جهاز تجميع الطاقة الشمسية الفراغي: مبدأ التشغيل + كيفية تجميعه بنفسك
يتم إنفاق مبالغ كبيرة على إمدادات المياه الساخنة وتدفئة الأماكن. ولكن هناك مصدر بديل للطاقة - جهاز تجميع الطاقة الشمسية الفراغي.هل سمعت عن هذا؟ فهو يسمح لك بتقليل التكاليف المالية للحفاظ على الراحة بشكل كبير، مما يوفر أقصى قدر من تأثير التدفئة مع الحد الأدنى من فقدان الحرارة.
يمكن شراء هذا الجهاز من الشركات المصنعة للمعدات المنزلية أو تجميعه بنفسك في المنزل. لاختيار النموذج المناسب، عليك دراسة الكثير من المعلومات. سنساعدك على اتخاذ قرار بشأن معايير الشراء الرئيسية.
ستناقش المقالة مبدأ التشغيل وتصميم مشعب الفراغ. سنتحدث عن ميزات التصميم للنماذج المختلفة، وننظر في إيجابيات وسلبيات هذه المنشآت. بالإضافة إلى ذلك، سنصف بالتفصيل كيفية صنع وتثبيت جهاز تجميع الطاقة الشمسية الفراغي بنفسك.
المادة مصحوبة بمقاطع فيديو ستتعرف من خلالها على الميزات المهمة ومبادئ تشغيل مشعبات التفريغ.
محتوى المقال:
مبدأ تشغيل وحدة الفراغ
يختلف المجمع الشمسي الفراغي عن أنظمة الطاقة الشمسية التقليدية في الطريقة معالجة الطاقة الشمسية. البطارية الكلاسيكية تأخذ الضوء وتحوله إلى كهرباء. يتكون المجمع من أنابيب زجاجية مع فراغ يتم إنشاؤه بداخلها. يتم دمجها في نظام واحد من خلال وحدات إرساء خاصة.
يوجد داخل كل أنبوب قناة مكونة من قضيب أو قضيبين نحاسيين مزودين بمبرد. يقوم العنصر النشط، الذي يلتقط أشعة الشمس، بتسخين مادة التبريد، وبالتالي ضمان تشغيل المجمع.
بفضل هذا التصميم، يزداد مستوى كفاءة الطاقة بشكل كبير، ويتم تقليل فقدان الحرارة بشكل كبير، حيث تتيح لك طبقة الفراغ توفير حوالي 95٪ من الطاقة الشمسية التي تم التقاطها.
بالإضافة إلى ذلك، يتم تقليل اعتماد إنتاجية المجمع على الموسمية ودرجة الحرارة المحيطة والظروف الجوية المختلفة، مثل هبوب الرياح والغيوم جزئيًا وهطول الأمطار وما إلى ذلك.
كيف يعمل مشعب نوع الفراغ؟
تختلف أجهزة التفريغ الحديثة التي تزود الغرف بالحرارة والماء الساخن باستخدام الطاقة الشمسية من الناحية التكنولوجية.
ينقسم المجمعون إلى الأنواع التالية:
- أنبوبي بدون طلاء زجاجي واقي؛
- وحدة ذات تحويل منخفض؛
- النسخة المسطحة القياسية؛
- جهاز مع العزل الحراري الشفاف.
- وحدة الهواء
- مشعب فراغ مسطح.
لديهم جميعًا تشابهًا مشتركًا في التصميم، لذا فهي تتكون من:
- أنبوب شفاف خارجي، من حيث تم ضخ الهواء بالكامل؛
- أنبوب ساخنتقع في أنبوب كبير حيث يتحرك المبرد السائل أو الغازي؛
- واحد أو اثنين من الموزعين الجاهزة، والتي تتصل بها أنابيب ذات عيار أكبر وتدخل دائرة دوران من الأنابيب الرفيعة الموضوعة بداخلها.
يذكرنا التصميم بأكمله إلى حد ما بالترمس ذو الجدران الشفافة، والذي يحافظ على مستوى عالٍ غير مسبوق من العزل الحراري. بفضل هذه الميزة، يكتسب جسم الأنبوب الداخلي القدرة على الاحماء بكفاءة ونقل مورد الطاقة بالكامل إلى المبرد المنتشر في الداخل.
الفروق الدقيقة في التصميم والتصنيف
يتم تصنيف المجمعات الفراغية حسب نوع الأنابيب الزجاجية المثبتة في الهيكل، أو حسب خصائص القنوات الحرارية. تكون الأنابيب عادة من النوع المحوري والريشي، وتكون القنوات الحرارية من النوع المباشر التدفق على شكل حرف U وأنبوب الحرارة. .
خصائص الأنابيب المحورية
الأنابيب المحورية عبارة عن دورق ترمس زجاجي مزدوج مع مساحة فراغية مصطنعة بين الجدران. يحتوي السطح الداخلي للأنبوب على طبقة من الطلاء الخاص الذي يمتص الحرارة، وبالتالي فإن نقل الحرارة الفعلي يحدث مباشرة من جدران المصباح الزجاجي.
كعنصر ماص، يتم لحام أنبوب نحاسي يحتوي على تركيبة الأثير في أنبوب زجاجي. أثناء عملية التسخين، يتبخر، ويتخلى عن حرارته بشكل فعال، ويتكثف ويتدفق إلى قاع الأنبوب.ثم يتم تكرار الدورة، وبالتالي خلق عملية تبادل حراري مستمرة.
مميزات أنابيب الريشة
تتميز أنابيب الريش المفرغة بسمك جدار أكبر من الأنابيب المحورية، ولا تتكون من دورقين، بل من دورق واحد. تم تجهيز عنصر امتصاص النحاس الداخلي على طوله بالكامل بمكبر صوت متين - لوح مموج بطبقة ممتصة للطاقة عالية المستوى.
بفضل ميزة التصميم هذه، يقع الفراغ مباشرة في القناة الحرارية، حيث يتم دمج جزء منها مع المادة الماصة مباشرة في القارورة.
تعتبر المجمعات المصنوعة من الأنابيب المفرغة من الريش هي الأكثر كفاءة في فئتها، وتعمل بشكل جيد وتوفر خدمة موثوقة لسنوات عديدة.
مبدأ تشغيل أنبوب الحرارة
تتكون أنابيب الحرارة من أنابيب مغلقة تحتوي على تركيبة سائلة سهلة التبخر. تحت تأثير ضوء الشمس، يتم تسخينه، وينتقل إلى المنطقة العليا من القناة ويتركز هناك في مجمع حراري خاص (مشعب).
في هذه اللحظة، يتخلى سائل العمل عن كل الحرارة المتراكمة ويسقط مرة أخرى لاستئناف العملية.
يتم توصيل غلاف المبادل الحراري للأنبوب الحراري بالمبادل الحراري المشعب من خلال مقبس خاص ملحوم في المبادل الحراري ذي الأنبوب الواحد نفسه، أو يتم لفه حول مبادل حراري ذو أنبوبين.
يتم أخذ الطاقة المحررة من الخزان الحراري بواسطة المبرد ونقلها عبر النظام، وبالتالي ضمان توافر الماء الساخن في الصنابير والمشعات. نظام الأنابيب الحرارية سهل التركيب ويظهر كفاءة تشغيل عالية.
في حالة حدوث عطل أو فشل دون أي صعوبات، من الممكن استبدال الوحدة التالفة بأخرى جديدة دون اللجوء إلى إعادة بناء النظام بأكمله.
يمكن تنفيذ أعمال الإصلاح بسهولة مباشرة في موقع المجمع، دون تفكيك الوحدة ودون بذل جهد غير ضروري في العمل.
وصف المبادل الحراري على شكل حرف U لمرة واحدة
أنبوب المبادل الحراري ذو التدفق المباشر على شكل حرف U. يدور الماء أو المبرد العامل لنظام التدفئة في الداخل. جزء واحد من العنصر مخصص لسائل التبريد البارد، والثاني يزيل بشكل صحيح الجزء الساخن بالفعل.
عند تسخينها، تتوسع التركيبة النشطة وتدخل إلى خزان التخزين، مما يخلق دورانًا طبيعيًا للسائل في النظام. يعمل الطلاء الانتقائي الخاص المطبق على الجدران الداخلية على زيادة قدرة امتصاص الحرارة وتحسين كفاءة النظام ككل.
تُظهر الأنابيب من النوع U أداءً عاليًا وتوفر نقلًا قويًا للحرارة، لكن لديها عيبًا واحدًا مهمًا. إنها تشكل بنية متكاملة واحدة مع المشعب ويتم تركيبها دائمًا معه.
لن يكون من الممكن استبدال أنبوب واحد منفصل فشل. للإصلاحات، سيكون من الضروري تفكيك المجمع بأكمله ووضع مجمع جديد في مكانه.
مقارنة التعديلات المختلفة
في تصنيع وحدات الطاقة الشمسية، يتم الجمع بين القنوات الحرارية والأنابيب الزجاجية المفرغة لمجمعات الطاقة الشمسية في مجموعة متنوعة من المجموعات.
الأكثر شعبية بين المستهلكين هي النماذج المحورية ذات الأنابيب الحرارية. ينجذب المشترون إلى السعر المخلص للأجهزة والصيانة البسيطة جدًا وبأسعار معقولة طوال فترة الخدمة بأكملها.
تُظهر أجهزة التفريغ ذات قنوات الأنابيب الحرارية موثوقية عالية وليس لها أي قيود على الاستخدام حتى في المجمعات الحرارية الشمسية ذات الضغط العالي.
يتم أيضًا تضمين الأجهزة ذات دورق محوري تحتوي على قنوات ذات تدفق مباشر على شكل حرف U في قائمة الأجهزة الشائعة. وتتميز بمعلمات مثل فقدان الحرارة المنخفض وكفاءة تصل إلى 70٪ وما فوق.
يفسد الوضع إلى حد ما بسبب: عملية إصلاح معقدة وصيانة محددة أثناء التشغيل وعدم القدرة على استبدال وحدة تالفة فردية. إذا حدث شيء ما للجهاز، يتم تفكيكه ووضع مجمع جديد تمامًا في مكانه.
أنابيب الريش عبارة عن أسطوانة واحدة مصنوعة من الزجاج من الناحية الهيكلية ذات جدران سميكة وقوية (اعتمادًا على الشركة المصنعة، بدءًا من 2.5 مم وما فوق). تتناسب الحشوة الماصة للريش الموجودة بالداخل بإحكام مع قناة العمل، وهي مصنوعة من معدن موصل للحرارة.
يتم إنشاء عزل مثالي تقريبًا من خلال المساحة المفرغة داخل الحاوية الزجاجية. تقوم المادة الماصة بنقل الحرارة الممتصة دون خسارة وتزود النظام بكفاءة تصل إلى 77%.
تعد النماذج التي تحتوي على عنصر الريشة أكثر تكلفة إلى حد ما من النماذج المحورية، ولكن نظرًا لكفاءتها العالية، فإنها توفر الراحة الكاملة في الغرفة وتدفع ثمنها بسرعة.
الأكثر كفاءة وإنتاجية هي قوارير الريش ذات قنوات التدفق المباشر الداخلية. وتصل كفاءتها الفعلية في بعض الأحيان إلى مستويات قياسية تصل إلى 80%.
سعر المنتجات مرتفع للغاية، وعند إجراء الإصلاحات، من الضروري استنزاف كل سائل التبريد من النظام ثم البدء في استكشاف الأخطاء وإصلاحها.
كيف ينبغي أن يكون جامع الحرارة؟
يعد مجمع الحرارة عنصر عمل آخر مهم جدًا في مشعب الفراغ. من خلال هذه الوحدة، يتم نقل الحرارة المتراكمة من الأنابيب إلى المبرد.
يقع مجمع الحرارة في الجزء العلوي من الجهاز. أحد مكوناته، وهو قلب نحاسي، يستقبل الطاقة وينقلها إلى المبرد الرئيسي المنتشر في نظام مبادل حراري مغلق لمجمع الخزان.
يتم ضمان التشغيل الصحيح عند الاتصال بالنظام. مضخة الدورة الدموية. تقوم الأتمتة التي تتحكم في مجمع التسخين بمراقبة مستوى درجة الحرارة في القنوات بوضوح، وإذا كانت أقل من الحد الأدنى الحرج المسموح به (على سبيل المثال، في الليل)، فإنها توقف المضخة.
يتيح لك ذلك تجنب التسخين العكسي عندما يبدأ المبرد في التخلص من حرارة الماء الساخن المتجمع في خزان التخزين.
إيجابيات وسلبيات جامعي نوع الفراغ
الميزة الرئيسية للوحدات هي الغياب شبه الكامل لفقد الحرارة أثناء التشغيل. يتم توفير ذلك من خلال بيئة مفرغة، وهي واحدة من العوازل الطبيعية عالية الجودة. لكن قائمة المزايا لا تنتهي عند هذا الحد.
تتمتع الأجهزة بمزايا أخرى مميزة:
- كفاءة التشغيل في درجات حرارة منخفضة (تصل إلى -30 درجة مئوية)؛
- القدرة على تجميع درجات حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية؛
- أقصى قدر ممكن من امتصاص الطاقة الحرارية، بما في ذلك الطيف غير المرئي؛
- الاستقرار التشغيلي
- قابلية منخفضة للمظاهر الجوية العدوانية.
- انخفاض انحراف القذيفه بفعل الهواء بسبب ميزات التصميم للأنظمة الأنبوبية القادرة على تمرير كتل هوائية ذات كثافات مختلفة من خلالها ؛
- مستوى عالٍ من الكفاءة في المناطق ذات المناخ المعتدل والبارد مع عدد قليل من الأيام الصافية والمشمسة؛
- المتانة تخضع لقواعد التشغيل الأساسية؛
- إمكانية الوصول للإصلاح والقدرة على تغيير ليس النظام بأكمله، ولكن جزء واحد فقط فاشل.
تشمل العيوب عدم قدرة المجمعين على التنظيف الذاتي من الصقيع والجليد والثلج وارتفاع سعر المكونات اللازمة لتجميع الوحدة في المنزل.
افعل ذلك بنفسك لتجميع الوحدة
تبدأ عملية تجميع مشعب الفراغ بتصنيع إطار دعم لعناصر العمل. ويتم تركيبه فوراً في المكان المخصص للوحدة.
يعتمد حجم الإطار وأبعاده كليًا على النموذج المخطط تصنيعه، وعادةً ما يتم وصفه في التعليمات الموجودة بين المستندات المصاحبة للمكونات.
بالإضافة إلى ذلك، أقوم بإصلاح الأماكن التي يلتقي فيها الإطار بسطح السقف بمادة مانعة للتسرب حتى لا يدخل الماء إلى المنزل في المستقبل من خلال الفتحات. ثم يتم تسليم خزان التخزين إلى موقع التثبيت ويتم تثبيته بمسامير في الجزء العلوي من الإطار.
في المرحلة التالية، يتم تجميع عنصر التسخين ومستشعر درجة الحرارة ومخرج الهواء الآلي. يتم وضع جميع المكونات المساعدة والأجزاء ذات الصلة على وسادات التخفيف المضمنة. لتوصيل مستشعر درجة الحرارة، استخدم مفتاح ربط.
بعد ذلك، يتم ترتيب توريد اتصالات إمدادات المياه. ولهذا الغرض تؤخذ الأنابيب من أي مادة مقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة ويمكن أن تتحمل حتى 95 درجة مئوية. ثبت جيدا أنابيب البولي بروبلين والتجهيزات.
بعد توصيل مصدر المياه، يتم ملء خزان التخزين بالماء واختباره للتأكد من عدم وجود تسربات. إذا تم العثور على التسريبات في مكان ما خلال 3-4 ساعات، يتم إصلاحها.
في النهاية، يتم تثبيت عناصر التدفئة. للقيام بذلك، يتم لف الأنبوب النحاسي بورق الألمنيوم ووضعه في أنبوب مفرغ زجاجي. من الأسفل، يتم وضع كوب تثبيت وحذاء مصنوع من مطاط متين ومرن على القارورة.
يتم دفع الطرف النحاسي العلوي للأنبوب إلى داخل المكثف النحاسي. لا تتم إزالة شحم التلامس الحراري اللزج من الأنابيب. قم بتثبيت آلية القفل على الحامل وقم بتركيب جميع الأنابيب الزجاجية المتبقية باستخدام نفس المبدأ.
يتم وضع كتلة تركيب على الهيكل، ويتم تزويده بمصدر طاقة 220 فولت، ويتم توصيل ثلاث وحدات مساعدة بالنظام - عنصر تسخين، وفتحة تهوية، ومستشعر درجة الحرارة.
آخر شيء يجب توصيله هو وحدة التحكم المصممة للتحكم في المجمع بشكل صحيح. يتم إدخال معلمات التشغيل المطلوبة في قائمة وحدة التحكم ويبدأ النظام في الوضع القياسي.
يتم تقديم تعليمات خطوة بخطوة لإنشاء مجمع للطاقة الشمسية هذا المقال.
كيفية وضع الجهاز بشكل صحيح؟
لكي يعمل مجمع الفراغ بشكل كامل وفعال لتزويد مساحة المعيشة بالطاقة اللازمة، من الضروري العثور على الموقع الأكثر ملاءمة له وتوجيه الجهاز بشكل صحيح بالنسبة إلى أجزاء العالم.
بالنسبة للمستوطنات في نصف الكرة الشمالي، من المهم وضع المجمع في الجزء الجنوبي من سطح المنزل أو على الجانب المشمس من الموقع. يُنصح بالتأكد من الحد الأدنى من الانحراف لمستوى الجهاز.
إذا لم يكن من الممكن توجيه السطح نحو الجنوب، فيجب عليك اختيار الزاوية الأكثر سطوعًا في الفضاء المفتوح بين الغرب والشرق.
لا ينبغي تغطية مجمع الطاقة الشمسية بالمداخن وأجزاء التسقيف المزخرفة وأغصان الأشجار المنتشرة والمباني السكنية أو الفنية الشاهقة. سيؤدي ذلك إلى تقليل كفاءة التشغيل وتقليل مستوى تسخين عناصر التشغيل.
إذا تم وضع الوحدة بشكل صحيح، فسوف توفر نفس نقل الحرارة تقريبًا طوال العام، بغض النظر عن الموسم.
إذا لم تكن لديك خبرة واسعة في تنفيذ أعمال الإصلاح والتركيب والسباكة المعقدة، فمن غير المنطقي استخدام الأنابيب المفرغة في المنزل. هذه العملية كثيفة العمالة وتتطلب معرفة خاصة ومعدات متخصصة.
بالإضافة إلى ذلك، تتمتع العناصر من النوع الفراغي المصنوعة بشكل مستقل بمستوى أقل بكثير من الكفاءة مقارنة بأجزاء المصنع. لذلك، فمن المنطقي شراء المنتجات من شركة تصنيع متخصصة، ثم محاولة تجميع عدة أقسام في المنزل.
يحتوي الموقع على مجموعة مختارة من المقالات حول ترتيب نظام التدفئة الشمسية، ننصحك بقراءة:
- أنظمة التدفئة الشمسية: تحليل تقنيات التدفئة المعتمدة على أنظمة الطاقة الشمسية
- تدفئة منزل خاص بالألواح الشمسية: المخططات والجهاز
- الألواح الشمسية المرنة: الأنواع والخصائص + ميزات الاتصال
استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع
وصف مفصل ومفصل للأنبوب المفرغ ومبدأ تشغيله وميزات عمل المجمع الشمسي ككل. يتحدث المؤلف عن بعض الفروق الدقيقة المثيرة للاهتمام ويظهر أن التثبيت يمكن أن يصبح بديلاً حقيقياً لغلاية الغاز.
معلومات مثيرة للاهتمام حول تشغيل مجمع الطاقة الشمسية في فصل الشتاء.
كيفية تركيب جهاز تجميع الطاقة الشمسية الفراغي بشكل صحيح بيديك في المنزل. جميع الفروق الدقيقة في العملية والتوصيات والنصائح المفيدة.
بمعرفة مبدأ التشغيل الأساسي لمجمع الطاقة الشمسية الفراغي الأنبوبي، يمكنك تجميع الوحدة بنفسك. سيتم تصميم التثبيت بالكامل وفقًا لمتطلباتك واحتياجاتك الفردية.
هذه ليست مهمة صعبة للغاية، ولكنها تتطلب زيادة الاهتمام والدقة ومهارات معينة، وإلا فإن خطر الإضرار بسلامة القارورة وكسر إحكامها يزيد بشكل كبير.
ندعو جميع المهتمين باختيار أو تركيب أو تجميع مجمع الطاقة الشمسية إلى ترك التعليقات وطرح الأسئلة. يقع نموذج الاتصال في الكتلة السفلية.
بديل جيد للألواح الشمسية الامتزاز. على أي حال، يتم إنفاق معظم الكهرباء على التدفئة: التدفئة، الماء الساخن. وهنا كل شيء مبسط للغاية وأرخص - يحدث التسخين مباشرة من الشمس، متجاوزا مرحلة توليد الكهرباء، حيث تحدث أكبر خسائر في الكفاءة. في المنطقة الوسطى (على سبيل المثال، N. Novgorod) يعمل بشكل فعال للغاية.
قام زوجي بتركيب جهاز تجميع الطاقة الشمسية في منزلنا. لقد اشترينا نسخة جاهزة، لكننا قمنا بتثبيتها بنفسي، ولم يستغرق الأمر الكثير من الوقت على الإطلاق. لا أفهم لماذا طلبوا مثل هذا المبلغ للتركيب... لكننا سعداء جدًا بالوحدة، فهي كافية حتى في الأيام غير المشمسة، فهي تعمل دون مشاكل في الشتاء عند درجة حرارة 15-20 تحت الصفر. تحتاج فقط إلى تنظيفه بشكل دوري.
آنا، أين اشتريته؟
أين تذهب للدفء في الصيف؟؟؟ وكيفية تحويلها إلى طاقة كهربائية؟؟؟)
ديمتري، إذا تجاوزت درجة حرارة الماء في الصيف 80 درجة، فيمكنك التفكير في خيار إلقاء الحرارة الزائدة في حمام السباحة. إذا كنت تريد الأمر أكثر بساطة، يمكنك خياطة شرائح من القماش بطول 150-160 سم وعرض يساوي محيط الأنبوب + 2 سم، قم بخياطة قطعة واحدة من الفيلكرو (مثبت النسيج) على طول الجانب الطويل من جانب، وأخرى من جهة أخرى.باستخدام هذا الغطاء البسيط، يمكنك تغليف العدد الذي تحتاجه من الأنابيب لفصل الصيف للحصول على طاقة إضافية. خلعه قبل الخريف :)))
هل توجد مثل هذه الأنابيب المفرغة بل العكس لصنع مكيف أو ثلاجة بدون كهرباء وإشعال الحرائق؟