سخانات الأنابيب المفرغة الشمسية ... مزايا متعددة وكفاءة عالية

تعتمد هذه السخانات الشمسية على الأنابيب المفرغة ذات الكفاءة التحويلية العالية للطاقة الشمسية الى طاقة حرارية

 

المهندس أمجد قاسم *

           تعد السخانات الشمسية احد الوسائل الحديثة لاستغلال الطاقة الشمسية لأغراض تسخين المياه في المنازل والتجمعات السكنية، وقد شهدت تلك السخانات تطورا كبيرا وهائلا، خصوصا في السنوات القليلة الماضية، فلم تعد حاليا التقنية التقليدية القديمة مستخدمة في السخانات الشمسية الحديثة.

          لقد عملت تلك السخانات ولسنين طويلة على مبدأ تسخين المياه الموجودة في أنابيب معدنية مطلية باللون الأسود، لكن الأنواع الحديثة الآن، تستخدم تقنية الأنابيب الزجاجية المفرغة، والتي أثبتت نجاعتها وكفاءتها العالية على تحويل جزء كبير من الطاقة الشمسية الساقطة على تلك الأنابيب إلى طاقة حرارية.

          تقنية الأنابيب الزجاجية المفرغة

          ظهرت هذه التقنية الحديثة في السنوات القليلة الماضية ، والتي تعتمد أساسا على ما يعرف باسم الأنابيب المفرغة Evacuated tubes ، التي تمتص الطاقة الشمسية بكفاءة عالية وتحولها إلى طاقة حرارية ، لتسخين المياه ، وقد استخدمت هذه التكنولوجيا في كل من ألمانيا وبريطانيا واليابان والصين وكندا ، والعديد من دول العالم ، نظرا لمردودها العالي من الطاقة وقدرتها التحويلية المتميزة للطاقة الشمسية .

          ويتألف كل أنبوب مفرغ من أنبوبين من الزجاج ، أحدهما بداخل الآخر ، ويصنعان من زجاج البوروسيلكيت Borosilicate  الذي يتميز بالمتانة ، ومقاومته للكسر .

          الأنبوب الخارجي شفاف ويسمح لأشعة الشمس بالمرور من خلاله، بانعكاس قليل جدا، أما الأنبوب الداخلي، فيطلى بطبقة سوداء خاصة مؤلفة من الكروم والنيكل، والذي يمتص الأشعة الشمسية الساقطة عليه بنسبة قد تصل إلى 98 %.

          يتم تثبيت نهايتي الأنبوبين مع بعضهما بطريقة الصهر Fusion بعد تفريغ الهواء الموجود بينهما تحت درجة حرارة عالية ، وينتج عن عملية التفريغ السابقة ، وجود منطقة عزل بين الأنبوبين ، وهذا ما يجعل تلك الأنابيب متميزة بكفاءتها ، حيث يمنع هذا الفراغ تسرب الطاقة الحرارية التي اكتسبتها المياه ، وبالتالي وقف عمليتي التوصيل أو الحمل الحراريتين ، وبذلك نجد أن الأنبوب الداخلي قد تتجاوز درجة حرارته 150 درجة سلسيوس في حين يبقى الأنبوب الخارجي باردا ، وبذلك ترتفع الكفاءة التحويلية لتلك الأنابيب المفرغة حتى في الأجواء الباردة والغائمة .

          من هنا نجد أن تلك الأنابيب المتينة وذات الامتصاص الحراري العالي ، اكتسبت صفة العزل الحراري ، من خلال عملية التفريغ الهوائي السابقة مما يؤدي إلى الحيلولة دون عملية فقدان الحرارة المكتسبة التي تحدث في السخانات الشمسية التقليدية المسطحة Flat plate solar heater collectors والتي هي عبارة عن صندوق اسود يحتوي على أنابيب معدنية سوداء معزولة بمواد عزل تقليدية ، مما يؤدي إلى حدوث فاقد حراري كبير خلال الليل عند انعدام أشعة الشمس الساقطة عليها .

          يتم ترتيب الأنابيب المفرغة بشكل متوازي ومدروس ، حيث يتم حساب زوايا التركيب بدقة وبما يتناسب مع خط العرض في موقع التركيب لضمان أفضل أداء لها ، كذلك فإن تلك الأنابيب يمكن أن ترتب وتركب بأشكال مختلفة ( أفقية ، عمودية ، مائلة ) تبعا للمساحة المتاحة .

          مواصفات متميزة تؤهلها لأن تكون تقنية القرن الحادي والعشرين

          تصنع الأنابيب الزجاجية المفرغة من زجاج البوروسيلكيت المقاوم للكسر والصدمات ، وهي شفافة تماما ، بحيث تسمح لأكبر قدر ممكن من أشعة الشمس ، باختراقها والوصول إلى الأنبوب الداخلي ، لتتم عملية التسخين خلال وقت قصير نسبيا ، كذلك فإن تلك الأنابيب مقاومة للانفجار حتى تحت درجات حرارة عالية قد تصل إلى أكثر من 250 درجة سلسيوس ، وتتحمل ضغوطا عالية وتقاوم الصدمات الحرارية ومعامل الامتصاص الحراري لها يتجاوز 95% ومعدل التسرب الحراري لها قليل جدا والعمر الزمني الافتراضي التشغيلي لها يتجاوز 15عاما.

          مميزات سخانات ألأنابيب المفرغة الشمسية

          تتمتع تلك السخانات القائمة على تقنية الأنابيب المفرغة ، بكثير من المميزات الهامة التي تؤهلها لأن تكون البديل الأمثل لاستغلال أحد أهم مصادر الطاقة البديلة وهي الطاقة الشمسية بكفاءة عالية ، فهي آمنة وصديقة للبيئة وقد تم استخدام تقنية العزل الحراري العالي  High Insulationفيها عن طريق استخدام البولي يورثان Polyurethane  في داخل الأنابيب المفرغة مما يؤدي إلى الاحتفاظ بالحرارة لوقت طويل .

          وبالإضافة لقدرتها على امتصاص الطاقة الشمسية بشكل فائق ، فقد روعي تصنيع التنك الداخلي وأنابيب التوصيل الخارجية من معدن الاستانلس ستيلStainless Steel المقاوم للتآكل وللعوامل الجوية المختلفة، كما أن كافة القطع المطاطية والوصلات الداخلية ، مصنوعة من مواد غير سامة ولا تؤثر على خصائص الماء المار فيها ، كذلك فإن تلك السخانات تتميز بسهولة التركيب والبساطة ، حتى في أسوء الظروف عندما يتم كسر أحد الأنابيب المفرغة بفعل قسري ، عندها ينبغي ببساطة إزالة الأنبوب المكسور عن طريق تحرير اللاقط الخاص به ووضع أنبوب جديد مكانه بكل سهولة ويسر .

          إن تلك السخانات، بمميزاتها وقدراتها العالية ، تؤهلها لأن تحتل أسطح منازلنا لتوفر لنا المياه الساخنة معظم أيام السنة ، لكونها اقتصادية وصديقة للبيئة، كما زودت بوحدة تسخين كهربائية فعالة في حال احتجاب أشعة الشمس لفترات طويلة في فصل الشتاء ، ولا يقتصر استخدامها في المنازل فحسب ، بل إنها أيضا تلبي احتياجات التجمعات السكنية الكبيرة بالمياه الساخنة، كالفنادق والمستشفيات والنوادي وغيرها .

* كاتب علمي

عضو الرابطة العربية للإعلاميين العلميين