كيفية حساب الكسب الحراري للمجمع الحراري الشمسي؟

مرحبًا يا من هناك! كمورد لمجمعات الطاقة الشمسية الحرارية، كثيرًا ما يتم سؤالي عن كيفية حساب اكتساب الحرارة لهذه الأجهزة الأنيقة. إنه جانب حاسم، خاصة إذا كنت تتطلع إلى تحقيق أقصى استفادة من نظام الطاقة الشمسية لديك. لذلك، دعونا نتعمق في الأمر ونقسمه خطوة بخطوة.

بداية، ما هو المجمع الحراري الشمسي بالضبط؟ حسنًا، إنه جهاز يلتقط ضوء الشمس ويحوله إلى حرارة. هناك أنواع مختلفة، مثل مجمعات الألواح المسطحة ومجمعات الأنابيب المفرغة. يتم استخدام هذه المجمعات في تطبيقات مختلفة، بدءًا من تسخين المياه لمنزلك وحتى توفير الحرارة للعمليات الصناعية. وإذا كنت مهتمًا ببعض الأنظمة التي نقدمها، فاطلع على موقعنانظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية لأنابيب الحرارةونظام ذكي لسخان المياه بالطاقة الشمسية.

الآن دعونا نتحدث عن العوامل التي تؤثر على الكسب الحراري للمجمع الحراري الشمسي. الأول والأكثر وضوحا هو الإشعاع الشمسي. تعد كمية ضوء الشمس التي تضرب المجمع عاملاً رئيسيًا في تحديد كمية الحرارة التي يمكن أن يولدها. يختلف الإشعاع الشمسي حسب موقعك والوقت من اليوم والموسم. على سبيل المثال، إذا كنت في مكان مشمس مثل أريزونا، فسوف تحصل على المزيد من الإشعاع الشمسي مقارنة بمكان به الكثير من الغطاء السحابي، مثل سياتل.

يلعب اتجاه المجمع وإمالته أيضًا دورًا كبيرًا. من الناحية المثالية، يجب أن يواجه المجمع الحراري الشمسي الجنوب في نصف الكرة الشمالي والشمال في نصف الكرة الجنوبي للحصول على أكبر قدر من ضوء الشمس طوال اليوم. يجب تعديل زاوية الميل وفقًا لخط العرض الخاص بك. القاعدة الأساسية الجيدة هي تعيين زاوية الميل مساوية لخط العرض زائد 15 درجة في الشتاء وخط العرض ناقص 15 درجة في الصيف. بهذه الطريقة، يمكنك زيادة كمية ضوء الشمس التي تصل إلى المجمع في أوقات مختلفة من السنة.

تعد كفاءة المجمع عاملاً رئيسياً آخر. الكفاءة هي مقياس لمدى قدرة المجمع على تحويل ضوء الشمس إلى حرارة. يعتمد ذلك على المواد المستخدمة وتصميم المجمع ومدى عزله. عادةً ما تكون المجمعات عالية الجودة أكثر كفاءة، مما يعني أنها تستطيع توليد المزيد من الحرارة بنفس كمية ضوء الشمس. يمكنك العثور على أعلى مستوى لديناسخانات المياه بالطاقة الشمسيةالتي تم تصميمها لتحقيق كفاءة عالية.

حسنًا، لنبدأ الآن في الحساب الفعلي لكسب الحرارة. الصيغة الأساسية لحساب الكسب الحراري (Q) للمجمع الحراري الشمسي هي:

س = أ × أنا × η × كوس(θ)

أين:

• A هي منطقة فتحة المجمع (المنطقة التي تستقبل ضوء الشمس فعليًا). يمكنك قياس هذا بالمتر المربع.
• I هو الإشعاع الشمسي (كمية الطاقة الشمسية لكل وحدة مساحة). يتم إعطاؤه عادةً بالواط لكل متر مربع (W/m²). يمكنك العثور على بيانات الإشعاع الشمسي لموقعك من محطات الأرصاد الجوية أو الموارد عبر الإنترنت.
• η هي كفاءة المجمع. هذه قيمة عشرية. على سبيل المثال، إذا كانت كفاءة المجمع 50%، فإن η = 0.5.
• cos(θ) هو جيب تمام زاوية السقوط. زاوية السقوط هي الزاوية المحصورة بين أشعة الشمس والعمودي (المتعامد) على سطح المجمع. عندما تضرب أشعة الشمس المجمع مباشرة (θ = 0°)، cos(θ)=1. مع زيادة الزاوية، يتناقص cos(θ)، مما يعني أن كمية أقل من ضوء الشمس يتم امتصاصها من قبل المجمع.

دعنا نذهب من خلال مثال لجعل هذا أكثر وضوحا. لنفترض أن لديك مجمعًا حراريًا شمسيًا بمساحة فتحة تبلغ 2 متر مربع. يبلغ الإشعاع الشمسي في منطقتك 800 واط/م²، وكفاءة المجمع 0.6. وفي وقت معين من اليوم تكون زاوية السقوط 30 درجة.

أولاً، نحسب cos(30°)، وهو ما يساوي 0.866 تقريبًا.

ثم نعوض القيم في الصيغة:

س = 2 × 800 × 0.6 × 0.866
س = 2 × 800 × 0.5196
س = 831.36 واط

هذا يعني أنه في تلك اللحظة بالذات، يولد المجمع 831.36 واط من الحرارة.

ولكن انتظر، هناك المزيد! في مواقف العالم الحقيقي، هناك عوامل أخرى يمكن أن تؤثر على اكتساب الحرارة. على سبيل المثال، فقدان الحرارة من المجمع إلى البيئة المحيطة. يمكن أن تحدث هذه الخسائر من خلال التوصيل والحمل الحراري والإشعاع. ولمراعاة هذه الخسائر، قد تحتاج إلى إجراء بعض التعديلات على حساباتك.

تحدث خسائر التوصيل عندما يتم نقل الحرارة عبر مواد المجمع إلى الإطار أو الأجزاء الأخرى التي تكون على اتصال مع البيئة المحيطة الأكثر برودة. تحدث خسائر الحمل الحراري عندما يتدفق الهواء فوق سطح المجمع ويحمل الحرارة بعيدًا. ترجع خسائر الإشعاع إلى انبعاث الأشعة تحت الحمراء من سطح المجمع.

وللحد من هذه الخسائر، غالبا ما يتم عزل المجمعات. يمكن للعزل عالي الجودة أن يحسن أداء المجمع بشكل كبير عن طريق تقليل كمية الحرارة المتسربة.

شيء آخر يجب مراعاته هو الفرق في درجة الحرارة بين المجمع والبيئة المحيطة. كلما زاد الفرق في درجات الحرارة، كلما زاد فقدان الحرارة. لذلك، إذا كنت تستخدم المجمع لتسخين المياه إلى درجة حرارة عالية جدًا، فستحتاج إلى أن تكون أكثر حرصًا بشأن تقليل فقدان الحرارة.

بالإضافة إلى حساب اكتساب الحرارة الأساسي، قد ترغب أيضًا في حساب اكتساب الحرارة اليومي أو السنوي. للقيام بذلك، سوف تحتاج إلى دمج الحرارة المكتسبة مع مرور الوقت. يمكنك القيام بذلك عن طريق أخذ قياسات أو تقديرات للإشعاع الشمسي وزاوية السقوط في أوقات مختلفة من اليوم ومن ثم جمع مكاسب الحرارة.

للحصول على اكتساب الحرارة اليومي، يمكنك تقسيم اليوم إلى فترات زمنية أصغر (على سبيل المثال، كل ساعة) وحساب اكتساب الحرارة لكل فاصل زمني باستخدام الصيغة التي ناقشناها سابقًا. ثم تقوم بإضافة كل هذه القيم للحصول على إجمالي اكتساب الحرارة اليومي.

للحصول على اكتساب الحرارة السنوي، ستحتاج إلى تكرار هذه العملية لكل يوم من أيام السنة ثم جمع مكاسب الحرارة اليومية. يمكن أن يكون هذا أكثر تعقيدًا بعض الشيء، لكنه يمنحك فكرة أفضل عن مقدار الحرارة التي يمكن أن يولدها المجمع على مدى فترة أطول.

إذا كنت لا تزال في حيرة من أمرك أو إذا كانت لديك أسئلة محددة حول حساب اكتساب الحرارة لحالتك الخاصة، فلا تقلق. نحن هنا للمساعدة! باعتبارنا موردًا للمجمعات الحرارية الشمسية، لدينا فريق من الخبراء الذين يمكنهم مساعدتك في جميع حساباتك وتزويدك بأفضل الحلول لاحتياجاتك من الطاقة الشمسية.

سواء كنت صاحب منزل يتطلع إلى تسخين المياه بشكل أكثر كفاءة أو صاحب عمل يحتاج إلى نظام تسخين شمسي واسع النطاق، فنحن نوفر لك كل ما تحتاجه. ملكناسخانات المياه بالطاقة الشمسيةتم تصميمها لتكون موثوقة وفعالة وفعالة من حيث التكلفة.

إذا كنت مهتمًا بشراء مجمعاتنا الحرارية الشمسية أو معرفة المزيد عن منتجاتنا، فنحن نرغب في الدردشة معك. ما عليك سوى التواصل معنا، وسنبدأ مناقشة حول متطلباتك وكيف يمكن لمنتجاتنا تلبيتها. يسعدنا دائمًا مساعدتك في تحقيق أقصى استفادة من الطاقة الشمسية.

مراجع

• دوفي، جا، وبيكمان، واشنطن (2013). الهندسة الشمسية للعمليات الحرارية. جون وايلي وأولاده.
• كريث، ف.، وجوسوامي، دي واي (2012). مبادئ انتقال الحرارة. التعلم سينجاج.