استخدامات الطاقة الشمسية وتطبيقاتها المختلفة

استخدامات الطاقة الشمسية وتطبيقاتها المختلفة

السخانات الشمسية

السخانات الشمسية "المعروف أيضا باسم ألواح شمسية" هو وسيلة لتحويل أشعة الشمس الى حرارة وتخزينها لأستخدامها فيما بعد . الألواح الشمسية تختلف كليا عن الألواح الضوئية التى تستخدم من أجل انتاج الكهرباء.

كيفية الاستخدام

استخدام الطاقة الشمسية لتسخين المياه يتم من خلال مجمعات لأشعة الشمس وتحويلها لطاقة حرارية لتدفئة المنازل أو تسخين المياه أو توليد الكهرباء بالبخار أو تجفيف المحاصيل أو للطبخ.

وحاليا التسخين للمياه عن طريق أشعة الشمس أصبح شائعا ومنتشرا فى كثير من المدارس والمطاعم والمنازل والمستشفيات والفنادق والقرى السياحية ....سواء استخدامها فى التدفئة أو تسخين المياه. كما تستخدم فى الصوبات بالمزارع على نطاق واسع .

ويمكن صناعة السخانات الشمسية فى عدة أحجام لتلبية الاحتياجات من الطاقة الشمسية حسب درجات الحرارة المطلوبة للمياه سواء أكانت دافئة " أقل من 50 درجة مئوية " لحمامات السباحة أو ساخنة "من 60 – 80 درجة مئوية " للاستخدام المنزلى أو مغلية للحصول على بخار لتوليد الكهرباء . وهذا يعتمد على قدرة السخان الشمسى وتصميمه.

* وأبسط هذه السخانات هو السخان الشمسى المسطح "Flate-Plate solar heater collector " وهو عبارة عن صندوق معزول معدنى له غطاء من الزجاج العادى أو البلاستيك الشفاف وبداخله لوح ماص للحرارة ملون وغامق .

وغالبا باللون الأسود لامتصاص حرارة أشعة الشمس وبداخله سربنتينة ( أنابيب ) يمر بها الماء لتسخينه أو الهواء المراد تسخينه للتدفئة . واللوح الماص من معدن نحاس أو الومنيوم أو سبيكة منهما . لأنهما لهما قدرة كبيرة على توصيل الحرارة وبسرعة وكفاءة عالية . والنحاس مقاوم للتاكل رغم أنه أكثر تكلفة . والصندوق معزول لمنع تسرب الحرارة منه . والماء الساخن يخزن فى خزانات عازلة للحرارة بداخلها . وقد يكون من الزجاج أو الفيبر جلاس للاحتفاظ بحرارة الماء ولا سيما للاستعمال أثناء الليل.

* وبالنسبة لسخانات الهواء الشمسية Solar Air Heater التى تستخدم لتجفيف المحاصيل الزراعية وتدفئة المنازل بالهواء الساخن فهى أقل تكلفة وأسهل فى التشغيل وأقل حرارة من السخانات الشمسية التى تسخن الماء.

فاللوح الماص للحرارة والمسطح بالسخان الشمسى سواء أكان لوحا معدنيا أو غير معدنى يمر الهواء به بالحمل أو بواسطة مروحة تدفعه وتدوره به لتسخينه. رغم أنه أقل توصيلا للحرارة من الماء.

والسخان الهوائى أقل عطبا ويعمل لسنوات طويلة لكن استخعمالاته ما زالت متدنية فى الدول النامية .ويمكن تشغيله بامرار الهواء لتسخينه تحت اللوح الماص للحرارة أو خلاله أو فوقه وقد ترتفع درجة الحرارة ما بين 20-50 درجة مئوية حسب طريقة العزل بالسخان، ومعدل مرور الهواء به وتراكم الأتربة عليه التى تقلل من امتصاصه للحرارة . وأحسن ناقل للحرارة تكون المادة الماصة من المعدن المخرم. فالمراوح تشفط الهواء وتدفعه بالثقوب بالمعدن بعد تسخينه بالشمس .وهذه السخانات مختلفة الأحجام .وقد تتوقف عن التسخين حسب سوء الأحوال الجوية وغياب الشمس المشرقة.

* وهناك نوع ثالث من السخانات الشمسية يطلق عليه سخان ( مجمع ) الأنابيب المفرغة "Evacuated-tubes heater collector" لتسخين الماء بدرجة عالية حيث تدخل أشعة الشمس من خلال السطح الزجاجى لتقع على أنابيب زجاجية شفافة مفرغة من الهواء ومغلقة ومتوازية وبداخلها أنابيب ماصة للحرارة تمر بها المياه لتسخن بالتلامس. وتخزن المياه فى خزان. والأنابيب المفرغة حول الأنابيب الماصة للحرارة لا تفقد الحرارة، لأن الفراغ لا يوصل الحرارة ولا يفقدها لعدم وجود هواء يوصل الحرارة أو يحملهل بالحمل أو يدور بداخلها فيفقدها. وهناك أنابيب مفرغة وبداخلها أنابيب المياه المراد تسخينها، يسع الأنبوب 19 لتر ماء. مما يجعلها لا تحتاج لخزانات بجوارها لتخزين المياه الساخنة . ويمكن وضع الجهاز مائلا رأسيا أو أفقيا .

* وتوجد السخانات المركزة Concentrating Collectors التى تستخدم المرايا اللامعة ( المقعرة ) لتعكس الأشعة المركزة للشمس فوق اللوح الماص لتقع فى بؤرة تجميع لأشعة الشمس فوق المستقبل بحيث يمر به الماء المراد تسخينه.

وهذه السخانات تعطى درجات حرارة للماء أعلى بكثير من السخانات الشمسية العادية. وتدور مع اتجاه الشمس. وهذا النوع يعطى ماءا مغليا أو يستخدم فى تقطير وتعذيب المياه المالحة بالحاق جهاز تكثيف به للحصول على الماء المقطر.

ويمكن استخدام هذه الوسيلة لطبخ الطعام فى قدور سوداء يطلق عليها الفرن الشمسى Solar Cookers حيث تسلط عليها هذه المرايا اللامعة لتتركز أشعة الشمس فوق جدران هذه القدور .

وقد تصل درجة الحرارة 200 درجة مئوية. وهذه الوسيلة يمكن من خلالها قتل البكتريا وتعقيم المياه،وهى غير مكلفة لو صممت هذه المجمعات الشمسية مع بناء المبنى. وحجم جهاز تجميع الطاقة يعتمد على الاستعمال والحاجة اليومية. فالشخص يمكنه استهلاك 50 لتر يوميا من الماء الساخن فى درجة من 55 – 60 درجة مئوية .

* وكل خزانات المياه الساخنة معزولة حراريا وبها توصيلة لدخول الماء البارد لها صمام (محبس سكس بلف) يجعل الماء يتجه فى اتجاه واحد ولا يرتد أو يفرغ الخزان. وتوصيلة لخروج الماء الساخن وتوصيلتان لأنابيب التدو ير .ويمكن تثبيت الخزان فوق حامل. ويقدر حجمه 80 لتر لكل شخص، ليستهلك 50 لتر ماء ساخن يوميا.

وهناك تقنية تعذيب وتقطير مياه البرك والمحيطات عن طريق استخدام الطاقة الشمسية المتجددة ولا سيما فى المناطق التى تغمرها أشعة الشمس المتدفقة. وهذه التقنية عبارة عن انشاء خزانات كبيرة من الطوب أو الأسمنت أو البلاستيك أو الاجر ، ومحكمة للمياه المراد تقطيرها. وتغطى بغطاء زجاجى أو بلاستيكى شفاف ومائل. وقعر الخزان مبطن بمادة سوداء ليمتص حرارة الشمس التى تبخر الماء المقطر ليتكثف تحت الغطاء المائل بفعل الهواء الخارجى وليتجمع فى جوانب الغطاء وينساب فى أنابيب أسفله ليعطينا الماء المقطر الذى يتجمع فى خزانات خاصة معزولة عن الحرارة حتى لا يتبخر الماء مرة ثانية.

وهذه الطريقة غير مكلفة ولا تحتاج لصيانة الأجهزة. وتعمل بانتظام طالما أشعة الشمس موجودة. والمياه الناتجة لها جودة عالية وبها هواء ولا يوجد بها معادن. لهذا طعمها قد يكون غريبا بعض الشىء أثناء الشرب ،لكنها خالية من البكتريا والطفيليات والملوثات تقريبا. وهذه المياه تقلل انتشار العدوى بالأمراض المعدية ولا سيما فى البلدان التى تسبب مياه الشرب العدوى بها، كعدوا الكوليرا والتيفود، عافانا الله واياكم.