جامع الطاقة الشمسية أنبوب الحرارة

تعريف موجز

مجمع الطاقة الشمسية لأنبوب الحرارة هو وحدة حرارية شمسية ذات أنبوب مفرّغ تنقل الطاقة الشمسية الممتصة من خلال أنابيب حرارية محكمة الغلق إلى مشعب، مما يوفر خرجًا حراريًا مستقرًا وفعالًا لأنظمة الماء الساخن التجارية وتطبيقات الحرارة الصناعية ومشاريع التدفئة المتجددة واسعة النطاق.

نظرة عامة وملاءمة الصناعة

تظل تقنية مُجمِّع الطاقة الشمسية عبر الأنابيب الحرارية إحدى أكثر الطرق موثوقيةً وفعاليةً من حيث التكلفة لتوليد الحرارة في درجات حرارة منخفضة إلى متوسطة في البيئات التجارية والصناعية والمؤسسية. فبنيتها المعيارية، ونقلها الحراري الفعال، وأدائها العالي تحت الإشعاع المنتشر، تجعلها حلاً أساسياً للمصانع والمستشفيات والمجمعات السكنية والفنادق وشبكات التدفئة المركزية ومصانع تجهيز المنتجات الزراعية.

مع تزايد الطلب على التدفئة المتجددة، تعتمد الحكومات والمنشآت الصناعية بشكل متزايد على أنظمة تجميع الطاقة الشمسية عبر الأنابيب الحرارية لتقليل استهلاك الوقود الأحفوري وتثبيت تكاليف التشغيل على المدى الطويل. ويستمر سوق الطاقة الشمسية الحرارية العالمي في التوسع، لا سيما في المنشآت التجارية الكبيرة، وأنظمة التدفئة المسبقة الصناعية، وأنظمة تسخين المياه المركزية، بدعم من برامج تستشهد بها مؤسسات مثل وكالة الطاقة الدولية (IEA) و"سولار هيت وورلد وايد".

المواصفات الفنية

تمثل المعايير الفنية أدناه المواصفات المشتركة المطلوبة لتصميم الهندسة والمشتريات:

• نوع الأنبوب: أنبوب مفرغ من الزجاج المزدوج
• طول الأنبوب: 1500-1800 ملم
• القطر الخارجي للأنبوب: 58-70 ملم
• مادة أنبوب الحرارة: النحاس، طلاء ممتص انتقائي
• الناتج الحراري الإجمالي: 0.8–1.6 كيلو واط لكل أنبوب (عند 1000 واط/م²)
• الكفاءة البصرية (η₀): 65%–78%
• درجة حرارة الركود: 180–250 درجة مئوية
• ضغط العمل الموصى به: 0.6–1.2 ميجا باسكال
• مادة المجمع: غلاف من الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ، أنابيب رأس نحاسية
• العزل: البولي يوريثين عالي الكثافة أو الصوف المعدني
• العمر المتوقع للخدمة: 15-25 سنة

هيكل المنتج وعملية التصنيع

المكونات الهيكلية الأساسية

• أنابيب زجاجية مفرغة للعزل الحراري
• أنابيب حرارية نحاسية عالية الأداء مع سائل عمل متغير الطور
• مجموعة مشعب ورأس مع قنوات نحاسية
• طلاء امتصاص انتقائي يضمن امتصاصًا عاليًا لأشعة الشمس
• إطار من الألومنيوم وأقواس التثبيت
• طبقة عزل حراري لتقليل فقدان الحرارة في الرأس

سير عمل التصنيع

1) تحضير المواد الخام وتشكيل الأنبوب الزجاجي.
2) إنشاء وختم الأنابيب المفرغة تحت ضغط عالي.
3) تطبيق طلاء الامتصاص الانتقائي باستخدام الرش أو الترسيب الكيميائي.
4) شحن الأنابيب الحرارية، والختم الفراغي، والاختبار بالموجات فوق الصوتية، والتحقق الحراري.
5) قطع ولحام رؤوس الأنابيب المتعددة باستخدام الحاسب الآلي.
6) تجميع الأنابيب والمجمع والعزل والغلاف.
7) اختبار الضغط، واختبار الأداء الحراري، وتوثيق ضمان الجودة.
8) التعبئة والتغليف والتحميل والشحن مع أدلة التثبيت.

مثال على حساب هندسي

الهدف: تقدير الناتج الحراري السنوي لحقل مجمع الطاقة الشمسية الأنبوبي الحراري الذي يخدم نظام التسخين المسبق الصناعي.

الخطوة 1 - تحديد مساحة المجمع الإجمالية: افترض أن مساحتها 450 مترًا مربعًا.
الخطوة 2 - استخدام تقدير ذروة الناتج الحراري: 1.05 كيلو وات/م² إجمالي.
الخطوة 3 - السعة الحرارية القصوى: 450 × 1.05 = 472.5 كيلو واط.
الخطوة 4 - استخدام ما يعادل ساعات الشمس الكاملة محليًا: افترض 950 ساعة/سنة.
الخطوة 5 - العائد السنوي للطاقة: 472.5 × 950 = 449,875 كيلووات ساعة/السنة.
الخطوة 6 - خصم 18% من خسائر النظام (المضخات، الأنابيب، المبادل): صافي ≈ 368,900 كيلووات ساعة/السنة.

يتم استخدام طريقة الحساب هذه على نطاق واسع من قبل مهندسي EPC لمقارنة مقترحات النظام وتحديد التكلفة المستوية للحرارة.

اتجاهات السوق والبيانات

تشير تقارير الصناعة الصادرة عن منظمات مثل وكالة الطاقة الدولية (IEA) وشركة "سولار هيت وورلد وايد" (Solar Heat Worldwide) إلى نمو مستمر في استخدام الطاقة الشمسية الحرارية للتطبيقات الصناعية والتجارية. وتمثل الأنظمة المركزية الكبيرة، ومصفوفات التسخين المسبق للتدفئة المركزية، وتحديثات تدفئة العمليات الصناعية أقوى قطاعات الطلب. وقد تم تركيب أكثر من 500 جيجاواط حراري من الطاقة الشمسية الحرارية حول العالم، مما يُظهر أهمية ثابتة على المدى الطويل، ويثبت جدوى أنظمة تجميع الطاقة الشمسية بالأنابيب الحرارية في مختلف المناخات.

سيناريوهات التطبيق

قامت منشأة غسيل صناعية بتركيب مجمع شمسي حراري بمساحة 380 مترًا مربعًا، مصمم للتسخين المسبق عند درجة حرارة 65 درجة مئوية. بعد التشغيل، وفر النظام حوالي 275 ميجاوات/ساعة سنويًا من الحرارة القابلة للاستخدام، مما قلل استهلاك غلاية الديزل بنسبة 38% وخفّض تكاليف التشغيل السنوية بشكل ملحوظ. أتاح التصميم المعياري صيانة سريعة من خلال استبدال كل أنبوب على حدة دون انقطاع تشغيل النظام بالكامل.

جدول مقارنة الصناعة

تنبيهات المخاطر والحلول

المخاطر: التحلل الفراغي في الأنابيب.
الحل: استخدم أنابيب تتمتع بقدرة احتجاز فراغية طويلة الأمد معتمدة، واحتفظ بأنابيب احتياطية في الموقع لسهولة استبدالها.

المخاطر: التآكل أو تجميد سوائل نقل الحرارة.
الحل: استخدم خلطات الجليكول المخصصة لتحمل درجات الحرارة المحيطة القصوى وتأكد من توافق المواد مع جميع المعادن.

المخاطر: الأداء الضعيف مقارنة بتوقعات التصميم.
الحل: يتطلب تقارير اختبار تم التحقق منها، ومنحنيات حرارية، واختبار قبول الأداء في الموقع.

المخاطر: ارتفاع درجة الحرارة خلال فترات الركود.
الحل: دمج صمامات تخفيف درجة الحرارة، والتحكم المناسب في الدورة، وحجم التخزين المؤقت المناسب.

دليل الاختيار

1) تحديد متطلبات درجة الحرارة والحمل اليومي بدقة.
2) طلب منحنيات الأداء الحراري الكاملة وتقارير التحقق المستقلة.
3) التحقق من مواصفات الأنبوب: سمك الزجاج، ونوع الطلاء، وضمان عمر الفراغ.
4) التأكد من جودة المواد المتعددة وكثافة العزل لضمان المتانة على المدى الطويل.
5) تقييم تجربة الموردين في المشاريع التجارية والصناعية، وليس فقط المنتجات السكنية.
6) تقييم طريقة التثبيت، وقوة هيكل التركيب، واعتبارات الرياح/الثلوج المحلية.
7) قارن تكاليف التشغيل على المدى الطويل باستخدام نموذج تكلفة الحرارة القياسية.
8) تتطلب الدعم للتشغيل والتدريب على التشغيل والصيانة وتوفير قطع الغيار.

مسرد المصطلحات الهندسية

منطقة الفتحة:سطح المجمع النشط لاستقبال الطاقة الشمسية.
درجة حرارة الركود:الحد الأقصى لدرجة الحرارة في ظل ظروف عدم التحميل.
خليط الجليكول:سائل نقل الحرارة المحمي من التجمد.
الطلاء الانتقائي:سطح عالي الامتصاص ومنخفض الانبعاث على أنبوب الامتصاص.
متعدد الرؤوس:الغرفة التي تجمع الحرارة من أنابيب الحرارة المتعددة.

التعليمات

س1: ما هو نطاق درجة الحرارة الذي يمكن أن يصل إليه مجمع الطاقة الشمسية الأنبوبي الحراري؟
A1: عادة ما تكون 60–250 درجة مئوية اعتمادًا على تصميم الأنبوب وبناء المجمع وتكامل النظام.

س2: كيف يعمل أنبوب الحرارة على تحسين الكفاءة؟
أ2: ينقل سائل تغيير الطور داخل أنبوب الحرارة الحرارة بسرعة مع الحد الأدنى من الخسارة، مما يحسن الأداء تحت الإشعاع المنخفض.

س3: هل يمكن تشغيله في المناخات الباردة؟
ج3: نعم، تحافظ الأنابيب المفرغة على العزل الفراغي الداخلي، كما تمنع مخاليط الجليكول التجمد.

س4: ما هي المدة التي تستمر فيها الأنابيب المفرغة؟
ج4: تدوم معظم الأنابيب عالية الجودة لمدة تتراوح بين 15 و25 عامًا؛ ويعتبر فقدان الفراغ أمرًا نادرًا مع التصنيع الموثوق.

س5: ما هي المدة التي تتطلب الصيانة؟
ج5: فحص الأنابيب واستبدال السوائل بشكل دوري كل بضع سنوات فقط، اعتمادًا على حجم النظام.

س6: هل يمكن استبدال الأنابيب الفردية؟
ج6: نعم، يعد الاستبدال المعياري أحد المزايا الرئيسية لأنظمة تجميع الطاقة الشمسية ذات الأنابيب الحرارية.

س7: هل هو مناسب للحرارة العملية الصناعية؟
ج7: نعم، وخاصة للتسخين المسبق بدرجة حرارة منخفضة إلى متوسطة تصل إلى 250 درجة مئوية.

س8: ما هي فترة الاسترداد النموذجية؟
ج8: عادة ما تحقق المشاريع التجارية استرداد رأس المال خلال 3 إلى 6 سنوات اعتمادًا على تكاليف الوقود.

س9: هل يمكن دمجه مع التخزين الحراري؟
ج9: نعم، يؤدي التكامل مع الخزانات المعزولة إلى تحسين استقرار النظام وإنتاجيته بشكل كبير.

س10: ما هي الشهادات التي يجب على المشترين التحقق منها؟
أ10: الشهادات المتعلقة بالأداء الحراري وسلامة الضغط وجودة المواد وسلامة الفراغ.

CTA التجارية

بالنسبة للمشتريات بالجملة، أو شراكات OEM، أو تكامل النظام الجاهز باستخدام تقنية Heat Pipe Solar Collector، اتصل بفريق الهندسة التجارية لدينا للحصول على عروض أسعار مفصلة، ​​وعمليات محاكاة حرارية، وتصميمات أنظمة خاصة بالمشروع. نحن ندعم تجار الجملة ومقاولي EPC ووكالات المشتريات الحكومية بالرسومات الفنية ونماذج الأداء وفترات الإنتاج السريعة.

معلومات المؤلف

كتبه مهندس طاقة شمسية حرارية كبير يتمتع بخبرة 16 عامًا في تصميم أنظمة التدفئة الصناعية، وتصنيع المجمعات، وتنفيذ مشاريع الهندسة والتوريد والبناء. تشمل خبرته التقنية دمج أنظمة التدفئة المتجددة تجاريًا على نطاق واسع في مناطق متعددة.

المؤسسات المرجعية: وكالة الطاقة الدولية، والحرارة الشمسية في جميع أنحاء العالم.

المؤهلات والجوائز: