كيف يمكن استخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل فعال لتشغيل مكيفات الهواء لتبريد المباني السكنية و التجارية؟

Image Source: German Jordanian University, Energy Reports, Creative Commons License CC BY 4.0

قام فريق بحثي في أستراليا يضم مجموعة علماء من منظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية (CSIRO) وجامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) في أستراليا وباحثين من التعاون في أسواق الطاقة والبيئة ومجموعة أبحاث الهندسة المعمارية عالية الأداء, قام بدراسة إمكانية استخدام الطاقة الكهربائية الناتجة عن المحطات الشمسية الكهروضوئية المثبّتة على أسطح المباني السكنية والتجارية لتشغيل مكيفات الهواء (AC) وتبريد هذه المباني في أوقات تسبق ذروة الاستهلاك والطلب على الطاقة.

وقد أشاروا إلى أنّه يمكن استخدام التبريد المسبق بالاعتماد على الطاقة الكهربائية الناتجة عن هذه المنظومات, في أي مبنى يحتوي على وحدات تبريد (مكيّفات), حيث يمكن إزاحة ذروة الاستهلاك الطاقي أو حتى إزالتها من خلال الاعتماد على إزاحة الكتلة الحرارية للمباني, مما يحقق انخفاض في الطلب على الطاقة الكهربائية من الشبكة العامّة وبالتالي تخفيض التكاليف المادية والفواتير.

توضيح تخطيطي لتحويل الحمل عن طريق التبريد المسبق  Image Source: UNSW

وبيّن الباحثون أنّ استخدام الفائض من الطاقة الكهربائية الناتجة خلال النهار في عملية التبريد المسبق سيؤدي إلى توفير كمية الطاقة المستهلكة من الشبكة لهذا الغرض والفواتير المرافقة, خاصّةً وأن أسعار الكهرباء الناتجة عن المحطات الشمسية الكهروضوئية المثبّتة على أسطح المباني أقل من تلك المستهلكة من الشبكة, وبالتحديد في أوقات الذروة, وهذا بدوره يرفع نسبة الاستهلاك الذاتي للطاقة الكهربائية الناتجة, ويقلل من التحديات التشغيلية لإدارة الحد الأدنى المنخفض على الطلب.

ولاستخدام الطاقة الكهربائية الناتجة عن المنظومات الشمسية الكهروضوئية في التبريد المسبق للمباني عدّة محدّدات, منها:

كفاءة استخدام الطاقة في المبنى, والمواد المستخدمة في البناء, وسعة مكيّفات الهواء المستخدمة, وسعة المنظومة الكهروضوئية المستخدمة, وأنماط وأوقات الاستهلاك وغيرها من العوامل.

ويتم ذلك من خلال إعادة ضبط درجة الحرارة المرجعية للمكيّفات على درجات حرارة أقل من الدرجة المطلوبة من أجل فرض تشغيلها, وذلك بعدّة ساعات قبل وقت ذروة الاستهلاك الطاقي, وبالتالي يتم إزاحة الاستهلاك المطلوب للتبريد إلى عدّة ساعات قبل الذروة.

مسار نقطة ضبط درجة الحرارة لإستراتيجية التبريد المسبق مع التفريغ الخطي Image Source: UNSW

وبيّن الفريق البحثي أنّه يمكن تفعيل وإزاحة الكتلة الحرارية بثلاثة طرق وهي التنشيط السطحي, والتفعيل القسري للهواء والتفعيل الهيدروليكي, وسواء أدى إلى انخفاض تكلفة الطاقة أم لا, فإنّ إزاحة الكتلة الحرارية يعتمد على أنظمة التحكم الخاصة بالمكيّفات المستخدمة وكيفية تحديد درجة الحرارة المرجعية لها.

وهناك العديد من العوامل التي قد تساهم في تخفيض التكاليف الناتجة عن استهلاك الطاقة, مثل تخفيض الاستطاعة العظمى, وهذا حل مناسب من أجل المباني التجارية والمكتبية التي يترتب عليها ضرائب إضافية, وإزاحة ذروة عمل المكيفات إلى فترات استهلاك طاقي ذات تكاليف وأسعار منخفضة, أمّا العامل الثالث فمن خلال تحقيق التبريد بعوامل ميكانيكية مثل فتح النوافذ أثناء الليل, وتعمل المكيّفات في هذه الفترات بفعالية أعلى نظراً لانخفاض الفرق بين درجة الحرارة الداخلية للمبنى ودرجة حرارة الوسط المحيط.

نشر الباحثون نتائجهم لدى مجلة Energy and Buildings تحت عنوان:

“Demand response via pre-cooling and solar pre-cooling: a review”