فيغالبًا ما تُناقش مُجمّعات الطاقة الشمسية الأنبوبية باسم "مُجمّعات الأنابيب المُفرّغة"، ولكن من منظور هندسي، فإنها تتصرف كفئة مختلفة: مُجمّع مُصمّم لـاستقرار النظام,عملية مضغوطة، وتوصيل حراري طويل الأمدفي مشاريع المياه الساخنة أو التدفئة المركزية. إذا كنت تصمم محطة تسخين شمسي ...

تشرح هذه المقالة ماهية جامع الطاقة الشمسية الأنبوبي على شكل حرف U، وكيفية عمله، ولماذا يُختار على نطاق واسع لأنظمة الطاقة الشمسية الحرارية المركزية حيث لا يكون الهدف هو إجراء تجربة تشغيلية قصيرة، بل توصيل حرارة موثوق به مع أداء تشغيلي يمكن التنبؤ به.

1) ما هو جامع الطاقة الشمسية على شكل حرف U في الواقع

جامع الطاقة الشمسية ذو الأنبوب على شكل حرف U هو جامع حراري شمسي عالي الكفاءة، ويتضمن هيكله الأساسي عادةً ما يلي:أنبوب (أنابيب) نقل الحرارة على شكل حرف U,أنبوب زجاجي مفرغ من الهواء,زعنفة (زعانف) نقل الحرارة، ومشعب/رأسالسمة المميزة ليست مجرد "أنابيب مفرغة"، بل حقيقة أن المجمع مصمم لـنقل الحرارة غير المباشرمن خلال أدائرة نقل حرارة مغلقة.

عمليًا، تُجمع الطاقة الحرارية داخل بيئة الأنبوب المفرغ وتُنقل إلى وسيط نقل حراري متداول عبر القناة المعدنية على شكل حرف U. ثم ينقل هذا الوسيط الحرارة إلى مبادل حراري في جانب النظام أو خزان تخزين. يُعد فصل "وسيط نقل الحرارة في جانب المُجمِّع" عن "دائرة المياه في جانب المستخدم" سببًا رئيسيًا لتقدير تصميم الأنبوب على شكل حرف U في المشاريع الهندسية.

2) كيف يعمل: من الإشعاع الشمسي إلى الحرارة القابلة للاستخدام

يمكن تلخيص مبدأ عمل جامع الأنابيب على شكل حرف U في مسار حراري واضح:

1. الامتصاص داخل بيئة مفرغة من الهواء:يدخل الإشعاع الشمسي إلى الأنبوب المفرغ. يقلل الفراغ الناتج عن التفريغ من فقدان الحرارة بالحمل الحراري، مما يتيح التقاط الحرارة بشكل مستقر.

2. امتصاص الحرارة بواسطة الزعانف وقناة تدفق المعدن:تقوم الزعنفة الماصة بنقل الحرارة إلى القناة المعدنية على شكل حرف U عن طريق التوصيل.

3. نقل الحرارة بواسطة الوسط المتداول:يدور وسط ناقل للحرارة داخل الأنبوب على شكل حرف U، ناقلاً الطاقة الحرارية        بعيداً عن حقل المجمع إلى جانب النظام.

4. توصيل الحرارة من جانب النظام:يتم نقل الحرارة المجمعة إلى مبادل حراري و/أو خزان تخزين لتوفير الماء الساخن توفير الماء الساخن و/أو تدفئة المكان.

يدعم هذا التصميم عادةً التشغيل تحت الضغط، ويتيح ميزة رئيسية للنظام: بما أن الماء لا يدور داخل أنابيب التفريغ، فإن المجمع يتجنب مشاكل التشغيل الشائعة "الماء داخل الأنبوب"، خاصة في ظل الظروف المناخية القاسية.

3) لماذا يناسب جامعو فيديوهات يوتيوب المشاريع المركزية

لا تُقاس كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية المركزية - سواءً لتسخين المياه المنزلية، أو تدفئة المساحات، أو لتلبية الطلب المُجتمع - بيوم مشمس واحد. بل تُقاس بكيفية أدائها في ظروف التشغيل الفعلية: صباحات الشتاء، وذروة الصيف، وعدم مثالية جودة المياه، وطول مسارات الأنابيب، وجداول الصيانة الدورية.

يتم اختيار مجمعات الأنابيب على شكل حرف U في المشاريع المركزية لأنها تتوافق مع الأولويات التشغيلية للأنظمة الهندسية:عملية مستقرة,انخفاض المخاطر، وانخفاض كثافة الصيانةفيما يلي أهم الأسباب من الناحية العملية للمشروع.

3.1 مضغوط ومستقر - بدون تدفق الماء داخل الأنابيب

تسمح العديد من حلول الأنابيب المفرغة التقليدية بتدوير الماء داخل أنابيب التجميع. عمليًا، قد يواجه هذا التصميم مشاكل مثل التجمد في الشتاء، والإجهاد الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة في الصيف، والترسبات الكلسية إذا كانت جودة الماء رديئة. تعالج تصاميم الأنابيب على شكل حرف U السبب الجذري: حيث تُعدّ دائرة جانب الأنبوب وسطًا مغلقًا ومتحكمًا فيه لنقل الحرارة، بدلًا من الماء المنزلي.

3.2 انخفاض مخاطر الأعطال الموسمية: التجمد، والانفجار، والتسرب، والترسبات الكلسية

في المناطق الباردة، لا يُعدّ توفير الحماية من التجمّد خيارًا، بل هو شرط أساسي في التصميم. تستخدم مُجمّعات الأنابيب على شكل حرف U عادةً وسائط نقل حرارة أساسها الجليكول       لتوفير الحماية من التجمّد، مما يدعم التشغيل المستقر في درجات الحرارة المنخفضة. في الوقت نفسه، ولعدم وجود دوران للماء       داخل الأنبوب المفرغ، تقلّ مخاطر الترسّبات والتسرّب المرتبطة بتكوينات الأنابيب التي تحتوي على الماء.

3.3 نقل الحرارة السريع والفعال في ظل القيود الهندسية

يُوصف تصميم الأنبوب على شكل حرف U غالبًا بأنه "هيكل تبادل حراري ثانوي"، حيث تعمل قناة التدفق المعدنية وشكل الزعانف على تسريع امتصاص الحرارة ونقلها إلى الوسط المتداول. في المشاريع التي تتطلب ثباتًا وتحكمًا في الناتج الحراري، يُعد هذا التصميم أكثر أهمية من السعي وراء "ذروة" مؤقتة في ظل ظروف اختبار مثالية.

4) سيناريوهات التطبيق النموذجية

نظرًا لأن مُجمِّعات الأنابيب على شكل حرف U تُعطي الأولوية للموثوقية والتوصيل الحراري المستقر، فإنها تُستخدم على نطاق واسع في المباني والمنشآت الصناعية. في المشاريع المركزية، عادةً ما يكون حقل المُجمِّعات جزءًا من نظام طاقة متكامل قد يشمل التخزين، والمبادلات الحرارية، والمضخات، وأجهزة التحكم، ومصادر الحرارة المساعدة.

• التجمعات السكنية:أنظمة مركزية لتسخين المياه و/أو تدفئة المساحات حيث يكون التشغيل المستقر وتقليل مخاطر التسرب أمراً بالغ الأهمية.

• الفنادق والضيافة:الطلب المستمر على الماء الساخن للاستخدام المنزلي، حيث يؤثر وقت التوقف بشكل مباشر على العمليات وتجربة الضيوف.

• المدارس والمستشفيات:احتياجات يومية ثابتة من الماء الساخن، ومتطلبات أعلى فيما يتعلق بالسلامة، ودورات صيانة يمكن التنبؤ بها.

• المجمعات والمنشآت الصناعية:توفير مركزي للمياه الساخنة وتلبية احتياجات التدفئة، بما في ذلك الأنظمة الهندسية التي تعمل على مدار الفصول.

• المرافق الترفيهية والعامة:أحمال كبيرة من الماء الساخن ومتطلبات الإدارة المركزية.

في العديد من هذه السيناريوهات، يتحدد "إجمالي تكلفة التشغيل" بالموثوقية والصيانة أكثر من تكلفة المعدات الأولية وحدها. وهذا أحد الأسباب التي تجعل مجمعات الأنابيب على شكل حرف U خيارًا قويًا عند تقييم المشاريع على مدى سنوات تشغيل متعددة.

5) المزايا الهندسية التي يمكنك التحقق منها في الموقع

غالباً ما تسرد كتيبات المنتجات الفوائد بعبارات عامة. أما بالنسبة لأصحاب المصلحة في مجال الهندسة، فالسؤال أكثر تحديداً:ما هي المزايا التي تُترجم إلى نتائج تشغيلية قابلة للقياس؟في جامعي أنبوب U، هناك العديد من الميزات التي تؤثر بشكل مباشر      الأداء في العالم الحقيقي واستقرار دورة الحياة.

6) المواد وتفاصيل العملية ذات الأهمية

في مشاريع الطاقة الحرارية طويلة الأمد، لا تُعدّ خيارات المواد والعمليات مجرد "خيارات إضافية". فهي مرتبطة ارتباطًا مباشرًا بخطر التسرب، ...

6.1 تصميم الزعانف: ألومنيوم 3003 مقاوم للصدأ

تُصنع زعانف امتصاص الحرارة عادةً من الألومنيوم المقاوم للصدأ 3003، المعروف بأدائه المستقر في ظروف التعرض الخارجي، ومقاومته للتآكل، وسرعة توصيله للحرارة. وهذا يُسهم في امتصاص حراري متسق في مختلف المناخات.

6.2 قناة التدفق: نحاس، مع أنبوب اختياري من سبيكة العناصر الأرضية النادرة في بعض الطرازات

يستخدم النحاس على نطاق واسع في الأنظمة الحرارية بسبب موصليته الحرارية القوية ومقاومته للتآكل. وفي بعض النماذج،      يمكن تطبيق أنابيب السبائك الأرضية النادرة لتعزيز الاستقرار ومقاومة الأكسدة، ودعم عمر خدمة أطول في ظل المتطلبات      ظروف التشغيل.

6.3 عملية اللحام: قضبان لحام الفضة والنحاس

قد تشكل وصلات اللحام نقطة خطر حرجة على المدى الطويل. يساعد استخدام قضبان اللحام المصنوعة من الفضة والنحاس في الحفاظ على متانة الوصلة وقوتها، مما يقلل من احتمالية حدوث تشققات أو تآكل في منطقة اللحام مع التعرض المتكرر لدورات حرارية طويلة.

6.4 اختيار وسيط نقل الحرارة: التشغيل المتكيف مع المناخ

يمكن اختيار وسيط نقل الحرارة بناءً على ظروف درجة الحرارة المحيطة. وهذا يسمح لمصمم النظام بمواءمة خصائص السائل واحتياجات الحماية من التجمد مع مناخ موقع المشروع، مما يحسن موثوقية التشغيل على مدار العام.

7) موقع أنابيب U-Tube ضمن تقنيات الأنابيب المفرغة من الهواء

بالنسبة للعديد من فرق المشاريع، لا يكمن السؤال الحقيقي في "هل هو أنبوب مفرغ؟" بل في "كيف يُقارن بأنابيب الحرارة أو مُجمّعات الأنابيب المفرغة التقليدية من حيث النتائج الهندسية؟"

تُعتبر مُجمّعات الأنابيب على شكل حرف U حلاً متوازناً: أداء مستقر، وقدرة عالية على التكيف مع التجميد بفضل دوران الجليكول، ...

8) لماذا تُعدّ Soletks Solar خيارًا مثاليًا لمجمّعات U-Tube؟

إن اختيار مُجمِّع الطاقة الشمسية لا يقتصر على اختيار المنتج فحسب، بل يشمل أيضاً اختيار جودة التصنيع، وموثوقية التسليم، والقدرة على دعم التنفيذ على مستوى النظام. تُركز شركة Soletks Solar في عرضها لمُجمِّعات الطاقة الشمسية الأنبوبية على خمسة احتياجات عملية للمشاريع:

1. القدرة على التخصيص:بصفتها شركة مصنعة أصلية، تستطيع شركة Soletks Solar توفير حلول مخصصة بناءً على متطلبات المشروع.

2. ضمان الإنتاج:بفضل قواعد الإنتاج المتعددة وسلسلة التوريد المتكاملة، يتم دعم الاستجابة السريعة للتسليم والتحكم في الجدول الزمني.

3. نظام فحص الجودة:تخضع المنتجات لإجراءات متعددة لفحص الجودة، مع تطبيق نظام مراقبة الجودة المدعوم بالذكاء الاصطناعي في عملية الإنتاج.

4. القدرة على التصميم والتكامل:بفضل التقنيات الحاصلة على براءات اختراع ونظام الابتكار، تدعم شركة Soletks Solar التصميم من المواد إلى تكامل النظام.

5. خبرة في المشاريع متعددة السيناريوهات:وتشمل التطبيقات تسخين المباني، والحرارة الصناعية، والتجفيف الزراعي، ومنشآت المنطقة الباردة.

بالنسبة لشركات الهندسة والمشتريات والإنشاءات وشركات التكامل، فإن هذه العوامل تقلل من نقاط الاحتكاك النموذجية للمشروع: أوقات التسليم غير المؤكدة، وجودة البناء غير المتسقة عبر الدفعات، والدعم الفني غير الكافي عند الانتقال من اختيار المجمع إلى تنفيذ النظام.