مجمعات الطاقة الشمسية هي أجهزة تلتقط حرارة الشمس لأداء المهام ، على عكس الألواح الكهروضوئية التي تستخدم ضوء الشمس. أحد الاستخدامات الشائعة لمجمع الطاقة الشمسية هو توفير الماء الساخن للسكن ، ولكن يمكنه أيضًا توفير الهواء الدافئ للتدفئة المنزلية أو حتى المواد شديدة الحرارة لتوليد الكهرباء. على الرغم من وجود العديد من تصميمات مجمعات الطاقة الشمسية المختلفة ، إلا أنها تقع في ثلاث فئات عامة.
مجمعات الألواح المسطحة
يمثل المجمّع الشمسي ذو الألواح المسطحة أبسط الأنواع ، ويتألف من صندوق مستطيل بغطاء زجاجي وطبقة سفلية ماصة للحرارة. يمر ضوء الشمس عبر الزجاج ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الداخل ، وتسمح سلسلة من الأنابيب أو القنوات بتدفق الماء أو الهواء عبر الوحدة وامتصاص الحرارة المحيطة. مجمعات الألواح المسطحة غير المزججة تترك الزجاج والصندوق المختوم ، وتعتمد ببساطة على حرارة الشمس ، مما يؤدي إلى تدفئة الأنابيب نفسها. هناك شكل آخر يشمل خزان مياه مثبت على السطح مطلي لامتصاص حرارة الشمس. هذه الأنواع من المجمعات هي الأنسب للمناخات الدافئة ، حيث أنه حتى نسخة الصندوق المختوم ستسمح للحرارة المجمعة بالهروب بسهولة إلى الهواء البارد.
جامعي الأنبوب المفرغ
بالنسبة للمناخات الباردة أو التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة أعلى للمياه ، يوفر نظام الأنبوب المفرغ عزلًا أفضل. في هذه المجمعات ، يمر كل أنبوب عبر أنبوب زجاجي مغلق بدون هواء بداخله. هذا يسمح للأنبوب بالعمل مثل الترمس ، مما يقلل من انتقال الحرارة من الأنبوب الداخلي الساخن إلى البيئة الخارجية. قد يتمكن جامعو الأنابيب المفرغة من الحفاظ على درجات حرارة المياه أعلى من 50 درجة مئوية (122 درجة فهرنهايت) فوق درجة الحرارة المحيطة.
المكثفات الشمسية
إذا كنت بحاجة إلى نظام يمكنه توفير الماء الساخن باستمرار ، فإن المكثف الشمسي هو أفضل رهان لك. تستخدم المكثفات المرايا لعكس وتركيز طاقة الشمس على أنابيب المياه ، مما يزيد بدرجة كبيرة من درجة حرارة الماء بداخلها. نظرًا لأن المرايا في المكثفات الشمسية تنحني لتركيز أشعة الشمس ، فإنها تعمل بشكل أفضل عند توجيهها مباشرة في الشمس ، وغالبًا ما تتضمن أنظمة تتبع لمتابعة الشمس عبر السماء لأقصى حد مكشوف. تعتبر المكثفات الشمسية شائعة في محطات الطاقة الشمسية واسعة النطاق ، والتي تحتوي على حقول كبيرة من المرايا على شكل حوض تسخين شبكة من أنابيب المياه لتوليد البخار. يعمل هذا البخار على تشغيل التوربينات ، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء.
أبراج الطاقة الشمسية
أحد أشكال تصميم المكثف الشمسي هو البرج الشمسي. بدلاً من مجال من المكثفات يقوم كل واحد بتسخين قسم من شبكة أنابيب المياه ، يستخدم نظام الأبراج الشمسية مجالًا من المرايا تركز جميعها طاقتها على برج مركزي واحد. يؤدي هذا إلى ارتفاع درجة الحرارة عند نقطة التركيز لدرجة أنه بدلاً من الماء ، يمكن أن يحتوي البرج على مادة صلبة مثل الملح الذي يذوب تحت الحرارة الشديدة. تمر أنابيب المياه عبر الهيكل ، وتمتص الحرارة من المادة المنصهرة ، والبخار المقدم يقود التوربينات لتوليد الكهرباء. تتمتع أنظمة الملح المصهور بميزة كبيرة على المكثفات الشمسية التقليدية ، لأن الملح يظل ساخنًا بدرجة كافية لتوليد البخار لفترة طويلة بعد غروب الشمس. هذا يمكن أن يسمح لمحطة الطاقة الشمسية بتوليد الكهرباء على مدار 24 ساعة في اليوم بدلاً من السكون في الليل.
