مجمعات الطاقة الشمسية ذات اللوحات المسطحة كبيرة الحجم: الحل الأساسي للتحول إلى الطاقة النظيفة في الصناعة والتجارة

مقدمة

في ظل التحول العالمي في مجال الطاقة وخفض انبعاثات الكربون، تشهد تكنولوجيا استغلال الطاقة الشمسية الحرارية فرصًا تطويرية غير مسبوقة. وتُعدّ المجمعات الشمسية المسطحة كبيرة الحجم، باعتبارها المكونات الأساسية لأنظمة استغلال الطاقة الشمسية الحرارية، خيارًا مهمًا للتحول نحو الطاقة النظيفة في القطاعين الصناعي والتجاري، نظرًا لكفاءتها العالية واستقرارها ومتانتها. ستتناول هذه المقالة بعمق الخصائص التقنية ومزايا النظام وسيناريوهات التطبيق واتجاهات التطوير المستقبلية لمجمعات الطاقة الشمسية المسطحة كبيرة الحجم، مما يوفر مرجعًا شاملًا للمستخدمين الصناعيين والتجاريين.

أولا: الميزات التقنية ومزايا الابتكار

تعتمد المجمعات الشمسية ذات اللوحة المسطحة كبيرة الحجم على مفاهيم تصميم وعمليات تصنيع متقدمة، وتتمتع بالميزات البارزة التالية: 

أداء جمع الحرارة عالي الكفاءة

تم استخدام زجاج مقسّى منخفض الحديد عالي النفاذية (نفاذية ≥93%)، مع طلاء امتصاص انتقائي (معدل امتصاص ≥95%، انبعاثية ≤5%)، مما يُحسّن كفاءة التحويل الضوئي الحراري بشكل ملحوظ. يُحسّن تصميم قناة التدفق الفريد الخصائص الهيدروديناميكية، ويُقلل المقاومة الحرارية، ويُعزز كفاءة نقل الحرارة. في ظل ظروف الاختبار القياسية، يمكن أن تتجاوز الكفاءة اللحظية لهذا النوع الجديد من المُجمّعات 80%، ويُحافظ على أداء عالٍ في جمع الحرارة حتى في درجات الحرارة المنخفضة أو الإضاءة الخافتة.

المتانة المتميزة

الإطار مصنوع من سبائك الألومنيوم عالية القوة، ومعالج بالأكسدة الأنودية، مما يتميز بمقاومة ممتازة للتآكل. أما اللوحة الخلفية، فهي مصنوعة من فولاذ الزنك المغطى بالألمنيوم، الذي يتميز بمقاومة عالية للعوامل الجوية وعمر خدمة يزيد عن 25 عامًا. يعتمد التصميم العام على نهج معياري، مما يسهل النقل والتركيب والصيانة، ويقلل من التكلفة الإجمالية لدورة الحياة.

القدرة على التكيف مع التطبيقات واسعة النطاق

يمكن أن تصل مساحة مجموعة واحدة من المجمعات إلى 2-4 أمتار مربعة، ويمكن دمجها بالتوازي لتشكيل حقل تجميع حراري بمساحة مئات أو حتى آلاف الأمتار المربعة. يتميز بتصميم مقاوم للتجمد والغليان، مناسب لبيئات العمل التي تتراوح درجات حرارتها بين -40 و200 درجة مئوية، ويلبي متطلبات الاستخدام في مختلف الظروف المناخية. مزود بنظام تحكم ذكي، يتيح التشغيل الآلي والمراقبة عن بُعد، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل والصيانة.

ثانياً: حلول تكامل الأنظمة

تتكون أنظمة تجميع الطاقة الشمسية الحرارية ذات اللوحة المسطحة كبيرة الحجم عادةً من الأجزاء التالية:

مصفوفة جامع

وفقًا لمتطلبات الحمل الحراري، تُشكَّل مصفوفات المُجمِّعات من خلال التوصيل التسلسلي، أو التوصيل المتوازي، أو التوصيل المختلط. يُرجى اعتماد خطة تصميم مُحسَّنة لتحقيق أقصى استفادة من مساحة الموقع المتاحة وتعزيز إنتاج الطاقة للنظام.

نظام التبادل الحراري

تُستخدم المبادلات الحرارية الصفائحية أو المبادلات الحرارية الأنبوبية لتحقيق العزل بين الحلقة الشمسية ونظام استهلاك المياه. ويمكن استخدام طرق التبادل الحراري المباشر أو غير المباشر حسب الحاجة لضمان تشغيل النظام بشكل آمن ومستقر.

نظام تخزين الحرارة

تم تجهيز خزانات مياه ساخنة كبيرة (تتراوح سعتها عادةً بين 10 و100 طن)، واعتمدت تقنية تخزين الحرارة الطبقية لتعزيز الكفاءة الحرارية للنظام. طبقة العزل مصنوعة من رغوة البولي يوريثان في الموقع، بسمك يصل إلى 80-100 مم، ولا يتجاوز انخفاض درجة الحرارة 3 درجات مئوية خلال 24 ساعة.

نظام التحكم

يعتمد على أنظمة تحكم PLC أو DCS لتحقيق التشغيل الآلي. مزود بمنصة مراقبة عن بُعد، تُمكّنه من مراقبة معلمات تشغيل النظام آنيًا، مما يُمكّن من الإنذار المبكر بالأعطال والتشخيص الذكي.

ثالثًا: سيناريوهات التطبيق وتحليل الحالة

مجال الماء الساخن الصناعي

في صناعات مثل المنسوجات والأغذية والمواد الكيميائية، يمكن لأنظمة تجميع الطاقة الشمسية الحرارية واسعة النطاق ذات الألواح المسطحة توفير مياه ساخنة للعمليات الصناعية بدرجة حرارة تتراوح بين 80 و90 درجة مئوية. لنأخذ مصنعًا للنسيج مثالًا. يمكن أن يوفر تركيب نظام تجميع حرارة بمساحة 5000 متر مربع 1.5 مليون متر مكعب من الغاز الطبيعي سنويًا، ويخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 3000 طن، وتتراوح فترة استرداد الاستثمار بين 4 و5 سنوات.

مجال التدفئة المركزية

في المناطق الشمالية، يمكن دمجها مع أنظمة التدفئة الحالية لتوفير الماء الساخن للتدفئة الشتوية. يعتمد أحد مشاريع التدفئة المركزية على حقل تجميع حراري بمساحة 20,000 متر مربع، مُدمجًا مع تقنية تخزين الحرارة الموسمية، ويمكن أن يصل معدل ضمان الطاقة الشمسية إلى أكثر من 50%.

مجال التجفيف الزراعي

يُستخدم هذا النظام في تجفيف المنتجات الزراعية، حيث يوفر هواءً ساخنًا بدرجة حرارة تتراوح بين 40 و70 درجة مئوية. يعتمد أحد مشاريع تجفيف الحبوب على نظام تجميع حراري بمساحة 3000 متر مربع، مما يوفر 2000 طن من الفحم القياسي سنويًا. كما يُحسّن جودة التجفيف، ويخفض تكاليف التشغيل بشكل كبير.

تدفئة حمام السباحة

يُستخدم لتدفئة حمامات السباحة الداخلية والخارجية، للحفاظ على درجة حرارة الماء بين ٢٦ و٢٨ درجة مئوية. يستخدم أحد مراكز اللياقة البدنية نظامًا لجمع الحرارة بمساحة ١٠٠٠ متر مربع، مما يوفر حوالي ٥٠٠ ألف يوان من تكاليف الطاقة سنويًا.

رابعًا: تحليل المنافع الاقتصادية

الاستثمار الأولي

تنخفض تكلفة الاستثمار الوحدوي للأنظمة واسعة النطاق مع ازدياد حجمها. عمومًا، يتراوح الاستثمار الوحدوي للأنظمة التي تزيد مساحتها عن 1000 متر مربع بين 800 و1200 يوان للمتر المربع، وهو ما يغطي جميع تكاليف المعدات، مثل المجمعات وخطوط الأنابيب وأنظمة التحكم.

تكلفة التشغيل

تتمثل تكاليف التشغيل الرئيسية في استهلاك طاقة المضخة الدائرية ونفقات الصيانة. يتراوح استهلاك الطاقة التشغيلية السنوي لكل متر مربع من المجمع بين 5 و8 كيلوواط/ساعة، وتمثل تكاليف الصيانة حوالي 1-2% من الاستثمار الأولي.

العائد على الاستثمار

تتراوح فترة استرداد الاستثمار عادةً بين 4 و8 سنوات، حسب موارد الطاقة الشمسية في المنطقة وأسعار الطاقة. وخلال عمر النظام، يمكن أن يصل عائد الاستثمار إلى 8-15%. على سبيل المثال، يوفر نظام بمساحة 10,000 متر مربع حوالي 1,500 طن من الفحم القياسي سنويًا، ويُقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحوالي 4,000 طن.

V. دليل التركيب والتشغيل والصيانة

النقاط الرئيسية للتثبيت 

يجب أن يتجنب اختيار الموقع العوائق ويضمن التعرض الكافي لأشعة الشمس 

يجب أن تتوافق قدرة تحمل الأساس مع متطلبات التصميم 

يجب أن يكون تصميم خط الأنابيب قصيرًا قدر الإمكان لتقليل فقدان الحرارة 

يجب أن يتوافق التركيب الكهربائي مع متطلبات الحماية من الصواعق والتأريض

إدارة التشغيل والصيانة 

قم بتنظيف سطح المجمع بانتظام (يوصى بالقيام بذلك مرة كل ربع سنة) 

التحقق من سلامة عزل الأنابيب 

مراقبة معلمات تشغيل النظام واكتشاف أي خلل في الوقت المناسب 

إجراء صيانة شاملة مرة واحدة في السنة

معالجة الأخطاء الشائعة 

انخفاض كفاءة جمع الحرارة: تحقق من نظافة الزجاج وحالة الطلاء 

تسرب النظام: تحقق من إحكام غلق الأجزاء المتصلة 

فشل نظام التحكم: فحص أجهزة الاستشعار والمشغلات 

السادس. دعم السياسات وفرص التطوير

السياسة الوطنية

تنص "الخطة الخمسية الرابعة عشرة لتنمية الطاقة المتجددة" بوضوح على ضرورة بذل جهود حثيثة لتطوير استخدام الطاقة الشمسية الحرارية. وتقدم الدولة حوافز ضريبية ودعمًا ماليًا لمشاريع استخدام الطاقة الشمسية الحرارية.

السياسة المحلية

وقد طبقت العديد من المناطق سياسات التثبيت الإلزامية، مما يتطلب أن تكون المباني العامة الجديدة والمصانع الصناعية مجهزة بأنظمة استخدام الطاقة الشمسية الحرارية.

فرص تجارة الكربون

يمكن لمشاريع استغلال الطاقة الشمسية الحرارية التقدم بطلب للحصول على مؤشرات خفض الكربون، والمشاركة في سوق تداول الكربون والحصول على فوائد إضافية.

٧. اتجاهات التنمية المستقبلية

الابتكار التكنولوجي 

يعمل النوع الجديد من طلاء الامتصاص الانتقائي على تعزيز مقاومة درجات الحرارة العالية 

تعمل تقنية التتبع الذكية على تعزيز كفاءة جمع الحرارة 

نوع جديد من مواد العزل يقلل من فقدان الحرارة

تكامل النظام 

مقترنة بنظام مضخة الحرارة 

العمل بالتنسيق مع الأنظمة الكهروضوئية 

مدمج مع نظام تخزين الطاقة

توسيع التطبيق 

مجال البخار الصناعي 

مجال التبريد وتكييف الهواء 

مجال تحلية مياه البحر

ثامناً. الخاتمة

تتمتع مجمعات الطاقة الشمسية المسطحة كبيرة الحجم، كتقنية متطورة لاستغلال الطاقة الشمسية الحرارية، بآفاق تطبيقية واسعة في المجالين الصناعي والتجاري. فميزاتها النظيفة والاقتصادية والموثوقة تجعلها خيارًا مثاليًا لتحويل الطاقة في المؤسسات. ومع التطور المستمر للتكنولوجيا والدعم المستمر للسياسات، من المتوقع أن تلعب مجمعات الطاقة الشمسية المسطحة كبيرة الحجم دورًا أكثر أهمية في تعزيز التنمية الخضراء وتحقيق أهداف الكربون المزدوج. 

ننصح المستخدمين الصناعيين والتجاريين بدراسة مشاريع استخدام الطاقة الشمسية الحرارية بعناية عند وضع خطط الطاقة، ووضع البنية التحتية للطاقة الخضراء في أقرب وقت ممكن لأخذ زمام المبادرة في التنمية المستدامة. لمزيد من التفاصيل الفنية أو استشارة المشروع، يُرجى التواصل مع فريقنا المتخصص. سنقدم لكم دعمًا فنيًا شاملًا وخدمات شاملة.