هذا الدليل مُعدٌّ لمقاولي الهندسة والمشتريات والإنشاء، والموزعين، ومطوري المشاريع، ومديري المشتريات الذين يُقيّمون مدى ملاءمة استخدام الطاقة الشمسية الحرارية في مشاريع المصانع، وفي حال ملاءمتها، يُحددون مسار النظام الأمثل، ومنهجية تحديد الحجم، واستراتيجية التكامل الأنسب. كما يُوضح الدليل البيانات اللازمة للمشروع قبل طلب عرض سعر من الشركة المصنعة.

أصبح التسخين المسبق بالطاقة الشمسية وتغطية الأحمال الجزئية من استراتيجيات التصميم القياسية في تطبيقات تسخين المياه المنزلية التجارية وتطبيقات تسخين العمليات الصناعية. ويؤكد كل من برنامج التدفئة والتبريد بالطاقة الشمسية التابع لوكالة الطاقة الدولية والوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) على جاهزية مجمعات الطاقة الشمسية غير المركزة لتلبية احتياجات التدفئة الصناعية التي تقل عن 150 درجة مئوية، مع اعتبار التسخين المسبق نقطة البداية الأكثر شيوعًا.

أين تتناسب الطاقة الشمسية الحرارية مع احتياجات المصانع من التدفئة؟

المهاجع والمطاعم ودورات المياه - أحمال ثابتة من المياه الساخنة للاستخدام المنزلي

يعد الماء الساخن في مسكن المصنع أحد أكثر التطبيقات المباشرة للطاقة الشمسية الحرارية. نمط الطلب مستقر ومتكرر: يستحم العمال في الصباح والمساء، ويحتاج المقصف إلى الماء الساخن لإعداد الطعام وغسل الأطباق، وتتدفق الحمامات طوال اليوم. يمكن تقدير الكميات اليومية بمجرد معرفة عدد الموظفين وافتراضات الاستخدام لكل شخص (عادةً 30-60 لترًا للشخص الواحد يوميًا عند درجات حرارة التسليم حوالي 45-60 درجة مئوية، اعتمادًا على المعايير الإقليمية).

يُعد التخزين المركزي ضروريًا في أغلب الأحيان. إذ يمتص خزان التخزين ذو الحجم المناسب الطاقة الشمسية المكتسبة خلال ساعات ذروة الإشعاع الشمسي، ويطلقها خلال ساعات ذروة الاستهلاك. وهذا يُخفف من التباين بين أوقات إمداد الشمس بالحرارة وأوقات حاجة العمال إليها.

التسخين المسبق لمياه العمليات - تقليل درجة الحرارة قبل الغلايات

أما التطبيق الثاني فلا يتعلق باستبدال مصدر الحرارة الحالي بقدر ما يتعلق بتقليل استهلاكه من الوقود. فالعديد من عمليات المصانع تتطلب الماء الساخن أو الماء الدافئ للتزويد - مثل دوائر التنظيف، وخطوط الغسيل، وأحواض الصباغة، ومياه شطف معالجة الأغذية، ومياه الشطف المسبق للتعبئة، ومياه تخفيف المواد الكيميائية، ومياه التغذية الداخلة إلى الغلايات أو مولدات البخار.

في معظم هذه الحالات، يُعدّ التسخين الشمسي الأمثل كطبقة تسخين مسبق. فبدلاً من تسخين الماء البارد الداخل (الذي تتراوح درجة حرارته عادةً بين 10 و25 درجة مئوية حسب الموسم والموقع) إلى درجة الحرارة المستهدفة، يقوم النظام الشمسي برفع درجة حرارته جزئيًا. ويتولى المرجل أو السخان الكهربائي عملية الرفع المتبقية. هذا هو مبدأ التشغيل الذي تقوم عليه معظم منشآت الطاقة الشمسية الحرارية الناجحة عالميًا.

يجدر بنا طرح سؤال مباشر: هل يحتاج المصنع فعلاً إلى الطاقة الشمسية لاستبدال المرجل، أم أنه يحتاج إليها لتقليل استهلاك المرجل للوقود؟ في جميع سيناريوهات التحديث تقريباً، تكون الإجابة هي الخيار الثاني.

عادةً ما يكون استخدام الطاقة الشمسية كمصدر رئيسي للحرارة غير مناسب.

لا يُعدّ استخدام الطاقة الشمسية الحرارية حلاً قابلاً للتطبيق في جميع المجالات. تشمل المشاريع التي تواجه صعوبة في استخدامها كمصدر رئيسي للحرارة تلك التي تتطلب درجات حرارة مستهدفة عالية جدًا (أعلى من 100-120 درجة مئوية مع مُجمّعات غير مُركّزة)، وتلك التي يكون فيها الطلب متقطعًا للغاية أو على دفعات فقط ولا يتوافق مع توافر الطاقة الشمسية، والمصانع ذات مساحة السطح القابلة للاستخدام المحدودة للغاية مقارنة بحمل الحرارة، والعمليات التي لا يمكنها تحمل مساهمة شمسية متغيرة دون إضافة أنظمة تخزين مكلفة.

لا يُستبعد استخدام الطاقة الشمسية تمامًا في هذه الحالات. لكنها تدفع التصميم نحو دور التسخين المسبق فقط مع نسبة أقل من الطاقة الشمسية، أو قد تشير إلى أن الجدوى الاقتصادية للمشروع لا تبرر الاستثمار في المجمعات الشمسية.

فحص درجة الحرارة - هل مصنعك مرشح جيد للطاقة الشمسية؟

أربعة عوامل تحدد جدوى الطاقة الشمسية

قبل تقييم أنواع المجمعات أو تكوينات النظام، حدد أربعة أرقام:

درجة حرارة مدخل الماء البارديختلف هذا الأمر باختلاف الفصول والمناطق الجغرافية، ويتراوح عادةً بين 5 درجات مئوية في فصول الشتاء الشمالية و25 درجة مئوية في المناخات الاستوائية. وهو يحدد بشكل مباشر مقدار الرفع الحراري الذي يجب أن يوفره النظام الشمسي.

درجة حرارة المخرج أو التسخين المسبق المطلوبةبالنسبة لتسخين المياه المنزلية في السكن الجامعي، تتراوح درجة الحرارة عادةً بين 45 و60 درجة مئوية. أما بالنسبة للتسخين المسبق للعمليات الصناعية، فيعتمد الأمر كلياً على متطلبات العملية اللاحقة. حدد ما إذا كانت الطاقة الشمسية ستوفر درجة الحرارة النهائية أم سترفعها جزئياً فقط.

الحجم اليومي— لترات في اليوم أو أطنان في اليوم، مقسمة حسب الاستخدام. عادةً ما يتم تقدير استهلاك الماء الساخن للاستخدام المنزلي في السكن الجامعي لكل شخص. أما الطلب على العمليات فيأتي من بيانات الإنتاج، أو قياس التدفق، أو سجلات الدفعات.

جدول التشغيلتؤثر أنماط التحول، والتغيرات الموسمية، وإغلاقات نهاية الأسبوع/العطلات الرسمية على مدى توافق توليد الطاقة الشمسية مع الطلب.

أين تحقق مجمعات الطاقة الشمسية غير المركزة أفضل أداء

جامعات الطاقة الشمسية الحرارية غير المركزة - كلاهماأنبوب مفرغ(بما في ذلك أنواع الأنابيب الحرارية) وأنواع الألواح المسطحة - أثبتت فعاليتها تجاريًا في درجات حرارة السوائل التي تصل إلى حوالي 100-120 درجة مئوية في ظل ظروف مثالية. بالنسبة لمعظم مشاريع تسخين المياه المنزلية في المصانع ومشاريع التسخين المسبق للعمليات ذات درجات الحرارة المنخفضة، تقع درجة حرارة التوصيل المستهدفة ضمن هذا النطاق بشكل مريح.

تظهر أقوى حالة اقتصادية عندما يقوم النظام الشمسي بتقليل رفع درجة الحرارة بشكل كبير للسخان الاحتياطي. إن رفع درجة حرارة المياه الداخلة من 15 درجة مئوية إلى 45 درجة مئوية قبل دخولها إلى غلاية الغاز هو اقتراح مختلف جذريًا عن محاولة الحفاظ على إنتاج ثابت عند 90 درجة مئوية من الطاقة الشمسية وحدها.

لماذا غالبًا ما يكون التسخين المسبق هو الخطوة الأولى الأكثر أمانًا؟

بالنسبة للمصانع التي تُقيّم استخدام الطاقة الشمسية لأول مرة، يُعد التسخين المسبق عادةً الخيار الأقل مخاطرة. كما أن مخاطر التحديث أقل لأن نظام الطاقة الشمسية يتصل بنظام التدفئة الحالي قبل استبداله. عملية الدمج أبسط، حيث تستمر غرفة الغلاية بالعمل كالمعتاد، ولكن مع مياه واردة أكثر دفئًا. ويتم الحفاظ على استمرارية التشغيل لأن السخان الاحتياطي يُغطي أي نقص في الطاقة. كما أن نمذجة العائد على الاستثمار أكثر واقعية لأنها تعتمد على استبدال الوقود بدلاً من استبدال النظام بالكامل.

مسارات النظام لمشاريع الطاقة الشمسية في المصانع

لا توجد بنية نظام واحدة صحيحة لتسخين المياه بالطاقة الشمسية في المصانع. يعتمد المسار الأمثل على ما إذا كان المشروع يخدم تسخين المياه للاستخدام المنزلي، أو التسخين المسبق للعمليات، أو كليهما، وعلى متطلبات درجة الحرارة والضغط والتكامل للمصنع القائم.

كيفية تحديد حجم نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية في المصنع

تُنتج هذه الخطوات الست حزمة بيانات المشروع التي يحتاجها المصنّع لتقديم عرض أسعار ذي معنى - ليس قائمة أسعار عامة، ولكن تكوين نظام مطابق للمشروع الفعلي.

تفاصيل التكامل التي تمنع المشاكل التشغيلية

اختيار المبادل الحراري

تُعدّ المبادلات الحرارية اللوحية معيارًا أساسيًا في أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية التجارية والصناعية لفصل دائرة مُجمّع الطاقة الشمسية عن جانب مياه الشرب أو مياه العمليات. تشمل معايير الاختيار توافق جودة المياه، وسهولة الوصول للصيانة لإزالة الترسبات، وفرق درجة الحرارة (الفرق بين مخرج الجانب الساخن ومخرج الجانب البارد)، وتطابق الضغط بين الدوائر. في المناطق ذات المياه العسرة أو دوائر العمليات الكيميائية العدوانية، لا يُعدّ الدوران غير المباشر عبر مبادل حراري خيارًا، بل هو الوسيلة الوحيدة لحماية مصفوفة المُجمّع.

أجهزة التحكم والمستشعرات

يحتاج النظام المجهز بشكل صحيح إلى مستشعرات درجة حرارة حلقة المجمع (عند المخرج والمدخل)، ومستشعرات درجة حرارة الخزان في الأعلى والأسفل، وقياس التدفق، وبيانات حالة المضخة، ومنطق تشغيل/إيقاف السخان الإضافي، ومخارج الإنذار. بالنسبة للأنظمة واسعة النطاق، يُنصح بشدة بالوصول إلى نظام المراقبة عن بُعد، حيث يتيح ذلك لكل من مالك النظام ومقدم الخدمة تتبع الأداء، وتحديد الأعطال مبكرًا، والتحقق من أن مساهمة الطاقة الشمسية تلبي متطلبات التصميم.

جودة المياه، والترسبات الكلسية، والتآكل

تؤثر صلابة الماء ومحتواه من الكلوريد ودرجة حموضته على موثوقية النظام على المدى الطويل. يتسبب الماء ذو ​​الصلابة العالية في تراكم الترسبات الكلسية داخل المبادلات الحرارية والخزانات، مما يقلل من انتقال الحرارة بمرور الوقت. كما يمكن للماء الغني بالكلوريد أن يسرع من تآكل مكونات النحاس والصلب. قبل تحديد مواصفات النظام، يجب الحصول على تقرير جودة المياه لمصدر المياه في المصنع. في حال كانت المياه ذات خصائص تآكلية، يصبح استخدام نظام تدوير غير مباشر مع حلقة تجميع مغلقة وسائل نقل حرارة مناسب أمرًا بالغ الأهمية.

الحماية من التجمد، وارتفاع درجة الحرارة، والسلامة

تُعدّ أوعية التمدد وصمامات تخفيف الضغط وأنظمة تصريف الحرارة الزائدة أو إعادة التصريف عناصر أساسية لا غنى عنها في أي نظام حراري شمسي مضغوط. في المناطق ذات المناخ المعرض لخطر التجمد، يمنع استخدام سائل نقل حرارة قائم على الجليكول في دائرة المُجمِّع حدوث أضرار التجمد. يجب مراعاة إدارة الركود - أي ما يحدث عندما يصل النظام إلى أقصى درجة حرارة دون سحب أي تيار - في مرحلة التصميم، وليس اكتشافها أثناء التشغيل.

التشغيل والصيانة - ما يجب على المشترين توضيحه قبل الشراء

نطاق الفحص الروتيني

تُعدّ الفحوصات البصرية الدورية لحالة المجمع، وسلامة عزل الأنابيب، والكشف عن التسريبات عند الوصلات والتجهيزات، وحالة تشغيل الحساسات والمضخات، من متطلبات الصيانة الأساسية. يجب تحديد وتيرة ونطاق الفحص قبل تشغيل النظام، وليس بعد أول عطل.

قطع الغيار وسهولة الصيانة

تأكد من توفر مضخات بديلة، ومجسات حرارة، وأجهزة تحكم، وبالنسبة لأنظمة تجميع الأنابيب الحرارية، تأكد من توفر إجراءات استبدال الأنابيب الفردية. استفسر من الشركة المصنعة عما إذا كان بالإمكان استبدال الأنابيب بشكل فردي دون تفريغ النظام. يؤثر ذلك على كل من تكلفة الصيانة ووقت التوقف.

استراتيجية المراقبة والإنذار

ينبغي أن تشمل مواصفات النظام إمكانية الوصول للمراقبة عن بُعد، والإنذارات الآلية للأعطال، وتتبع اتجاهات الأداء، وإعداد تقارير دورية عن استهلاك الطاقة. فبدون المراقبة، قد يمرّ انخفاض مساهمة الطاقة الشمسية دون ملاحظة لأشهر، مما يُقلّل من وفورات الوقود المتوقعة.

من سيملك شركة التشغيل والصيانة؟

حدد نموذج مسؤولية التشغيل والصيانة قبل الشراء. تشمل الخيارات مقاول الهندسة والمشتريات والإنشاءات بموجب عقد صيانة، أو شريك خدمة محلي تعينه الشركة المصنعة، أو فريق الصيانة التابع للمصنع والمُدرَّب من قِبل المورد، أو هيكل دعم ما بعد البيع التابع للموزع. يؤثر هذا الاختيار على لوجستيات قطع الغيار، وسرعة الاستجابة، وأداء النظام على المدى الطويل.

عائد الاستثمار والاسترداد – كيفية تصميمه دون المبالغة في الوعود

المدخلات الأكثر أهمية

المتغيرات الرئيسية في أي نموذج عائد الاستثمار للطاقة الشمسية الحرارية في المصانع هي الوقود الذي يتم استبداله (الغاز، الديزل، الكهرباء، الفحم، البخار)، وسعر الطاقة المحلي، والحمل الحراري السنوي الفعلي، والموارد الشمسية في موقع المشروع، ومساحة السطح المتاحة (التي تحدد نسبة الطاقة الشمسية)، وتكلفة مصدر الطاقة الاحتياطي، وافتراضات التشغيل والصيانة بما في ذلك استبدال المكونات على مدار عمر النظام.

لماذا يجب عرض عائد الاستثمار كنطاق؟

تجنب تقديم تقديرات ثابتة لفترة استرداد التكاليف. يجب أن يقدم النموذج الاقتصادي الموثوق سيناريوهات لتكاليف الطاقة المنخفضة والمتوسطة والعالية، وأن يستخدم افتراضات متحفظة بشأن نسبة الطاقة الشمسية، وأن يشمل تكاليف واقعية للصيانة واستبدال المكونات. فتقلب أسعار الوقود وحده كفيل بتغيير فترة استرداد التكاليف لسنوات. لذا، ينبغي التشكيك في أي مورد يقدم عرضًا لفترة استرداد ثابتة دون تأكيد موقع المشروع ونوع الوقود ونمط استهلاك الطاقة.

لماذا يجب نمذجة تسخين المياه في السكن الجامعي وتسخين العمليات بشكل منفصل؟

حتى داخل المصنع نفسه، يختلف الحملان في خصائصهما، وساعات تشغيلهما، ومتطلبات موثوقيتهما، وقيم الوقود المُستبدل. فعادةً ما يحل الماء الساخن في السكن الجامعي محل الكهرباء أو الغاز لأغراض الرفاهية. أما التسخين المسبق للعمليات فيحل محل وقود الغلايات المرتبط بإنتاجية الإنتاج. إن دمجهما في رقم واحد للعائد على الاستثمار يُخفي الجدوى الاقتصادية الحقيقية لكل قرار استثماري، ويُصعّب تحديد الأولويات في حال محدودية الميزانية.

قائمة مراجعة RFQ - ما يجب إرساله للحصول على عرض أسعار دقيق

يؤدي الاستفسار العام إلى رد عام. للحصول على عرض سعر يعكس ظروف المشروع الحقيقية، يرجى تقديم البيانات التالية.

إن إعداد هذه البيانات قبل الاتصال بالمورد ينقل المحادثة من المستوى التمهيدي إلى المستوى الهندسي على الفور - وينتج عنه عرض أسعار قابل للمقارنة بين الشركات المصنعة.

الأسئلة الشائعة