الصفحات

الجمعة، 1 أبريل 2016

الإستخدمات الحرارية للطاقة الشمسية

بسم الله الرحمن الرحيم
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
الإستخدمات الحرارية للطاقة الشمسية
3 – الاستخدامات الحرارية للطاقة الشمسية :

3– 1 – 1 - تسخين المياه بالطاقة الشمسية (المجمعات الشمسية) :
السخان الشمسي (منظومة تسخين المياه بالطاقة الشمسية) :
هي منظومة متكاملة تتكون من عدة اجزاء تستخدم في تجميع الاشعة الشمسية الساقطة عليها وتحويلها الى طاقة حرارية يستفاد منها في تسخين المياه خلال ساعات سطوع الشمس حيث تخزن المياه الساخنة في خزان حراري تمهيدا لاستخدامها خلال اليوم .

تتركب السخانات الشمسية بصفة عامة من سطح امتصاص الأشعة الشمسية وقنوات سريان وسيط التسخين وعوازل حرارية لمنع تسرب الحرارة المكتسبة في وسيط التسخين إلى الوسط المحيط .
3 – 1 – 2 - تسخين أحواض السباحة بالطاقة الشمسية :
ان سخانات الماء الشمسية يمكن ان تستعمل ايضاً لتسخين مياه المسابح , حيث تقوم المجمعات الشمسية بتسخين المياه الى درجات اعلى بقليل من درجة حرارة الجو المحيط ,حيث تستخدم لهذه الغاية المجمعات الشمسية الرخيصة الغير مزججة والتي تصنع عادة من المواد البلاستيكية المعدة خصيصاً لهذه الغاية .
فالمجمعات الشمسية المزججة ليست نموذجاً للاستخدام في تطبيقات تسخين مياه المسابح ماعدا الاحواض الداخلية .
ان تسخين مياه المسابح باستخدام الطاقة الشمسية يتطلب مجمع شمسي ذو مساحة تساوي من(50ـــ150) من المساحة السطحية للمسبح وهذا مكلف نوعاً ما, وبشكل عام كلما زادت مساحة المجمعات اصبح بالامكان استخدام المسبح في طقس بارد اكثر .كما ان تغطية المسبح وعزله يؤثر تخفيض ضياعات الحرارة بشكل ملحوظ وبالتالي الحفاظ على مياه المسبح دافئة لفترات طويلة.
حيث يتطلب أي نظام تدفئة شمسي لحوض سباحة من(2000ــــ10000)$ وهذا يعتمد على الحجم وعلى تصميم النظام وعلى نوع المجمعات 000 في حين ان كلفة الصيانة منخفضة جداً .

يمكن استخدام الطاقة الشمسية لتدفئة الابنية شتاءاً ,حيث يتألف النظام من مجمعات شمسية وخزان للحرارة ومضخة في حال استعمال الماء الساخن كوسيط ناقل للحرارة ,ومروحة في حال استعمال الهواء كوسيط ناقل للحرارة .كما تحتاج انظمة التدفئة بالطاقة الشمسية الى مصدر حراري مساعد , اذا لم تحتو على خزان حراري .

ويعتمد مبدأ عملها على وجود مجمع شمسي يقوم بلتقي الطاقة الشمسية وتحويلها الى حرارة تنتقل الى الوسيط العامل والذي بدوره ينقل الحرارة الى المكان المراد تدفئته .

3 – 1 – 3- تحلية المياه المالحة بالطاقة الشمسية :
إن أزمة المياه الناشئة في العالم عامة تدفعنا للبحث عن طرق جديدة للحصول على مياه تتلاءم مع متطلبات الحياة وازدياد السكان وارتفاع مستوى المعيشة ونمو التطور الصناعي والزراعي.و السبيل الأمثل للحصول على المياه العذبة يكمن في تحلية مياه البحر والتي تعتبر من أنسب الوسائل لتحقيق المتطلبات المتزايدة نظرا للازدياد المستمر في عدد السكان وارتفاع متطلباتهم اليومية من المياه .

يرجع الفضل في التحلية للعرب إذ يعتبر الكيميائيون العرب هم أول من بدأفكرة تحلية مياه البحر بإستخدام أشعة الشمس في القرن السابع الميلادي .

الطرق المختلفة لتحلية المياه: 
لقد تم ابتكار طرق تحلية مختلفة ذات طاقة إنتاجية عالية تصل مئات الآلاف من الأمتار المكعبة من المياه العذبة.ولقد تعددت طرق التحلية وتنوعت ونذكرمنها الآتي:

1. التقطير: ( التبخير متعدد المراحل- التبخير الوميضي- التبخير بالطاقة الشمسية).
2. التثليج . 3. التناضج العكسي .
4. التبادل الأيوني . 

وعلى الرغم من إمكانية إزالة ملوحة مياه البحر بالطرق السابقة ألا أن هناك طرق محدودة تستخدم تجاريا منذ العشرين سنة الماضية ويعتمد استخدام طريقة ما للتحلية على مصدر التغذية وعلى ملوحة مياهه وعلى الكميات المنتجة وتكاليف الإنشاء والتشغيل والصيانة والتي تختلف من موقع إلى آخر وتحظى طريقة التبخير بنسبة إستخدام كبيرة تليها طريقة التناضح العكسي.

الطاقة الشمسية كمصدر طاقة لوحدات التحلية : 
نظرا لكون الطاقة عامل أساسي في حساب تكاليف محطات التحلية ونظرا لارتفاع أسعار الوقود أو تذبذبها في السنوات الأخيرة فإنه يلزم البحث عن مصادر أخرى للطاقة أقل تكلفة وأكثر تباتا في الأسعار وعدم تسببها في زيادة تلوث البيئة.تعتبر الطاقة الشمسية من أكثر أنواع الطاقة ملاءمة للاستعمال لولا انخفاض معدل الاستفادة منها حاليا على نطاق تجارى واسع وتجرى حاليا أبحاث كثيرة لتطوير وإيجاد وسائل للحصول على الطاقة الكافية . ومن أهم الوسائل المستخدمة حاليا لتحلية المياه باستخدام الطاقة الشمسية ما يلي :

1. الطرق الغير مباشرة للتحلية بالطاقة الشمسية : 
وتعتمد هذه الطرق على توفير الطاقة اللازمة لوحدات التحلية من الطاقة الشمسية الى يتم تحويلها إلى صور أخرى من الطاقة مثل الطاقة الحرارية أو الطاقة الكهربية أو المكانيكية ويتم إستخدام هذه الطاقة لتشغيل محطات التحلية ويستمر باقي العمل كما هو مع مصدر الطاقة التقليدية :
تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية : يستفاد منها في محطات التحلية بطريقة التبخير المتعدد المراحل والتبخير الومضي المتعدد المراحل حيث استعملت هذه الطريقة على مستوى صناعي ذات إنتاج عالي يصل إلى3م3/ساعة.
التناضح العكسي : وتمثل هذه الطريقة اتجاها حديثا ,ذلك أن الطاقة الشمسية يجب تحويلها إلى كهرباء أو طاقة ميكانيكية ويتم ذلك باستخدام الخلايا الفوتوفولطية التي تولد الكهرباء اللازمة لتشغيل المضخات.
التبادل الأيوني والفرز الغشائي .
2. الطرق المباشرة للتحلية بالطاقة الشمسية: 
وفي هذه الطرق تستخدم أشعة الشمس كمصدر حراري لرفع درجة حرارة الماء ومن ثم يتبخر الماء وبتكثيفه على أسطح باردة باستخدام المقطرات الشمسية للحصول على مياه محلاه.نذكر من أنواع المقطرات المستخدمة الآتي :
المقطرات من نوع البيوت الزجاجية : تجري عملية تحلية مياه البحر بالاعتماد على الطاقة الشمسية في أحواض واسعة مغطاة بألواح زجاجية ويبلغ ارتفاع هذه الأحواض عدة سنتيمترات ويجب طلاء القاع باللون الأسود ليمتص أكبر قدر من الطاقة الشمسية الساقطة عليه . يدخل الماء المالح إلى الحوض فيتبخر جزء منه بفعل الأشعة الساقطة عليه والتي تصل إلى الماء عبر الغطاء الشفاف , فيتصاعد هذا البخار ويصطدم بالسطح الداخلي للغطاء حيث يتكثف مشكلا قطرات من الماء العذب تسيل على السطح الداخلي إلى الأسفل وتتجمع في قناة في أسفل الحوض .

تؤدي الطاقة الشمسية التي تخترق اللوح الزجاجي إلى رفع درجة حرارة الماء بصورة عامة والطبقات السفلية بصورة خاصة بسبب تلامس طبقات الماء السفلي مع القاع الأسود أما الغطاء فيستقبل عدة أنواع من الطاقة هي : 1. الطاقة الشمسية.
2. طاقة تكثييف البخار.
3. طاقة الأشعة الحرارية المتبعة من الماء المالح . 

تؤدي هذه الطاقات إلى رفع درجة حرارة الغطاء الذي يبدأ بدوره بإصدار أشعة حرارية إلى الوسط الخارجي ( الطاقة المفقودة ) . ويعتمد إنتاج المقطر على عدة عوامل منها : ميل الغطاء وبعده عن سطح الماء، إرتفاع الماء في الحوض ، نسبة الملوحة ، الفرق في درجات الحرارة بين الغطاء وسطح الماء . إن ميل الغطاء يجب أن يتناسب وزاوية ارتفاع الشمس بحيث تكون أشعة الشمس عمودية لتلاقى أكبر قدر ممكن من الأشعة المتناثرة وبالتالي تحسين مردود الحوض . إن بعد الغطاء عن سطح الماء يتناقص مع إرتفاع نسبة تركيز الملح في الماء وينصح ألا يتجاوز إرتفاع الماء في الحوض مدى معين يتراوح 2.5-3 سم .
4- اقتصاديات الطاقة الشمسية :تعتبر تكلفة المواد الأولية لأجهزة استخدام الطاقة الشمسية أهم عائق يحول دون استخدامها بالإضافة إلي المساحة الكبيرة المطلوبة لوضع هذه الأجهزة المجمعة لأشعة الشمس غير المركزة و بالرغم من كل هذه العوامل فهناك بعض الاستخدامات للطاقة الشمسية تعتبر اقتصادية في الوقت الحاضر ، منها تسخين المياه والاستعمالات الأخرى في المناطق النائية مثل توليد الكهرباء وضخ المياه وتحلية المياه والإشارات الضوئية والبث اللاسلكي والحماية الكاثودية وغيرها .

ومن الضروري قبل احتساب تكلفة واقتصاديات الطاقة الشمسية أن نعلم نوع التطبيق الشمسي بالإضافة إلي مواصفات المكان أي هل منطقة نائية أو قرب مدينة أو في داخل المدينة ؟ ويجب معرفة فترة التشغيل اليومية وهل هناك حاجة إلى تخزين الطاقة أم لا ؟ وهل هناك حاجة إلي الصيانة ومدى تكرارها ؟ . ومن المعلوم بأن معظم البلدان العربية تدعم أسعار الكهرباء المولدة بالمشتقات النفطية لمواطنيها ولا بد من أخذ هذا الدعم في الاعتبار عند مقارنة تكلفة توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية . و إذا أخذت جميع هذه العوامل في الحسبان و اتبعت الطرق الصحيحة لاستغلال و استخدام هذا النوع من الطاقة بشكل اقتصادي ومحاولة تطويرها إلي الشكل الأفضل قد يؤدي إلي انخفاض تكلفة الوات الواحد المنتج منها.

5- استثمارات الطاقة الشمسية في العالم العربي:
يدرك العاملون في مجال الطاقة أن الأراضي العربية هي من أغنى مناطق العالم بالطاقة الشمسية ويتبين ذلك بالمقارنة مع بعض دول العالم الأخرى ولو أخذنا متوسط ما يصل الأرض العربية من طاقة شمسية وهو 5 كيلو واط – ساعة / متر مربع / اليوم و افترضنا أن الخلايا الشمسية بمعامل تحويل 5 % وقمنا بوضع هذه الخلايا الشمسية على مساحة 16000 كيلو متر مربع في صحراء العراق الغربية ( وهذه المساحة تعادل تقريباً مساحة الكويت ) و أصبح بإمكاننا توليد طاقة كهربائية تساوي 10 4 × 400 ميغا واط – ساعة في اليوم ، أي ما يزيد عن خمسة أضعاف ما نحتاجه اليوم وفي حالة فترة الاستهلاك القصوى .

ومن البديهي أيضاً أن طاقتنا النفطية ستنضب بعد مائة عام على الأكثر وهو أحسن المصادر للطاقة ونظراً لعدم وجود كميات كبيرة من مادة اليورانيوم في بلداننا العربية بالإضافة إلي تكلفة أجهزة الطاقة وتقدم تكنولوجيتها خلال السنوات الخمسين الماضية و إمكانية عدم اللحاق بها وهو ما جعلنا مقصرين في استثمارها و نأمل أن لا تفوتنا الفرصة في خلق تكنولوجيات عربية لاستغلال الطاقة الشمسية وهي لا زالت في بداية تطورها .

إن لاستعمال بدائل الطاقة مردودين مهمين أولهما جعل فترة استعمال الطاقة النفطية طويلة وثانيهما تطوير مصدر للطاقة آخر بجانب مصدر النفط الحالي . ومن التجـارب المحدودة لاستخدامات الطاقة الشمسية في البلاد العربية ما يلي :

1- تسخين المياه والتدفئة وتسخين برك السباحة بواسطة الطاقة الشمسية أصبحت طريقة اقتصادية في البلدان العربية وخاصة في حالة تصنيع السخانات الشمسية محلياً .
2- تعتبر الطاقة الشمسية أحسن وسيلة للتبريد حيث أنه كلما زاد الإشعاع الشمسي كلما حصلنا على التبريد وكلما كانت أجهزة التبريد الشمسي أكثر كفاءة ، ولكن تكلفة التبريد الشمسي تكون أعلى من السعر الحالي للتبريد بثلاثة إلي خمس أضعاف تكلفته الاعتيادية ويعود السبب لارتفاع التكلفة لمواد التبريد الشمسي ومعدات تجميع الحرارة وتوليد الكهرباء .

ولو استعرضنا البحث والتطبيقات السارية للطاقة الشمسية في الوطن العربي لتبين لنا أن استخدام السخانات الشمسية أصبح شيئاً مألوفاً في بعض البلدان العربية بينما بقيت صناعة الخلايا بصورة تجارية متأخرة في جميع البلدان العربية بسبب تكلفة إنشاء المصنع الأولية و إتباع سياسة التأمل القائلة ( يجب الانتظار ريثما تنخفض الكلفة ) .

إن معظم التجارب الميدانية والمختبرية لاستغلال الطاقة الشمسية في الوطن العربي لا تزال في مراحلها الأولى ويجب تنشيطها و الإكثار منها و لو استعرضنا ما تقوم به دول العالم في هذا المجال و بخاصة الدول المتقدمة صناعياً والتي لا تملك خمس ما تملكه الدول العربية من الطاقة الشمسية لوجدنا أن بريطانيا وحدها تنفق على مشاريع الطاقة الشمسية ما يعادل جميع ما تنفقه الدول العربية مجتمعة وينطبق هذا على عدد العاملين في مجالات الطاقة المتجددة حيث يعمل في فرنسا ضعف اللذين يعملون في جميع الدول العربية في هذه المجالات .

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق