وحدة توليد الطاقة الحرارية من النوع PVT-E

مقدمة

مع التحول الهيكلي الذي يشهده نظام الطاقة العالمي، يواجه قطاع البناء والتشييد ضغوطًا متزايدة لخفض انبعاثات الكربون مع الحفاظ على الراحة والموثوقية والجدوى الاقتصادية. وتواجه حلول الطاقة الشمسية التقليدية قيدًا جوهريًا: فالأنظمة الكهروضوئية تولد الكهرباء لكنها لا توفر الحرارة، بينما توفر المجمعات الحرارية الحرارة لكنها لا تستطيع توليد الطاقة الكهربائية. ونتيجة لذلك، غالبًا ما تظل المباني التي تعتمد على تقنيات الطاقة الشمسية التقليدية معتمدة على الوقود الأحفوري لتلبية جزء من احتياجاتها من الطاقة، وتُهدر مساحات قيّمة من الأسطح والواجهات.

تم تطوير وحدة PVT-E الهجينة خصيصاً للتغلب على هذا التشتت. إنها ليست مجرد منتج، بل حل طاقة متكامل على مستوى النظام، يحول أسطح المباني إلى أصول طاقة نظيفة منتجة وذكية وعالية الكفاءة.

أولاً: إعادة تعريف حدود الطاقة للمباني: من مخرج واحد إلى التوليد المشترك المتكامل

تعمل تقنيات الطاقة الشمسية التقليدية بشكل منفصل. تحوّل الخلايا الكهروضوئية جزءًا من الإشعاع الساقط إلى كهرباء، بينما يتبدد أكثر من نصف الطاقة الممتصة على شكل حرارة، مما يرفع درجة حرارة الخلية ويقلل من كفاءتها. في المقابل، تقوم جامعات الطاقة الشمسية الحرارية بالتقاط الحرارة، لكنها لا تستغل الفوتونات عالية الطاقة التي يمكن تحويلها إلى كهرباء.

تعالج الوحدة الهجينة الكهروضوئية الحرارية هذه المشكلة من خلال تصميم منسق. إذ تم دمج هيكل استخلاص حراري عالي الكفاءة خلف الطبقة الكهروضوئية، مما يتيح استعادة مستمرة للطاقة الحرارية التي كانت ستُهدر لولا ذلك. في هذا النظام، لم تعد الحرارة منتجًا ثانويًا غير مرغوب فيه، بل أصبحت مصدرًا قيّمًا للطاقة.

يعمل هذا التكوين كمنصة متوازنة لإدارة الطاقة:

· بالنسبة للطبقة الكهروضوئية، يحافظ التبريد النشط على درجة حرارة الخلية ضمن النطاق الأمثل الذي يتراوح بين 25 و45 درجة مئوية، مما يؤدي إلى استقرار الكفاءة الكهربائية عند 22.4% تقريبًا.

بالنسبة للطبقة الحرارية، يتم نقل الحرارة المستعادة إلى ماء ساخن قابل للاستخدام أو حرارة عملية منخفضة الحرارة، مما يحقق كفاءة تحويل حراري تتجاوز 35٪.

على مستوى النظام، يتم استخدام الإشعاع الشمسي عبر الطيف الكامل، مما يتيح استخدام الطاقة بشكل عام بنسبة تزيد عن 80٪ ويزيد من إجمالي إنتاج الطاقة لكل متر مربع بمقدار ضعفين إلى ثلاثة أضعاف مقارنة بأنظمة الخلايا الكهروضوئية التقليدية.

والنتيجة هي تحول هيكلي في كيفية تفاعل المباني مع الطاقة الشمسية: من الاستهلاك السلبي لأشكال الطاقة الفردية إلى المشاركة الفعالة في إنتاج الطاقة المتكامل.

ثانيًا: أربع مزايا أساسية: تعظيم القيمة من كل متر مربع

1. الكفاءة: توسيع النطاق العملي لاستخدام الطاقة الشمسية

يُحدث نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحرارية تغييرًا جذريًا في تعريف كفاءة الطاقة الشمسية. فبدلًا من التركيز فقط على إنتاج الكهرباء، يأخذ النظام في الاعتبار إجمالي الطاقة القابلة للاستخدام المُستمدة من ضوء الشمس. ومن خلال الجمع بين إنتاج الكهرباء والطاقة الحرارية، يصل النظام إلى كفاءة استخدام مُجمعة تتجاوز 80%.

يلعب التحكم في درجة الحرارة دورًا محوريًا في هذا التحسين. فمن خلال خفض درجة حرارة تشغيل الخلايا الكهروضوئية، يتم تثبيت الأداء الكهربائي وتقليل التدهور على المدى الطويل، مما يؤدي إلى زيادة إنتاج الكهرباء على مدى عمرها الافتراضي بأكثر من 16%.

2. كفاءة استخدام المساحة: مخرج مزدوج من سطح واحد

يفرض التوسع العمراني والتكثيف المعماري قيودًا صارمة على مساحة التركيب المتاحة. تُنتج وحدة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحرارية (PVT-E) شكلين من الطاقة من نفس المساحة. وبالمقارنة مع التركيبات المنفصلة للألواح الكهروضوئية والمجمعات الحرارية، فإنها تُقلل المساحة السطحية المطلوبة بأكثر من 50%.

وهذا ما يجعله ذا قيمة خاصة للمباني الشاهقة والمجمعات التجارية والهياكل التي تم تحديثها حيث يمثل توفر المساحة قيدًا بالغ الأهمية.

3. الأداء الاقتصادي: الإيرادات المزدوجة وخفض التكاليف

يساهم تركيب نظام كهروضوئي حراري واحد في خفض كل من نفقات الكهرباء وتكاليف التدفئة. ويؤدي هذا التأثير المزدوج إلى تقصير فترات استرداد التكاليف وتحسين الجدوى المالية طويلة الأجل لاستثمارات الطاقة النظيفة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن إطالة عمر الوحدة وتقليل متطلبات الصيانة يزيدان من تحسين اقتصاديات دورة الحياة، مما يجعل النظام جذابًا ليس فقط للمشاريع التي تركز على الاستدامة ولكن أيضًا للاستثمارات التي تركز على الجانب المالي.

4. الأثر البيئي: دعم الحياد الكربوني

يعمل النظام دون انبعاثات مباشرة، ويستبدل استهلاك الوقود الأحفوري في كلٍ من إمدادات الطاقة الكهربائية والحرارية. ومن خلال معالجة مصدرين رئيسيين للانبعاثات المرتبطة بالمباني في آنٍ واحد، توفر وحدة الخلايا الكهروضوئية الحرارية الكهربائية مسارًا عمليًا نحو الحياد الكربوني، سواءً للمشاريع الجديدة أو عمليات التحديث.

ثالثًا: من الابتكار المختبري إلى التطبيق الصناعي

1. الإدارة الطيفية الذكية

من خلال تطبيق طبقات متعددة من الطلاءات المعدنية الخزفية شبه الموصلة، المنتجة باستخدام عمليات الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD) والترسيب الكيميائي للبخار (CVD) مجتمعة، يوجه النظام أطوال موجات مختلفة من الإشعاع الشمسي نحو مسارات التحويل الأكثر فعالية. يتم تحسين الفوتونات عالية الطاقة لتوليد الكهرباء، بينما يُستخدم الطيف المتبقي لإنتاج الحرارة.

2. هندسة التوصيل الحراري المتقدمة

لطالما شكل الربط الموثوق بين المواد غير المتجانسة في ظروف الفراغ تحديًا تقنيًا بالغ الأهمية. تستخدم وحدة PVT-E تقنيات معالجة حرارية متدرجة حاصلة على براءة اختراع تضمن ربطًا على المستوى الجزيئي بين الخلايا الكهروضوئية والركائز الحرارية، مما يمنع تكون الفقاعات والتشققات الدقيقة وانفصال الطبقات.

3. بنية الحماية الحرارية ثلاثية الأبعاد

يدمج النظام عزلًا قائمًا على الهلام الهوائي، وحواجز حرارية متداخلة، وطبقات من الغاز الخامل، وطلاءات منخفضة الانبعاثية في هيكل حماية حرارية ثلاثي الأبعاد. وهذا يقلل بشكل كبير من فقدان الحرارة ويحافظ على جودة الأداء الحراري حتى في ظل الظروف المناخية المتغيرة.

4. التحكم المنسق الذكي

تقوم الخوارزميات المدمجة القائمة على نماذج متعددة الفيزياء بمراقبة الظروف البيئية وأحمال النظام بشكل مستمر، وتعديل معلمات التشغيل ديناميكيًا للحفاظ على الأداء الأمثل في ظل تغير الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة المحيطة وطلب المستخدم.

رابعاً: لماذا تختار سوليتكس سولار؟: مزيج من التكنولوجيا وقوة التصنيع

1. القدرة على البحث والابتكار

تمتلك Soletks Solar أكثر من 30 براءة اختراع أساسية تغطي الطلاءات الممتصة الانتقائية، والاقتران الحراري الكهربائي، وتكامل النظام. لقد تطورت معظم هذه التقنيات إلى ما هو أبعد من الأبحاث المختبرية إلى التطبيقات الصناعية المستقرة.

2. البنية التحتية المتقدمة للتصنيع

تضمن خطوط الإنتاج عالية الأتمتة، التي تتجاوز معدلات أتمتتها 85%، جودة منتج ثابتة وقابلية للتوسع. كما تعمل معدات اللحام بنقل الحرارة الآلية وخطوط التجميع الذكية على تقليل التباين وتعزيز الموثوقية.

3. الاختبار والتحقق الشامل

تتيح منصة اختبار مساحتها 500 متر مربع، مجهزة بأنظمة التحليل الطيفي واختبار التيار-الجهد وقياس الأداء الحراري، التحقق الكامل من خصائص المواد إلى أداء النظام، مما يضمن أن كل وحدة تلبي مواصفات التصميم الخاصة بها.

خامساً: آفاق التطبيق: بناء نظام بيئي جديد للطاقة

وحدة PVT-E الهجينة مناسبة لما يلي:

المباني التجارية والعامة التي تتطلب أنظمة تدفئة وتبريد وإمدادات طاقة متكاملة

• المجتمعات السكنية ذات الاحتياجات المركزية من المياه الساخنة والكهرباء التكميلية

• المنشآت الصناعية التي تتطلب حرارة معالجة منخفضة الحرارة وكهرباء

• البيوت الزراعية التي تتطلب تنظيمًا حراريًا وإمدادًا كهربائيًا

مع تحول المباني نحو الحياد الكربوني، تمثل وحدة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الحرارية شكلاً أكثر كفاءة وذكاءً من أشكال استخدام الطاقة الشمسية. فهي تحول المباني من مستهلكة للطاقة إلى منتجة لها، وتحول الأسطح المعمارية إلى مكونات فعالة في نظام الطاقة.

إن اختيار شركة Soletks Solar يعني الشراكة مع شركة تجمع بين الخبرة التقنية العميقة والقدرة التصنيعية على نطاق صناعي واسع. ومن خلال الابتكار المستمر ومراقبة الجودة الصارمة، ندعم عملاءنا في بناء أنظمة طاقة تتسم بالكفاءة والموثوقية والاستدامة الاقتصادية.