مجمعات الطاقة الشمسية الحرارية ذات اللوحة المسطحة BTE: نظرة متعمقة على التصميم والكفاءة

تقف تقنية الطاقة الشمسية الحرارية كطريقة مجربة وموثوقة لتسخير طاقة الشمس الوفيرة. من بين التصميمات المختلفة، يظل المجمع الشمسي الحراري ذو اللوحة المسطحة BTE حجر الزاوية في الصناعة، حيث يتميز بمتانته وبساطته وقدراته التكاملية الاستثنائية. وعلى عكس أنواع الأنابيب المفرغة الأكثر شيوعًا، يعمل مجمع اللوحة المسطحة BTE على مبدأ الامتصاص المباشر ونقل الحرارة بكفاءة، مما يجعله خيارًا مثاليًا لمجموعة واسعة من التطبيقات السكنية والتجارية. يستكشف هذا النص الهندسة المعقدة وعمليات التصنيع المتقدمة التي تجعل المجمعات الشمسية ذات اللوحة المسطحة الحديثة خيارًا متفوقًا.

تفكيك المكونات الأساسية

يُعدّ المجمع الشمسي ذو اللوحة المسطحة تحفة فنية في الهندسة الحرارية، مُغلّفًا داخل صندوق مستطيل بسيط للغاية. صُمّم كل مكون بدقة متناهية لتحقيق أقصى استفادة من الطاقة الشمسية وتقليل فقدان الحرارة.

1. غطاء زجاجي مقسّى عالي النفاذية ومنخفض الحديد

تبدأ رحلة ضوء الشمس إلى المُجمِّع من هنا. هذا ليس زجاجًا عاديًا. إنه مصنوع من زجاج مُقسّى عالي الجودة منخفض الحديد. يُقلل محتوى الحديد المنخفض بشكل كبير من الصبغة الخضراء، مما يسمح بمرور ما يصل إلى 94% من طاقة الشمس المشعة دون عوائق. الزجاج مُقسّى أيضًا منخفض الحديد، مما يجعله مقاومًا للغاية لتأثيرات البَرَد أو الحطام. علاوة على ذلك، غالبًا ما يُعالَج سطحه بطبقة مضادة للانعكاس، مما يزيد من نفاذية الضوء ويقلل من انبعاثية اللوحة بأكملها، مما يحبس المزيد من الحرارة في الداخل.

2.لوحة الامتصاص الانتقائية عالية المقاومة للعوامل الجوية

قلب المجمع هو لوحة الامتصاص، والتي عادة ما تكون منتهية باللون الأزرق الداكن أو الأسود. هذا هو المكان الذي يحدث فيه سحر التحويل الضوئي الحراري. تستخدم المجمعات الحديثة (خط إنتاج الرش المغناطيسي الآلي بالكامل لإنشاء طلاء امتصاص انتقائي عالي التجوية PVD و D-DOS). تقصف هذه العملية المتقدمة اللوحة المعدنية (عادةً النحاس أو الألومنيوم) بالأيونات في غرفة التفريغ، مما يؤدي إلى ترسيب طبقة رقيقة ومتينة مجهرية. يتميز هذا الطلاء بخاصيتين أساسيتين: امتصاصية عالية (α> 0.95)، مما يعني أنه يلتقط أكثر من 95٪ من الإشعاع الشمسي الوارد، وانبعاثية منخفضة (ε < 0.10)، مما يعني أنه يشع القليل جدًا من تلك الحرارة الملتقطة للخارج. هذه الطبيعة "الانتقائية" هي مفتاح الكفاءة في درجات الحرارة العالية.

3. نظام قناة التدفق الملحومة بالليزر

تتصل بلوحة الامتصاص شبكة من الأنابيب التي يتدفق من خلالها سائل نقل الحرارة. وهذه نقطة حرجة حيث تفشل العديد من المجمعات بسبب ضعف الترابط. تستخدم تقنيتنا تقنية اللحام بالليزر لإنشاء رابطة معدنية دائمة بين لوحة الامتصاص وأنابيب الرفع النحاسية. يزيل هذا الترابط أي فجوات هوائية، مما يضمن توصيلًا حراريًا مثاليًا من اللوحة إلى السائل. يضمن التصميم "السربنتيني" أو على شكل قيثارة لهذه القنوات توزيعًا متساويًا للسائل ويقلل من انخفاض الضغط، مما يعزز الأداء العام للنظام الحراري BTE.

4. الإطار واللوحة الخلفية

يُحفظ التجميع بالكامل داخل غلاف متين ومقاوم للعوامل الجوية، مصنوع عادةً من الألومنيوم. الجزء الخلفي والجوانب معزولان بطبقة سميكة من الصوف المعدني عالي الحرارة أو رغوة البولي يوريثان لمنع تسرب الحرارة إلى البيئة المحيطة، مما يضمن تخصيص الحرارة الملتقطة لتسخين سائل النقل فقط.

مبدأ العمل: الثبات والفعالية

إن مبدأ التشغيل بسيط ومباشر:

1.النقل: يمر الإشعاع الشمسي عبر الغطاء الزجاجي الشفاف للغاية منخفض الحديد إلى ممتص الطاقة الشمسية.

2. الامتصاص: تضرب الطاقة لوحة الامتصاص الانتقائية، والتي تسخن بسرعة بسبب لونها الداكن وطبقتها التي تحبس أشعة الشمس.

3.انتقال الحرارة: تنتقل الطاقة الحرارية الممتصة عبر الورقة إلى قنوات التدفق الملحومة بالليزر.

4.التسخين بالسوائل: يدور وسط سائل - ماء أو محلول مضاد للتجمد قائم على الجليكول - عبر هذه القنوات، ويمتص الحرارة من الجدران النحاسية لامتصاص الطاقة الشمسية.

5.نقل الحرارة: يتم ضخ السائل الساخن الآن إلى خزان تخزين، حيث يقوم بتسخين المياه المنزلية، ثم يعود السائل المبرد إلى المجمع لإعادة تسخينه. 

٦. يُعدّ هذا النظام ذو الحلقة المغلقة، حيث يُغلَق السائل الدائر داخل أنابيب نحاسية محكمة الغلق، ميزةً كبيرة. فهو يُجنّب تمامًا خطر التآكل والتسرب، مما يضمن موثوقية طويلة الأمد وصيانةً فعّالة. تمتصّ لوحة الامتصاص الصلبة والمدمجة بكفاءة كامل طيف الإشعاع الشمسي، على عكس الأنظمة ذات التصميمات الأنبوبية التي تحتوي على فجوات بين الأنابيب، مما يؤدي إلى كفاءة إجمالية أعلى ومظهر جمالي أكثر تناسقًا.

خاتمة

باعتبارها مصدرًا للتصنيع، توفر BTE إجابة قوية وموثوقة لاحتياجاتنا من الطاقة المتجددة. 

المزايا الأساسية لمجمعات الطاقة الشمسية ذات اللوحة المسطحة

باعتبارها المكون الأساسي لأنظمة الطاقة الشمسية الحرارية، توفر المجمعات الشمسية ذات اللوحة المسطحة، بتصميمها وبنيتها الفريدة، مزايا شاملة استثنائية في تطبيقات الهندسة الحديثة. 

أولاً، متانتها الاستثنائية وعمرها الافتراضي الطويل هما أبرز ميزاتها. عادةً ما يكون قلب امتصاص المجمع ذي اللوحة المسطحة مصنوعًا من المعدن (مثل سبيكة الألومنيوم)، مما يوفر قوة عالية ومقاومة ممتازة للصدمات الميكانيكية. الجزء الخارجي مصنوع من زجاج مقسّى عالي القوة، والذي لا يحمي فقط من الطقس العاصف مثل البَرَد والثلج والرياح، ولكنه يمنع أيضًا بشكل فعال التلف الناتج عن القوى الخارجية، مما يضمن تشغيلًا مستقرًا وطويل الأمد للنظام. يمكن للمجمعات ذات اللوحة المسطحة عالية الجودة تحقيق عمر افتراضي يصل إلى 20 عامًا أو حتى أطول، متجاوزة بذلك أنواع المجمعات الأخرى بكثير، وتوفر للعملاء عائدًا مرتفعًا للغاية على الاستثمار. 

ثانيًا، اكتسبت هذه المجمعات المائية ذات الألواح المسطحة ثقة واسعة في السوق بفضل سلامتها وموثوقيتها الاستثنائية. تتميز هذه المجمعات بهيكل محكم الإغلاق، مع مقاومة ضغط داخلي استثنائية تتجاوز عادةً 1.0 ميجا باسكال. يتكامل هذا الهيكل بسلاسة مع أنظمة ضغط المياه البلدية، مما يسمح بتشغيلها بالضغط المباشر دون خطر الانفجار أو التسرب. وبالمقارنة مع بعض الأنظمة غير المضغوطة، يُجنّب هذا الهيكل المشاكل المرتبطة بانخفاض ضغط المياه أو التسرب. 

ثالثًا، يُعدّ التكامل المعماري المثالي والجماليات أمرًا بالغ الأهمية في التصميم المعماري الحديث. تتميز مجمعات BTE ذات الألواح المسطحة بشكل هندسي بسيط ومسطح بخطوط أنيقة، مما يسمح بدمجها بمرونة في أسطح المباني، أو درابزين الشرفات، أو الواجهات، أو الأسوار، لتندمج بسلاسة مع الهيكل. بدلًا من إفساد المظهر الجمالي العام، تُعدّ هذه المجمعات عنصرًا زخرفيًا عصريًا، مما يعزز جماليات المبنى التكنولوجية والبيئية، مما يجعلها مطلوبة بشدة من قبل المهندسين المعماريين ومطوري العقارات. 

رابعًا، يُعدّ تجميع الحرارة بكفاءة واستقرار تشغيلها أمرًا بالغ الأهمية. يضمن الهيكل الأساسي المتكامل لمجمع BTE ذي اللوحة المسطحة، خاصةً في المناطق ذات درجات الحرارة المتوسطة والعالية، تسخينًا موحدًا تحت أشعة الشمس، مما يُنتج كفاءة حرارية عالية ومستقرة. يتيح نطاق درجات حرارة التشغيل الواسع له توفير الماء الساخن المنزلي، وتدفئة المساحات، وحتى احتياجات التسخين المسبق الصناعي. مع أن بدء تشغيله قد يكون أبطأ قليلًا من الصمامات المفرغة، إلا أنه يتميز بالتشغيل المستمر وتوصيل الماء الساخن المستقر ذي درجة الحرارة العالية، مع فقدان حرارة أقل. 

وأخيرًا، يُعدّ عدم الحاجة إلى الصيانة، والمحافظة على البيئة، وتوفير الطاقة، من المزايا المثالية. يقاوم هيكل اللوحة المسطحة تراكم الغبار، ويمكن تنظيفه بسهولة بمياه الأمطار، مما يجعله عمليًا لا يحتاج إلى صيانة. مواده الداخلية، المكونة أساسًا من المعدن والزجاج القابلين لإعادة التدوير، صديقة للبيئة تمامًا. ومن خلال الاستفادة المباشرة من الطاقة الشمسية المجانية، يُقلّل المبنى بشكل كبير من الاعتماد على الوقود الأحفوري التقليدي، ويُقلّل انبعاثات الكربون، مما يجعله خيارًا مثاليًا لدعم استراتيجية "الكربون المزدوج" الوطنية، والمساهمة في المباني الخضراء.

سيناريوهات التطبيق الواسعة

لقد أدت المزايا المذكورة أعلاه لمجمعات الطاقة الشمسية ذات اللوحة المسطحة إلى سيناريوهات تطبيق متنوعة للغاية، وتمتد إلى ما هو أبعد من تسخين الماء المنزلي التقليدي إلى مجموعة أوسع من التطبيقات. 

في المباني السكنية والتجارية، تُعدّ هذه المجمعات الركيزة الأساسية لتوفير الماء الساخن المنزلي والتدفئة الإضافية. سواءً كان نظامًا جداريًا على شرفة مبنى سكني شاهق، أو نظامًا على سطح وحدات سكنية فردية في فيلا، أو أنظمة تدفئة مركزية للمباني الكبيرة مثل المدارس والفنادق والمستشفيات والمسابح، فإن المجمعات ذات الألواح المسطحة قادرة على مواجهة التحديات. فهي توفر الماء الساخن على مدار الساعة وبصورة مستقرة لآلاف المنازل، وتوفر تكاليف وقود باهظة للفنادق الكبيرة، وتوفر تدفئة ثابتة لمسابح المدارس، محققةً نتائج مبهرة. 

تتوسع تطبيقاتها أيضًا في الإنتاج الصناعي والزراعي. تتطلب العديد من العمليات الصناعية، مثل معالجة الأغذية (التجفيف والتعقيم)، وطباعة المنسوجات والصباغة (الغسيل بالماء الساخن)، والتسخين المسبق للطلاء الكهربائي، ومعالجة الجلود، كميات كبيرة من مصادر الحرارة المتوسطة والمنخفضة الحرارة بين 50 درجة مئوية و80 درجة مئوية. يمكن أن توفر أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية ذات اللوحة المسطحة تسخينًا مسبقًا نظيفًا ومنخفض التكلفة أو تسخينًا مباشرًا لهذه التطبيقات، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الإنتاج والبصمة الكربونية. في الزراعة، يمكن استخدامها لتسخين التربة في البيوت الزجاجية، والعزل والتدفئة في حظائر الماشية والدواجن، وتجفيف الفاكهة والمنتجات الزراعية والطب الصيني التقليدي، مما يساهم في تطوير الزراعة الحديثة. 

تُظهر أنظمة الطاقة الشمسية ذات الصفائح المسطحة إمكاناتٍ كبيرة في المرافق العامة وقطاع الطاقة في المناطق. يُمكن استخدامها للتدفئة وتسخين المياه في المرافق العامة الكبيرة، مثل المطارات والمدارس ومحطات قطارات المستشفيات والملاعب والثكنات العسكرية. علاوةً على ذلك، عند دمجها مع تقنية تخزين الحرارة واسعة النطاق، يُمكن لمصفوفات المجمعات ذات الصفائح المسطحة أن تُشكّل محطات تسخين شمسية إقليمية، مُوفرةً تدفئةً مركزيةً لمجتمعٍ أو حتى لمدينةٍ بأكملها. وقد أثبت هذا نجاحه في أوروبا، ويحمل آفاقًا واعدةً للتوسع في شمال الصين. 

أخيرًا، تُظهر مجمعات BTE ذات الألواح المسطحة قدرةً مثاليةً على التكيف في المناطق ذات المناخات الفريدة والتكامل البنائي المتطلب. تجعلها متانتها وخصائصها في تحمل الضغط خيارًا مثاليًا للمستخدمين في المناطق المعرضة للرياح القوية والعواصف الرملية والبرد. كما أن تكاملها المعماري الاستثنائي يجعلها خيارًا مثاليًا للمباني الجديدة في ظل التوسع الحضري، حيث تُعدّ الجماليات أمرًا بالغ الأهمية، كما أنها تُلبي متطلبات معايير البناء الأخضر. 

باختصار، تلعب مجمعات الطاقة الشمسية ذات اللوحة المسطحة BTE، ذات الخصائص المميزة الجيدة من حيث المتانة والسلامة والموثوقية والتكامل الجمالي والتطبيق الواسع، دورًا متزايد الأهمية في التحول العالمي في مجال الطاقة وكفاءة استخدام الطاقة في المباني.