك، فإن الاستبدال السريع للأنابيب المُكسورة هو طريقة سهلة للحفاظ على ختم الفراغ والكفاءة. نصيحة صيانة مفيدة أخرى هي الحفاظ على نظافة الأنابيب الفراغية. وبهذه الطريقة، سيكون لديهم امتصاص شمسي جيد.

س5: ما هي العوامل المهمة عند اختيار أجهزة جمع الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الفراغية؟

ج5: ضع في اعتبارك ضغط بخار المناخ ودرجة الحرارة. تتطلب درجات الحرارة الأعلى أجهزة جمع ضغط أفضل. اكتشف أيضًا نوع الماء الصالح للشرب الذي سيستخدمه النظام. وذلك لأن القوانين المحلية ستؤثر على التدفق والتثبيت. ستحتاج أجهزة الجمع أيضًا إلى تلبية معايير محددة. أخيرًا، ضع في اعتبارك ميزانية النظام والتكلفة التي سيتقاضاها المهنيون مقابل التثبيت.