التطبيقات الحرارية والكهربائية للطاقة الشمسية2013 2014

التطبيقات الحرارية والكهربائية للطاقة الشمسيةTHERMAL &ELECTRICAL APPLICATIONS OF SOLAR

ENERGY

االشعاع الشمسي الحراري1)

االستخدام الحراري للطاقة الشمسية2)

تسخين الماء بالطاقة الشمسية◄

التدفئة بالطاقة الشمسية◄

التسخين الشمسي ألحواض السباحة المغلقة◄

التبريد والتكييف بالطاقة الشمسية◄

التجفيف الشمسي◄

التقطير الشمسي◄

Solar Ponds-Saltذات التدرج في تركيز الملح الشمسيةاألحواض 3)Gradient

:تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء4)

التحويل المباشر للطاقة الشمسية إلى كهرباء باستخدام الخاليا الكهرضوئية◄

التحويل الترموديناميكي◄

Reckoning of Time: وقتحساب ال-2-1

لتحديد Apparent Solar Time (AST)الشمسي الظاهري وقتفي حسابات الطاقة الشمسية نستخدم ال

ل للمراقب الوقت في اليوم وهو يعتمد على الحركة الزاوية للشمس في السماء فعندما تمر الشمس عبر خط الزوا

Local Standardالمحلي القياسيللوقت12تكون الظهيرة الشمسية وهذا ليس بالضرورة يوافق الساعة

Time(LST)

.للتحول من الوقت المحلي إلى الوقت الشمسي الظاهري نستخدم التصحيحات المناسبة

Equation of Time(ET): معادلة الوقت-2-1-1

مسللشبالنسبةمحورهاحولدورةاألرضتنجزلكيالالزمالزمنوهواليومطولألنالوقتمعادلةتختلف

يلموزاويةالشمسحولاألرضمدارتناظرعدمبسببيتغيروهومتماثال ليس(ساعة24تقريبا )العامخالل

.العموديعناألرضمدارمستوي

:التاليةالمعادالتمنتقريبيبشكل(N)ماليومالوقتقيمةعلىالحصوليمكن

مبين بالشكل البياني(1-2)التمثيل البياني لمعادلة الوقت

Longitude Correction: تصيح خط الطول -2-1-2

لفترة حيث أن األرض تحتاج( خط غرينتش)يحسب وقت الساعة من نقطة مرجعية قياسية

وبالتالي للحصول على الوقت الشمسي (1o)أربع دقائق لتدور بمقدار خط طول واحد

:الظاهري نطبق المعادلة

:ثبزاوية ورود فإنه سينقسم إلى مكونات ثالأفقي عندما يسقط االشعاع الشمسي الوارد على سطح .ΤTransmissivityنطلق عليها النفوذية إشعاع نافذ ونسبته

. ρReflectivityإشعاع منعكس ونسبته نطلق عليها االنعكاسية :بحيث تشكل مجموع النسب العالقةαAbsorptivityإشعاع ممتص ونسبته نطلق عليها االمتصاصية

GOH:شدة االشعاع الشمسي على سطح أفقي خارج الغالف الجوي

:الزاوية الساعية لمغيب الشمس مقدرة بالدرجات وتحدد بالعالقةhssحيث

:االشعاع الشمسي الكلي على سطح أفقي خارج الغالف الجوي يحدد بالعالقة

:خارج الغالف الجوي يحدد بالعالقة Gtاالشعاع الشمسي الكلي على سطح مائل

:االشعاع الممتص على سطح مائل ويعطى بالعالقة GBt: حيث

أنواع اللواقط الشمسية

Solar Ponds-Salt Gradientذات التدرج في تركيز الملح األحواض الشمسية3)

(oC90-30)معتدلةحرارةدرجاتتحتالحرارةمنكبيرةكميةتخزينيستطيعالشمسيالحوضإن

نتوقفحيث(oC35-30)الحوضحرارةدرجةتنخفضحتىالمباشرةللتدفئةالحرارةهذهاستعمالويمكن

المضخةببالتدفئةنستمرحيثالحراريةالمضخةمبخرإلىويرسلالحراريالمبادلإلىالمحلولسوقعن

لشكلايبينكما،المطلوبةالتدفئةحرارةدرجةدونماإلىالحوضحرارةدرجةانخفضتلوحتىالحرارية

.األعلى

أداءبمعاملاألرضباطنمنأوالجوفيةالمياهأوالهواء»المحيطمنالحرارةالحراريةالمضخةتسحب

مسيالشالحوضاستعمالفإنلهذاالحراري،المنبعحرارةبدرجةاألداءمعاملقيمةوتتعلق4و2منيتراوح

الحراريةللمضخةاألداءمعاملقيمةمنيرفعحراريكمنبع

:الشمسيالتجفيف ◄

عنالناتجةالحراريةالطاقةاستعماليمكن

جاتالمنتتجفيففيالشمسيةالمجمعات

فترةألطولتخزينهابهدفالزراعية

.للتلفتعرضهادونممكنة

منظاتستخدمالتيالدارةيبينالشكل

سخينالتنظاميختار.المستخدمالتجفيف

ارةالحردرجةتحقيقيؤمنبحيثالمساعد

الحملوتأمينالتجفيفلهواءالمطلوبة

يالشمساالشعاعغيابفترةفيالحراري

Water Solar: للمياهالشمسيقطيرالت◄

Distillation

دف يعتبر تقطير المياه بالطاقة الشمسية به

تي الحصول على المياه العذبة من أقدم الطرق ،ال

ر فيها عرفها االنسان خاصة في المناطق التي تند

.المياه العذبة

ة وقد اكتسبت هذه الطريقة في التقطير أهمي

.مجددا بعد ارتفاع أسعار الطاقة

بين يعتبر المقطر الشمسي الصندوقي الم

را جانبا من أكثر المقطرات استعماال نظ

.لبساطة انشائه وسهولة تصنيعه

في شمسي بإنتاجية كبيرة بنيأول مقطر

m2 4450وبمساحة 1872الشيلي سنة

L /day 14762وبطاقة انتاجية

هي كمية الماء :إنتاجية المقطر الشمسي

m2الناتج عن واحدة السطح Lالعذب

)من المقطر الشمسي في اليوم

L/m2.Day)

:يمكن استخدام القانون التالي لحساب انتاجية المقطر الشمسي

Pd = 0.0393 * Ht1.4

:الشمسيالتجفيف ◄

ترة طويلة دون تستعمل الطاقة الحرارية الشمسية لتجفيف المنتجات الزراعية بهدف تخزينها ف

.تعرضها للتلف

عبرالهواءبإرسالالمروحةتقوم

منوفيسخنالهوائيالشمسيالمجمع

سحبفيالتجفيفعمودعبريمررثم

الرطبالهواءإطالقوقبلالرطوبة

مبادلعبريمررالخارجيللوسط

حرارةدرجةرفعبهدفحراري

.الجديدالهواء

لتأمينالمساعدالهواءسخانيصمم

للتجفيفالمطلوبةالحرارةدرجة

فترةفيالحراريالحملوتأمين

الشمسغياب

يةتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام األحواض الشمس

:تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء4)التحويل المباشر للطاقة الشمسية إلى كهرباء باستخدام الخاليا الكهرضوئية◄

التحويل الترموديناميكي◄

يةالكهرضوئالتحويل المباشر للطاقة الشمسية إلى كهرباء باستخدام الخاليا ◄

:تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء4.

التحويل الترموديناميكي◄

:يتألف نظام التحويل الترموديناميكي في المحطة الشمسية من

ع حركة نظام التقاط األشعة الشمسية المباشرة ويسمى حقل المرايا وهو مجموعات من المرايا العاكسة تتاب

.الشمس وتعكس األشعة إلى المجمع الالقط

لنظام هو هذا ا. نظام استقبال األشعة الشمسية وتحويلها إلى طاقة حرارية تنتقل للوسيط الناقل للحرارة

سيط الموجهة إليه وتنتقل الحرارة منه إلى وقى األشعة مجمع القط مركب في أعلى برج خاص وعال يتل

(البخار أو الهواء )ناقل للحرارة أو إلى وسيط العمل مباشرة في الدارة الترموديناميكية

مضخات تدوير الوسيط الناقل للحرارة إلى الخزان الحراري

مضخات تدوير الوسيط الناقل للحرارة بين الخزان الحراري والمبادالت الحرارية لوسيط العمل

مجموعة اآللة الحرارية العنفية والمنوبة والمكثف

ع المبرد يكون المكثف من النو)برج التبريد ، مضخات سوق ماء تبريد المكثف ، : نظام تبرد المكثف

(بالهواء عند عدم توفر المياه

نظام التحكم والقيادة

وم المنصهر مركزية ذات مستقبل برجي وتستخدم الصوديكهرشمسيةالشكل التالي يبين دارة محطة توليد

ة لنقل الحرارة من المجمع المركب على البرج إلى الخزان الحراري وبخار الماء كوسيط عمل في العنف

البخارية وتستخدم برج تبرد هوائي إلعادة تبريد ماء المكثف

كل محطات لقد اقترحت عدة حلول لالستفادة من الطاقة الشمسية في محطات توليد الطاقة البخارية وذلك على ش

والوفر الذي يمكن مختلطة ، وبينت الدراسات االقتصادية أن هذه الحلول غير عملية بسبب ارتفاع كلفتها التأسيسية

.أن نحصل عليه في استهالك الوقود غير مبرر اقتصاديا

ئية الشمسيةلهذا تبقى المحطات ذات المستقبل المركزي البرجي هي المعتمدة إلنشاء محطات توليد الطاقة الكهربا

يات تجريبية واآلخر في السنوات الماضية تم تركيب عدة نظم استقبال برجية لتوليد الطاقة الكهربائية بعضها انشئ لغا

ها ما بين عدة لحساب الجدوى االقتصادية لهذه المحطات وتعيين كلفة الطاقة المولدة فيها ، وقد تراوحت االستطاعات في

:نذكر أهمها MWونو عشرkWمئات من الـ

مشروعThemes 2الفرنسي ويقع جنوب فرنسا باستطاعة MW هليوستات 200ويحتوي على

ويستخدم الملح m 100لكل منها تعكس االشعاع الشمسي إلى مستقبل برجي بارتفاع m2 54بمساحة

المنصهر لنقل الحرارة

مشروعEurolios 1اإليطالي ويقع في جزيرة صقلية باستطاعة MW هليوستات 182يحتوي على

وتستخدم بخار m 55ارتفاع البرج m2 32لكل من بعضها والبعض اآلخر بمساحة m2 52بمساحة

.الماء كوسيط ناقل للحرارة ووسيط عمل

10طاعة المشروع الشمسي األمريكي وهو أكبر مشروع لتوليد الطاقة الكهربائية من الطاقة الشمسية باست

MW 39.2هليوستات بمساحة 1818ويقع في كاليفورنيا يتكون من m2 80لكل منها وارتفاع البرج فيها

mتستخدم المحطة البخار أيضا كوسيط ناقل للحرارة ووسيط عمل للعنفة البخارية ،

مشروعAlmeria 500في إسبانيا وهو محطة تجريبية باستطاعة kW تستخدم الصوديوم المنصهر بدرجة

كوسيط ناقل للحرارة والبخار كوسيط عمل في العنفة البخاريةoC 530حرارة