قلب لوحة امتصاص الطاقة الشمسية: "القلب" الفعال للمجمعات الشمسية ذات الألواح المسطحة

داخل المجمع الشمسي ذي اللوحة المسطحة، يوجد مكون أساسي يحدد أداء النظام بأكمله، وهو صفيحة الامتصاص. هذه الصفيحة المعدنية، ذات اللون الأزرق الداكن عادةً، هي جوهر عملية التحويل الحراري الشمسي. يُحدد أداؤها مباشرةً كفاءة المجمع وعمره الافتراضي وموثوقيته. تُحلل هذه الورقة بعمق تصميم الهيكل، وتكنولوجيا المواد، ومؤشر الأداء، وتأثيرها الرئيسي على كفاءة النظام.

أولا: الوظيفة والحالة: لماذا تعتبر اللوحة الأساسية مهمة للغاية؟

يتولى لوح الامتصاص الأساسي ثلاث مهام أساسية: 

1. تعظيم التقاط الطاقة الشمسية: امتصاص طاقة الإشعاع الشمسي من خلال طلاء سطحي خاص 

2. التحويل الفعال للطاقة الحرارية: يتم تحويل طاقة الضوء إلى طاقة حرارية ونقلها إلى وسط نقل الحرارة

3. تقليل فقدان الحرارة: تقليل فقدان الحرارة من خلال التصميم الهيكلي واختيار المواد

إن أداء اللوحة الأساسية يحدد بشكل مباشر منحنى الكفاءة اللحظية والحرارة الكلية للمجمع، وهو عامل رئيسي يؤثر على العائد على الاستثمار في النظام.

 

ثانياً: الهيكل الأساسي ومبدأ العمل

يعتمد قلب الامتصاص الحديث عالي الكفاءة عادةً على هيكل مركب مغلف:

1. طبقة فيلم ممتصة للحرارة (الطبقة العليا 

تقنية الرش المغناطيسي في تحضير الطلاء الماص الانتقائي

معدل الامتصاص α> 0.95، الابتعاثية ε <0.05 

يتميز بمقاومة قوية للطقس ويمكنه تحمل درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية 

2. نظام قناة التدفق (الطبقة الوسطى 

يتم تشكيلها عن طريق اللحام بالليزر لأنابيب النحاس/شرائط النحاس أو أنابيب الألومنيوم/شرائط الألومنيوم 

يعمل تصميم قناة التدفق على تحسين كفاءة نقل الحرارة ومقاومة التدفق 

تم تحسين تباعد الأنابيب وقطرها من خلال الحسابات الديناميكية الحرارية 

3. مادة الركيزة (الطبقة السفلية) 

تُستخدم عادةً ألواح سبائك الألومنيوم 1060 أو 3003 

السمك عادة ما يكون من 0.3 إلى 0.5 ملم 

يتميز بموصلية حرارية جيدة ومقاومة للتآكل 

طريقة العمل: ضوء الشمس → طلاء الامتصاص الانتقائي → الطاقة الحرارية → الركيزة → قناة التدفق → وسط نقل الحرارة

 

ثالثًا: المعايير الفنية الرئيسية ومؤشرات الأداء

1. الأداء البصري 

معدل الامتصاص: > 0.95 (طيف AM1.5 القياسي) 

الانبعاثية: < 0.05 (عند 80 درجة مئوية) 

2. الأداء الحراري 

كفاءة نقل الحرارة: > 0.78 (في ظل ظروف درجة الحرارة الحرجة) 

معامل فقدان الحرارة: < 3.5 واط/م²ك 

3. الخصائص الميكانيكية 

قدرة مقاومة الضغط: ≥1.0 ميجا باسكال 

قوة الترابط: ≥30 نيوتن/سم² 

دورة مقاومة التعب: > 5000 دورة حرارية

 

رابعًا: مقارنة أنواع التكنولوجيا السائدة

1. هيكل صفائح الأنابيب (السائد) 

هيكل أنبوب النحاس ولوحة النحاس: اللحام بالموجات فوق الصوتية أو اللحام بالليزر

هيكل أنبوب النحاس - لوحة الألومنيوم: استخدام عمليات المواد المركبة المدرفلة على الساخن أو المواد المركبة المتفجرة 

أنبوب ألومنيوم - هيكل من ألواح الألومنيوم: ملحوم بالكامل بالألومنيوم، بتكلفة منخفضة نسبيًا 

2. هيكل الأنبوب السربنتيني 

ثني وتشكيل أنبوب معدني واحد 

مقاومة التدفق صغيرة، لكن الكفاءة أقل قليلاً 

3. هيكل اللوحة المنقوشة 

يتم الضغط على العداء على اللوحة المعدنية من خلال قالب 

إنها منخفضة التكلفة ولكن مقاومة الضغط ضعيفة 

4. جدول مقارنة الأداء 

النوع، الكفاءة الحرارية، قدرة تحمل الضغط، التكلفة، السيناريوهات القابلة للتطبيق

أنبوب نحاسي - ارتفاع لوحة نحاسية (0.78-0.82) ارتفاع (1.0 ميجا باسكال) هندسة راقية

أنبوب نحاسي - صفيحة ألومنيوم متوسطة الارتفاع (0.75-0.78) متوسطة الارتفاع (0.8 ميجا باسكال) هندسة عامة

هيكل من الألومنيوم بالكامل متوسط ​​(0.70-0.75) متوسط ​​(0.6 ميجا باسكال) نظام منزلي منخفض

V. عملية التصنيع ومراقبة الجودة

1. عملية اللحام 

اللحام بالليزر: دقة عالية، منطقة صغيرة متأثرة بالحرارة 

اللحام بالموجات فوق الصوتية: لا عمق اختراق، لا تشوه 

التصفيح المدرفل على الساخن: قوة ربط عالية 

2. عملية الطلاء 

الرش المغناطيسي: أفضل أداء، ولكن التكلفة عالية 

الأكسدة: مقاومة جيدة للطقس، كفاءة متوسطة 

معالجة الطلاء الكهربائي: يتم التخلص منها تدريجيًا 

3. فحص الجودة 

كشف تسرب مطياف كتلة الهيليوم: التأكد من إحكام اللحام 

اختبار الأداء الحراري: منحنى الكفاءة المقاس 

اختبارات المتانة: اختبارات الحرارة الرطبة ورذاذ الملح 

سادسًا: سيناريوهات التقديم ودليل الاختيار

1. نظام الماء الساخن المنزلي 

التوصية: أنبوب نحاسي - هيكل صفيحة ألومنيوم 

المساحة: 2-4 متر مربع 

ينطبق على العائلات المكونة من 3 إلى 5 أشخاص 

2. هندسة نظام الماء الساخن 

التوصية: أنبوب نحاسي - هيكل لوحة نحاسية 

المساحة: 20-200 متر مربع 

ينطبق على: الفنادق والمدارس والمصانع 

3. نظام التدفئة 

التوصية: أنبوب نحاسي عالي الكفاءة - هيكل لوحة نحاسية 

المتطلب: كفاءة عالية في ظروف العمل ذات درجات الحرارة المنخفضة 

4. استغلال الحرارة الصناعية 

التوصية: هيكل خاص من الفولاذ المقاوم للصدأ 

المتطلبات: مقاومة لدرجات الحرارة العالية ومقاومة للتآكل

 

سابعا. الصيانة ودورة الحياة

1. متطلبات الصيانة العادية 

التحقق من قيمة الرقم الهيدروجيني للنظام كل عام 

التحقق من تركيز مانع التجمد كل 2 إلى 3 سنوات 

إجراء اختبار ضغط النظام كل خمس سنوات 

2. متوسط ​​العمر المتوقع 

أنبوب نحاسي عالي الجودة - هيكل لوحة نحاسية: أكثر من 20 عامًا 

أنبوب نحاسي - هيكل لوحة ألومنيوم: 15-20 سنة 

هيكل من الألومنيوم بالكامل: 10-15 سنة

 

ثامناً: اتجاهات التطور التكنولوجي

1. الابتكار المادي 

مواد الطلاء النانوية: تعزيز نسبة الامتصاص الانتقائية 

مادة الركيزة المركبة: تعزيز التوصيل الحراري وتقليل الوزن 

2. التحسين الهيكلي 

تصميم Microchannel: تعزيز كفاءة نقل الحرارة 

تصميم القناة ثلاثية الأبعاد: تحسين توزيع التدفق 

3. التصنيع الذكي 

خط إنتاج اللحام الآلي 

فحص جودة رؤية الآلة 

خاتمة

باعتبارها المكون الأساسي للمجمعات الشمسية ذات الألواح المسطحة، فإن المستوى التقني وجودة تصنيع قلب لوح الامتصاص يُحددان بشكل مباشر أداء النظام بأكمله. مع تطور علم المواد وتكنولوجيا التصنيع، تتطور أنوية ألواح الامتصاص الحديثة نحو كفاءة أعلى وعمر افتراضي أطول وتكلفة أقل. 

عند اختيار مجمع شمسي مسطح، يُعد الفهم الدقيق للتفاصيل التقنية ومستوى عملية قلبه - نواة لوحة الامتصاص - مفتاحًا لضمان كفاءة تشغيل النظام على المدى الطويل. الاستثمار في نوى لوحة الامتصاص عالية الجودة والكفاءة لا يعني فقط اكتسابًا حراريًا أعلى وعائدًا أسرع على الاستثمار، بل يضمن أيضًا خدمة موثوقة لعقود. 

مع تقدم هدف الحياد الكربوني وتسريع التحول في مجال الطاقة، ستواصل تقنية لوحة الامتصاص الفعالة والموثوقة لعب دور حاسم في مجال استخدام الطاقة الشمسية الحرارية، وتوفير الدعم الفني الأساسي للحفاظ على طاقة المباني والاستبدال الحراري الصناعي.