المضخة الحرارية المساعدة بالطاقة الشمسية الديناميكية الحرارية

عادة، عندما تفكر في الألواح الشمسية، فإنك تتخيل الخلايا الكهروضوئية الشمسية (PV): الألواح التي يتم تركيبها فوق سطح منزلك أو في مكان مفتوح وتحول ضوء الشمس إلى كهرباء. ومع ذلك، يمكن أن تكون الألواح الشمسية حرارية أيضًا، مما يعني أنها تحول ضوء الشمس إلى حرارة بدلاً من الكهرباء. الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية هي أحد أنواع الألواح الشمسية الحرارية - وتسمى أيضًا المجمع - والتي تختلف بشكل كبير عن الألواح الحرارية التقليدية؛ فبدلاً من الحاجة إلى ضوء الشمس المباشر، يمكن للألواح الشمسية الديناميكية الحرارية أيضًا توليد الطاقة من الحرارة الموجودة في الهواء.

الماخذ الرئيسية

يمكن أن تعمل الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية كمجمع ومبخر في المضخات الحرارية المدعومة بالطاقة الشمسية ذات التوسع المباشر (SAHPs).

فهي تمتص الحرارة من ضوء الشمس والهواء المحيط، ولا تحتاج عادةً إلى ضوء الشمس المباشر، على الرغم من أنها قد لا تؤدي أداءً جيدًا في المناخات الباردة

هناك حاجة إلى مزيد من الاختبارات لتقييم مدى جودة عمل الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية في المناخات الباردة

في حين أن الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية هي الأكثر شعبية في أوروبا، إلا أن بعضها بدأ يصل إلى السوق في الولايات المتحدة

كيف تعمل المضخة الحرارية المدعومة بالطاقة الشمسية؟

تستخدم SAHPs الطاقة الحرارية من الشمس والمضخات الحرارية لإنتاج الحرارة. على الرغم من أنه يمكنك تكوين هذه الأنظمة بعدة طرق مختلفة، إلا أنها تتضمن دائمًا خمسة مكونات رئيسية: المجمعات، والمبخر، والضاغط، وصمام التمدد الحراري، وخزان تبادل الحرارة للتخزين.

ما هي الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية؟ كيف يعملون؟

الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية هي مكونات لبعض مضخات الحرارة المدعومة بالطاقة الشمسية ذات التمدد المباشر (SAHPs)، حيث تعمل كمجمع لتسخين المبرد البارد. في SAHPs ذات التمدد المباشر، تعمل أيضًا كمبخر: عندما يدور المبرد مباشرة من خلال لوحة شمسية ديناميكية حرارية ويمتص الحرارة، فإنه يتبخر ويتحول من سائل إلى غاز. ينتقل الغاز بعد ذلك عبر الضاغط حيث يتم ضغطه، وأخيرًا إلى خزان تبادل الحرارة، حيث يقوم بتسخين المياه.

على عكس الخلايا الكهروضوئية أو الألواح الشمسية الحرارية التقليدية، لا تحتاج الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية إلى وضعها في ضوء الشمس الكامل. فهي تمتص الحرارة من أشعة الشمس المباشرة، ولكن يمكنها أيضًا سحب الحرارة من الهواء المحيط. وبالتالي، في حين أن الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية تعتبر من الناحية الفنية ألواحًا شمسية، إلا أنها تشبه في بعض النواحي المضخات الحرارية ذات مصدر الهواء. يمكن تركيب الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية على الأسطح أو الجدران، تحت أشعة الشمس الكاملة أو في الظل الكامل - التحذير هنا هو أنه إذا كنت تعيش في مناخ بارد، فمن المحتمل أن تعمل بكفاءة أكبر في ضوء الشمس الكامل لأن درجة حرارة الهواء المحيط قد لا تكون دافئة بما يكفي لتلبية احتياجات التدفئة الخاصة بك.

ماذا عن الماء الساخن بالطاقة الشمسية؟

تستخدم أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية المجمعات التقليدية، والتي يمكنها إما تسخين مادة التبريد، مثل الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية، أو تسخين الماء مباشرة. تتطلب هذه المجمعات ضوء الشمس الكامل، ويمكن لسائل التبريد أو الماء التحرك عبر النظام إما بشكل سلبي عبر الجاذبية، أو بشكل نشط عبر مضخة تحكم. تعد SAHPs أكثر كفاءة لأنها تحتوي على ضاغط، يعمل على ضغط وتركيز الحرارة في مادة التبريد الغازية، ولأنها تشتمل على صمام التبادل الحراري، الذي ينظم معدل تدفق مادة التبريد عبر المبخر - والذي يمكن أن يكون عبارة عن لوحة شمسية ديناميكية حرارية – لتعظيم إنتاج الطاقة.

ما مدى جودة عمل الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية؟

على عكس أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية، لا تزال الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية تقنية متطورة ولم يتم اختبارها جيدًا. في عام 2014، أجرى مختبر مستقل، وهو Narec Distributed Energy، اختبارات في بليث بالمملكة المتحدة لتحديد كفاءة الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية. تتمتع بليث بمناخ معتدل إلى حد ما مع هطول أمطار غزيرة وتم إجراء الاختبارات في الفترة من يناير إلى يوليو.

أظهرت النتائج أن معامل الأداء، أو COP، لنظام SAHP الديناميكي الحراري كان 2.2 (عند حساب الحرارة المفقودة من خزان التبادل الحراري). تعتبر المضخات الحرارية عادةً ذات كفاءة عالية عندما تحقق COP أعلى من 3.0. ومع ذلك، في حين أظهرت هذه الدراسة أنه في عام 2014، لم تكن الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية فعالة للغاية في المناخ المعتدل، إلا أنها يمكن أن تعمل بكفاءة أكبر في المناخات الأكثر دفئًا. بالإضافة إلى ذلك، مع استمرار تقدم التكنولوجيا، ربما تحتاج الألواح الشمسية الديناميكية الحرارية إلى دراسة اختبارية مستقلة جديدة.

كيفية تقييم كفاءة المضخات الحرارية التي تعمل بالطاقة الشمسية

قبل اختيار SAHP، يجب عليك مقارنة معامل الأداء (COP) للأنظمة المختلفة. COP هو مقياس لكفاءة المضخة الحرارية بناءً على نسبة الحرارة المفيدة المنتجة مقارنة بمدخلات الطاقة. تعادل COP الأعلى كفاءة SAHPs وانخفاض تكاليف التشغيل. في حين أن أعلى COP يمكن أن تحققه أي مضخة حرارية هو 4.5، فإن المضخات الحرارية ذات COP أعلى من 3.0 تعتبر ذات كفاءة عالية.