تسخين المياه بالطاقة الشمسية

تعتبر الطاقة الشمسية بالنسبة لكُلّ مصادر الطاقةِ المعروفةِ الأكثر والأنظفِ وهي لا تنضبِ. فالإشعاع الشمسي هو الحرارةُ، والضوء و الإشعاعات الأخرى تَبْعُثُ مِنْ الشمسِ،و يَحتوي الإشعاعُ الشمسيُ كمياتُ ضخمةُ مِنْ الطاقةِ وهي مسؤولة عن كُلّ العمليات الطبيعية على سطح الأرضِ تقريباً. و بالرغم من أن طاقة الشمسَ وفيرةِ، فقد كَانَ من الصعب أَنْ تُسخّرَ مباشرة لخدمة الإنسان إلا منذ فترة قريبة ، حيث أصبح بالإمكان أَنْ تُستَعملَ الطاقةُ الحرارية التي نحصل عليها مِنْ الشمسِ لعدد مِنْ التطبيقاتِ منها إنتاج ماء حار للاستعمالات المنزلية أو للتدفئة المركزية أو للتطبيقات الصناعية الأخرى.

وهكذا فإن استعمال الأنظمة الشمسيةِ والطاقات الأخرى المتجدّدةِ قد قلّل مِن الاعتماد على الوقود المستخرجِ لإنتاجِ الطاقةِ، وهذا يخَفِّضِ مباشرة انبعاث CO2 الذي يؤدي إلى ارتفاع معدل درجات الحرارة العامِ ، والذي يعد الآن أكثر قضية بيئية مثيرة للقلقِ.

فالعائلة المتوسطة يُمْكِنُ أَنْ تُخفّضَ انبعاث CO2 بمقدار 20 % باستخدامها أنظمة الطاقة الشمسية لتأمين احتياجاتها اليومية.

لقد استخدمت المُجمِّعات الشمسية الحرارية المسطحة لعِدّة عقود،و لكن في أعدادِ صغيرةِ نسبياً، خصوصاً في البلدانِ الغربيةِ.أما الأنابيب المُخلاة من الهواء كَانتْ أيضاً قيد الاستعمال منذ أكثر من 10 سنين، ولكنها كَانَت باهظة الثمن أكثر بكثير مِنْ اللوحات المستوية، لذا كانت تستخدم فقط لتطبيقاتِ درجةِ الحرارة العاليةِ أَو لمن يتمكن من اقتنائها.

أما في السَنَوات الأخيرة فقد انفجر حجم إنتاجَ الأنابيبِ المُخلاة من الهواء ، مما أدى إلى انخفاض في كلفة التصنيع وكانت النتيجةَ بأنّ أصبحت مماثلة الآن في السعر إلى اللوحات المستوية، لكن باستفادة أكبر من منافعِ عَزْل الأنبوبِ المُخلى من الهواء ، و هذا ما جعل هذه الأنابيب في مقام الاختيار الأول للتطبيقاتِ الشمسيةِ الحراريةِ حول العالم.وكانت من الدول السبّّاقة في هذا المجال (انكلترا,أمريكا،تركيا،نيوزلندا،ألمانيا،فرنسا،السويد،إيطاليا،هنغاريا،الأردن،لبنان،كندا، المكسيك،الصين و عدد كثير من الدول المتقدمة)

لماذا تعتبر الطاقة الشمسية الوسيلة الأنجع لتوفير الطاقة الحرارية اللازمة لتدفئة المنشآت الكبيرة في سورية ؟

إن تجمع عوامل المنطقة الجغرافية و الترشيد إضافة للحفاظ على بيئة نظيفة تجعل من الطاقة الشمسية الأداة المثلى لتحقيق الكسب الأفضل من استخدامها في المنشآت الكبيرة كالمشافي و الفنادق و المطاعم .

والذي يعزز إمكانية هذا التحول باستخدام الطاقة الشمسية كبديل مناسب لتأمين الحرارة يكمن في وجود عامل المناخ و المنطقة الجغرافية التي تقع فيها سورية ، حيث تشكل الأيام المشرقة 80% من مجمل أيام السنة، مع معدل امتصاص شمسي سنوي 5.80 كيلو واط لكل متر مربع يوميا حسب جدول الامتصاص الشمسي الدولي. الأمر الذي يميز منطقة الشرق الأوسط بنسبة امتصاص شمسي عالي نسبة إلى باقي المناطق في العالم ، علما أن الدول الغربية باتت الآن تستخدم معظم حاجاتها من الطاقة بواسطة الطاقات البديلة و أهمها الطاقة الشمسية حيث أنها تحتل المرتبة الأولى في توفير الطاقة بتكاليف أقل وأداء عالي مع تحقيق هدفها في حماية البيئة من التلوث و القضاء على ظاهرة الاحتباس الحراري الذي يهدد مستقبل الأرض عبر الأجيال.

دراسة تقنية للأنابيب المفرغة :

- الأنابيب المفرغة هي التي تمتص أشعة الشمس وتحولها إلى حرارة تستخدم في تسخين الماء بسرعة كبيرة، لقد استخدمت الأنابيب المفرغة لسنين عديدة في ألمانيا وكندا والصين وإنكلترا، وهناك أصناف عديدة من الأنابيب المفرغة تستخدم في التطبيقات الشمسية، لكن مجمعاتنا الشمسية تستخدم النوع الأكثر شيوعاً وهو الأنبوب ثنائي الطبقات ، وقد اختير هذا النوع لوثوقيته وأدائه الجيد وسعره المعتدل.



المادة الماصة للضوء




الأنبوب الخارجي






الأنبوب الداخلي










مقطع الأنبوب












يتألف كل أنبوب مفرغ من أنبوبين من الزجاج المقسى (البروكسيلات) ذات المقاييس العالمية, الأنبوب الخارجي شفاف يسمح لأشعة الشمس بالدخول عبره بأقل انعكاس ممكن، الأنبوب الداخلي مطلي من الخارج بمادة خاصة تمتلك خاصية امتصاص عالية للطاقة الشمسية والأشعة تحت الحمراء بأقل انعكاس ممكن ومن الداخل مطلي بمادة عاكسة للضوء لمنع رجوع الأشعة المكتسبة ثانية للخارج،و يتم لحم قمة الأنبوبين مع بعضيهما وإفراغ الهواء بينهما أثناء عملية اللحام بنسبة تخلية قدرها 0.005 بار تقريبا، عملية التخلية هذه تعطي فراغ عازل قوي جدا عن العوامل الخارجية و هذا يؤدي إلى رفع أداء الأنابيب وسرعة تسخين المياه حتى في درجات الحرارة المنخفضة جدا. الأمر الذي لا نجده في نظام الوحدات المسطحة القديم بسبب الفقد الحراري الناجم عن تماسها مع عوامل الطقس الخارجية كالرياح و درجات الحرارة المنخفضة .







الأنابيب المفرغة الحرارية:

تبدو الأنابيب الحرارية كتقنية جديدة لكننا نستخدمها كل يوم من دون أن نعرف ،حيث تستخدم الأنابيب الحرارية الصغيرة في الحاسب المحمول لنقل حرارة المعالج إلى المبرد وفي المكيفات يستخدم الأنبوب الحراري لنقل الحرارة ، وفي الواقع إن مبدأ الأنابيب الحرارية بسيط :





الأشعة الشمسية



البخار الساخن يصعد للأعلى

يتكاثف ويعود للأسفل ثانية

الحرارة المنتجة


الحرارة الممتصة من الأنبوب الزجاجي











البنية والمبدأ :

الأنبوب الحراري عبارة عن أنبوب نحاسي مفرغ من الهواء وبداخله كمية قليلة من الكحول وبعض الإضافات الخاصة، و بالاعتماد على مبدأ غليان الماء عند درجة حرارة أقل من 100oC عند إنقاص الضغط عن طريق تخلية الأنبوب الحراري نستطيع أن نصل إلى نفس النتيجة، حيث أن الأنبوب الحراري المستخدم في أنظمتنا يمتلك نقطة غليان عند 30oC فقط ،ولهذا عندما تصل درجة حرارة الأنبوب الحراري فوق 30oC يتبخر السائل بداخله ويصعد هذا البخار إلى قمة الأنبوب الحراري ناقلا الحرارة معه وعندما يفقد الحرارة في المكثف يعود إلى الحالة السائلة وينزل إلى قعر الأنبوب مكررا العملية مرة ثانية وبسرعة كبيرة حيث تصل درجة حرارة الرأس إلى 150 سيلسيوس في حوالي 5 - 10 دقائق فقط.








وهكذا نستطيع الإفادة من هذه الطاقة الحرارية الكبيرة التي ينتجها هذا النظام في تطبيقات عديدة ، و أهمها في تدفئة برك السباحة و التدفئة المركزية حيث يمكن وصله مع أي نظام للتدفئة ويعمل معه بفعالية كبيرة و يوفر حتى 70-80 % من كلفة تشغيل نظام التدفئة.

إضافة إلى ما سبق فأن سهولة تركيبه ووجود قياسات و استطاعات متعددة تناسب مختلف الاحتياجات ومظهره اللائق و الجميل يجعل منه النظام الأنسب في استغلال الطاقة البديلة الأهم على كوكبنا ألا وهي الطاقة الشمسية.