هل من الممكن استغلال الحرارة المهدرة من الألواح الشمسية لتسخين مياه المنازل!
طور فريق من العلماء في الولايات المتحدة الأمريكية نظامًا جديدًا يستخدم الحرارة المهدرة من الألواح الشمسية لتسخين مياه المنازل.
يعتمد النظام على أنابيب مياه متوازية مثبتة خلف الألواح الشمسية تعمل على تقليل درجة حرارتها و في نفس الوقت يرفع الكفاءة ويستغل الحرارة لتسخين المياه. وبحسب الورقة البحثية فإن المنهجية في التقنية المطورة هو العمل على تبريد الألواح الطاقة الشمسية لتعزيز الكفاءة و في الوقت نفسه توفير حل مستدام لاحتياجات المياه الساخنة في المنازل.
طبقات مكونات الألواح الشمسية الكهروضوئية الحرارية الهجينة PV/T
Image Source: international Journal of Thermofluids, Charbel Habchi, 2023
يستخدم النظام التجريبي لوحة طاقة شمسية بولي كريستالية سعة 250 وات بزاوية ميل 30 درجة ومعامل درجة حرارة -0.45٪/درجة مئوية. تتصل أنابيب التبريد النحاسية عبر مشعبات بالاتجاهين العلوي والسفلي وتُغطى بغلاف ألومنيوم لتثبيتها على ظهر اللوحة الشمسية.
تتضمن التجهيزات التجريبية خزانًا لتخزين المياه الساخنة ومضخة طرد مركزي بقوة 11 وات للحفاظ على معدل تدفق ثابت يبلغ 3 لتر/دقيقة.
حيث يتم مراقبة معدل تدفق المياه باستخدام عداد تدفق. ولجمع بيانات دقيقة، يتم وضع مجموعة من الحراريات بشكل استراتيجي لقياس درجات الحرارة المختلفة في وقت واحد، بما في ذلك درجات حرارة مياه المدخل والمخرج لنظام PV/T ودرجة حرارة سطح اللوحة الشمسية ودرجة حرارة الهواء المحيط.
يستخدم النظام أيضًا عدد من أجهزة القياس لقياس قوة خرج الوحدة الكهروضوئية ومقياسًا البيومتري لتقييم الإشعاع الشمسي.
يُظهر الشكل 3 مكونات مجموعة المقاييس التجريبية: (1) لوحة PV/T، (2) مشعب أنابيب النحاس الخرَاج، (3) أنابيب معزولة، (4) صمام الأمان، (5) خزان تخزين المياه الساخنة بالطاقة الشمسية، (6) مضخة، (7) مشعب أنابيب النحاس الدَاخلة، (8) عداد تدفق، (9) حرارية السائل الداخل، (10) متعدد المقاييس، (11) حراريات سطح PV، (12) حرارية السائل الخارج، (13) مقياس الإشعاع الشمسي، (14) جمع البيانات، (15) حاسوب.
Image Source: international Journal of Thermofluids, Charbel Habchi, 2023
قارن الباحثون أداء اللوحة الشمسية المبردة بلوحة مرجعية بدون تبريد خلال شهر مايو في حرم جامعة Notre Dame – Louaize.
و أظهر تحليلهم أن اللوحة PVT يمكنها توليد طاقة أكثر بنسبة 4٪ من الألواح الشمسية الكهروضوئية الغير مزودة بنظام التبريد، وذلك بفضل تأثير التبريد لأنابيب النحاس. ومع ذلك، حذروا أيضًا من أن تأثير التشبع المتعلق بالمياه الساخنة المخزنة في الخزان والتي لا يتم استخدامها بشكل فعال، قد يحد من القدرة على تبريد وحدات PV بشكل مثالي في مرحلة معينة.
حيث من المحتمل أن يعود هذا الانخفاض إلى عدم وجود طلب على المياه السكنية في نظام استرداد الحرارة المهدرة. يؤدي هذا الغياب إلى زيادة درجة حرارة مياه التبريد في خزان المياه الساخنة تدريجيًا، مما يقلل بالتالي من معدل إزالة الحرارة من نظام PV/T.
صورة لمكونات النظام التجريبي
Image Source: international Journal of Thermofluids, Charbel Habchi, 2023
أظهرت الاختبارات أيضًا أن اللوحة PVT حققت كفاءة كهربائية متوسطة تبلغ 11.5٪ بينما وصلت اللوحة PV بدون تبريد إلى كفاءة متوسطة تبلغ 10٪. كشف العلماء أيضًا أن الكفاءة الكلية لنظام PVT وصلت إلى حوالي 75٪ بينما كانت كفاءة نظام PV المرجعي حوالي 10٪ فقط.
حيث كانت الكفاءة الحرارية المتوسطة، التي تمثل نسبة الحرارة المهدرة المستردة إلى الطاقة الشمسية التي تمتصها اللوحة الشمسية، حوالي 60٪ في نظام PV/T المبرد. حيث لم يقم نظام PV/T المبرد بتوليد جزء أكبر من الطاقة الكهربائية فحسب، بل أظهر أيضًا معدلًا أعلى بنسبة 40٪ تقريبًا لفقدان الحرارة من الجانب الخلفي للوحدة الكهروضوئية، مما يشير إلى استرداد فعال للحرارة المهدرة.
رابط الدراسة
3. توضيح يظهر مكونات المُعْيار التجريبي:
