تحليل متعمق لتكييف الهواء الشمسي: من مبدأ إلى تصميم ، فتح ثورة التبريد الخضراء

مبدأ العمل لتكييف الهواء الشمسي الهجين

نظام تكييف الهواء الشمسي المختلط ليس طريقًا فنيًا ثابتًا واحدًا ، ولكنه منتج لتكامل التقنيات المتعددة ، بهدف التغلب على قيود كفاءة الطاقة المتقطعة أو الفردية للأنظمة الشمسية النقية. يتمثل مبدأها الأساسي في دمج مدخلات الطاقة المختلفة وأنماط التبريد بذكاء لضمان تبريد فعال ومستقر في ظل ظروف عمل مختلفة.
محرك الطاقة الشمسية الكهروضوئية والحرارية المشتركة (هجينة pv-thermal)
يجمع هذا الوضع المختلط بين توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية (Pالخامس) مع الاستخدام الحراري الشمسي ، كل منها يقود آليات تبريد مختلفة أو مساعدة بعضها البعض.
مبدأ العمل:
الجزء الضوئي: الألواح الكهروضوئية الشمسية تحول الإشعاع الشمسي إلى طاقة كهربائية. يمكن لهذه الطاقة الكهربائية أن تدفع مباشرة وحدات تكييف الهواء للضغط الميكانيكي التقليدي (بما في ذلك الضواغط ، والمراوح ، وما إلى ذلك) لتوفير التبريد.
جزء الطاقة الحرارية: يقوم جامعو الطاقة الشمسية بتحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة حرارية ، ويمكن للماء الساخن أو الهواء الساخن أن يدفع امتصاص أو مبردات الامتزاز ، أو يتم استخدامها في مواد الرطوبة في أنظمة تكييف الهواء التجديدية.
العمل التعاوني: عندما يكون هناك ما يكفي من أشعة الشمس ، قد تعمل أنظمة الطاقة الكهروضوئية والحرارية في وقت واحد لتلبية الطلب على حمل التبريد. على سبيل المثال ، تدفع الطاقة الكهروضوئية الضاغط ، في حين أن الطاقة الحرارية تدفع عملية إزالة الرطوبة ، أو يتم تثبيت جزأين من سعة التبريد. عندما تكون الموارد الشمسية غير كافية ، يمكن للنظام إعطاء الأولوية لاستخدام الوحدات ذات الكفاءة العالية أو الموارد الحالية. على سبيل المثال ، إذا كان توليد الطاقة الكهروضوئية لا يكفي لدفع الضاغط ، فقد يتم استخدام تبريد الامتصاص الحراري الذي يحركه الطاقة كطريقة تبريد رئيسية ، أو يمكن للنظام التبريد إلى الشبكة لمصدر الطاقة التكميلي.
المزايا: تحسين كفاءة استخدام الطاقة ، أفضل قدرة على التعامل مع التغيرات في حمل التبريد عندما تتقلب الموارد الشمسية ؛ يمكن أن تتعامل مع الحرارة المعقولة والأحمال الحرارية الكامنة في نفس الوقت (خاصة مع إزالة الرطوبة).
الطاقة الشمسية جنبا إلى جنب مع الطاقة التقليدية (التيار الكهربائي/الغاز) (النظام التقليدي بمساعدة الطاقة الشمسية)
هذا الوضع هو الشكل الهجين الأكثر شيوعًا ، مع الطاقة الشمسية كمصدر للطاقة الرئيسي والطاقة التقليدية كنسخة مساعدة أو احتياطية.
مبدأ العمل:
الأولوية الشمسية: يتم استخدام الطاقة الشمسية (سواء كانت الطاقة الكهروضوئية أو الطاقة الحرارية الشمسية) أولاً لدفع نظام تكييف الهواء. على سبيل المثال ، تدفع الطاقة الكهروضوئية مكيف الهواء ، أو الطاقة الحرارية الشمسية تدفع مبرد الامتصاص/الامتزاز.
مكملات الطاقة التقليدية: عندما تكون الطاقة الشمسية غير كافية لتلبية جميع متطلبات تحميل التبريد (مثل في الأيام الغائمة ، في الليل ، أو أثناء الأحمال الذروة) ، يقوم النظام تلقائيًا بتبديل أو يقدم طاقة فائدة (لدفع مكيفات الهواء الانضغاط) أو الغاز (لتوفير مصادر حرارة تكميلية للامتصاص/امتصاص البرودة) لتكوين GAP للطاقة.
التحكم الذكي: نظام التحكم المتطور هو المفتاح ، الذي يراقب توافر الطاقة الشمسية ، ودرجة الحرارة الداخلية ، وحمل التبريد ، ويرسل بذكاء استخدام مصادر الطاقة المختلفة لتقليل استهلاك الطاقة التقليدي مع ضمان الراحة.
المزايا: يحسن بشكل كبير موثوقية النظام والاستقرار التشغيلي ، وتجنب مشاكل التبريد المتقطعة التي قد تواجهها أنظمة الطاقة الشمسية النقية ؛ يقلل من الحاجة إلى معدات تخزين الطاقة ، وبالتالي تقليل تكلفة النظام وتعقيدها.
مجموعة تقنية متعددة التبريد
يجمع هذا النوع من النظام الهجين بين أنواع مختلفة من تقنيات التبريد (مثل التبريد التبخيري ، وتبريد إزالة الرطوبة ، والضغط الميكانيكي ، والامتصاص/الامتزاز) مع الطاقة الشمسية.
مبدأ العمل:
على سبيل المثال ، قد يستخدم النظام الطاقة الحرارية الشمسية لدفع عجلة إزالة الرطوبة للتعامل مع الرطوبة في الهواء (الحمل الحراري الكامن) ، ثم استخدام مبرد تبخر أو ضاغط ميكانيكي صغير مدفوع بواسطة الطاقة الشمسية الكهروضوئية للتعامل مع الحمل الحراري المعقول.
مثال آخر هو أن تبريد الامتصاص كمصدر تبريد أساسي ، ولكن عندما تكون درجة الحرارة المحيطة مرتفعة وتنخفض كفاءة الامتصاص ، يوفر ضاغط ميكانيكي إضافي مدفوعًا بالخلايا الكهروضوئية تبريدًا إضافيًا.
المزايا: يمكن تحسينها لظروف المناخ المختلفة وخصائص تحميل التبريد لتحقيق التحكم في درجة الحرارة والرطوبة أكثر دقة وفعالية.

المكونات الأساسية لتكييف الهواء الشمسي

1. جامعي الطاقة الشمسية أو ألواح الكهروضوئية
هذا هو "قلب الطاقة" لنظام تكييف الهواء الشمسي ، المسؤول عن التقاط الطاقة الشمسية.
جامعي الطاقة الشمسية الحرارية: تستخدم في أنظمة تكييف الهواء ذات الحرارية الشمسية. يقومون بتحويل الإشعاع الشمسي إلى الطاقة الحرارية. تشمل الأنواع الشائعة:
جامعي الألواح المسطحة: بنية بسيطة ، تكلفة منخفضة نسبيًا ، مناسبة لتوفير الماء الساخن المتوسط ​​والمنخفض.
جامعي الأنبوب الذين تم إجلاؤهم: يمكن أن يوفر أداء العزل الحراري المتفوق ، وزيادة كفاءة الطاقة ، وخاصة في فصل الشتاء أو عندما لا يكون الضوء قويًا ، ماءًا ساخنًا متوسطًا وعالي درجات الحرارة.
جامعي الحوض المكافئ: يولدون حرارة درجات حرارة أعلى من خلال تركيز أشعة الشمس ، وغالبًا ما تستخدم في التطبيقات التجارية الكبيرة أو الصناعية.
ألواح الكهروضوئية (PV): يتم استخدامها في أنظمة تكييف الهواء ذات الكهروضوئية الشمسية. يقومون بتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى الكهرباء. تشمل الأنواع الشائعة:
ألواح الكهروضوئية أحادية البلورة: لديها كفاءة تحويل عالية وأداء مستقر.
ألواح PV pollystalline: فهي منخفضة التكلفة نسبيًا وهي المنتج السائد في السوق.
الألواح الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة: فهي مرنة ولها أداء ممتاز في توليد طاقة ضوئية ضعيفة ، ولكن كفاءة التحويل عادة ما تكون منخفضة.
2. المعدات الأساسية لدورة التبريد
هذا الجزء مسؤول عن عملية التبريد الفعلية.
الامتصاص/المولد - لأنظمة الامتصاص: في تبريد الامتصاص ، يتبخر المولد المبرد (عادة الماء) من الامتصاص (مثل محلول بروميد الليثيوم) عن طريق التسخين ؛ يعيد الامتصاص امتصاص المبرد المتبخر.
المبخر: إنه أمر بالغ الأهمية في جميع أنظمة التبريد. يقع في المسار أو المسار السائل الذي يحتاج إلى تبريد ، حيث يتبخر المبرد ويمتص الحرارة من البيئة المحيطة ، وبالتالي تحقيق التبريد.
المكثف: على عكس المبخر ، يطلق المبرد الحرارة هنا ويتكثف في سائل ، وعادة ما يتبدد الحرارة إلى الهواء الخارجي أو ماء التبريد.
الضاغط (الضاغط-للأنظمة التي تعتمد على PV): في مكيفات الهواء الميكانيكية التي تعتمد على السلطات الكهروضوئية ، يكون الضاغط هو المكون الأساسي ، المسؤول عن ضغط بخار المبرد ، وزيادة ضغطه ودرجة حرارته ، وهو مصدر الطاقة في دورة التبريد بأكملها.
3. وحدة التخزين الحرارية/الباردة
غير مدرج في جميع الأنظمة ، ولكن من الضروري تحسين كفاءة النظام والاستقرار.
خزان الماء الساخن/خزان التخزين الحراري: في أنظمة القيادة الحرارية الشمسية ، يتم استخدامه لتخزين الماء الساخن الذي تم إنشاؤه بواسطة جامعي الطاقة الشمسية بحيث يمكن توفير التبريد بشكل مستمر في الليل أو في أيام غائمة.
تخزين الجليد/نظام تخزين المياه المبرد: يمكنه تخزين طاقة التبريد الناتجة في الليل أو عندما تكون الطاقة الشمسية كافية ، وإطلاقها خلال ساعات الذروة أو عندما تكون الطاقة الشمسية غير كافية لموازنة العرض والطلب.
4. نظام التحكم والمعدات المساعدة
ضمان التشغيل الفعال والآمن للنظام.
وحدة التحكم: تراقب معلمات النظام (مثل درجة الحرارة ، شدة الضوء) ، وضبط تشغيل كل مكون وفقًا لبرامج مسبق أو يحتاج المستخدم إلى تحسين تأثير التبريد واستخدام الطاقة.
المضخات/المعجبين: مسؤولة عن نقل السوائل (مثل الماء الساخن ، المبرد ، الهواء) لضمان نقل الحرارة وتوزيعها للبرد الفعال داخل النظام.
نظام الأنابيب/ducting: يستخدم لنقل المبردات والماء أو الهواء وتوصيل مكونات مختلفة من النظام.
الصمامات والمستشعرات: التحكم في اتجاه السائل وتدفقه ، مراقبة حالة تشغيل النظام ، وتوفير البيانات إلى وحدة التحكم.
العاكس-للأنظمة التي تعتمد على PV: في نظام يحركه PV ، إذا كان مكيف الهواء يستخدم طاقة التيار المتردد ، فإن العاكس يحول طاقة DC الناتجة عن لوحة الكهروضوئية إلى طاقة التيار المتردد.

كيف يحقق مكيف الهواء الشمسي الهجين تبريدًا يحركه الحرارة؟

إن جوهر نظام تكييف الهواء الشمسي الهجين لتحقيق التبريد الذي يحركه الحرارة هو أنه يدمج تبريد الامتصاص أو تكنولوجيا تبريد الامتزاز ، ومن خلال استراتيجيات التحكم الذكية ، فإنه يحول بكفاءة الطاقة الحرارية الشمسية إلى قدرة التبريد.
1. جمع الحرارة الشمسية وتحويلها
تتمثل الخطوة الأولى في التبريد الذي يحركه الحرارة في التقاط الطاقة الشمسية بكفاءة وتحويلها إلى طاقة حرارية قابلة للاستخدام.
جامع الطاقة الشمسية: عادة ما يتم تجهيز النظام بهواة جمع الطاقة الشمسية (مثل جامعي أنبوب الفراغ أو جامعي الألواح المسطحة). يمتص هؤلاء المجمعون الإشعاع الشمسي ويسخين السائل داخل المجمع (عادة الماء أو السائل الحراري) إلى درجة الحرارة المطلوبة. هذا الماء الساخن أو السائل الساخن هو مصدر الطاقة لقيادة دورة التبريد.
وحدة التخزين الحرارية: من أجل التعامل مع الطبيعة المتقطعة للطاقة الشمسية (مثل في الليل أو في الأيام الغائمة) ، يتضمن النظام عادة خزان تخزين حراري. يمكن تخزين الحرارة الزائدة الناتجة خلال اليوم لضمان التبريد المستمر حتى عندما لا يكون هناك أشعة الشمس ، مما يحسن الاستقرار التشغيلي للنظام واستقلاله.
2. دورة التبريد التي تحركها الحرارة: الامتصاص أو الامتزاز
يتم إدخال الطاقة الحرارية التي تم الحصول عليها في الثلاجة التي تعتمد على الحرارة ، وهو الرابط الرئيسي لتحقيق التبريد.
تبريد الامتصاص (امتصاص تقشعر له الأبدان):
المبدأ الأساسي: يستخدم تبريد الامتصاص سائل العمل (مثل الماء) لامتصاص الحرارة عند درجة حرارة منخفضة وضغط منخفض ، وكذلك خصائص الامتصاص والامتصاص للامتصاص (مثل محلول بروميد الليثيوم) لإكمال دورة التبريد.
محرك الحرارة: يتم إرسال الماء الساخن أو السائل الساخن الذي يوفره جامع الطاقة الشمسية إلى المولد. في المولد ، تسخن الحرارة محلول ماصة غني بسائل العمل ، مما تسبب في تبخر سائل العمل من المحلول.
عملية التبريد: يدخل بخار سائل العمل المتبخر إلى المكثف لإطلاق الحرارة والتكثيف في سائل ، ثم يدخل المبخر من خلال صمام الخانق. في المبخر ، بسبب انخفاض الضغط ، يتبخر سائل العمل السائل بسرعة ويمتص الحرارة من البيئة المحيطة ، مما يقلل من درجة حرارة ماء التبريد أو الهواء الذي يتدفق عبر المبخر لتحقيق التبريد.
التجديد الدوري: يتم بعد ذلك إرجاع بخار سائل العمل الذي امتص الحرارة إلى الامتصاص ، ويعيد امتصاصه بواسطة محلول مخفف لتشكيل محلول مركّز ، ثم يتم ضخه إلى المولد لإكمال الدورة المغلقة بأكملها.
تقشعر لها الأبدان في الامتزاز:
المبدأ الأساسي: يستخدم تبريد الامتزاز خصائص الامتزاز والامتصاص المادية للامتصاصات الصلبة (مثل هلام السيليكا ، الزيوليت) على امتصاصات (مثل الماء ، الميثانول).
حرارة مدفوعة: يتم استخدام الحرارة الشمسية لتسخين سرير الامتزاز المملوء بالامتصاص. تؤدي الحرارة إلى إطلاق امتصاص (desorb) البخار الممتز على سطحه على سطحه.
عملية التبريد: يتم تكثيف بخار adsorbate desorbed في سائل في المكثف ثم يدخل المبخر. في المبخر ، يتبخر الممتص السائل ويمتص الحرارة ، مما ينتج عنه تأثير تبريد.
التجديد الدوري: يتم إعادة امتصاص بخار الامتصاص المتبخر بواسطة سرير امتصاص آخر مبرد ، ويبرد سرير الامتزاز ويعيد قدرته على الامتزاز. يتناوب سريرين أو أكثر من الامتزاز على إجراء امتصاص التسخين والبرودة لتحقيق التبريد المستمر.
3. أوضاع هجينة ومساعد
الأنظمة الهجينة ليست ببساطة استخدام محرك حراري للطاقة الشمسية ، ولكن لديها أيضًا أوضاع تشغيل ذكية:
الأولوية للطاقة الشمسية: عندما يكون هناك أشعة الشمس الكافية ، يعطي النظام أولوية باستخدام الحرارة الشمسية لدفع المبرد لزيادة فوائد توفير الطاقة إلى الحد الأقصى.
مصدر الحرارة الإضافي: عندما لا تكون الطاقة الشمسية كافية لتلبية الطلب على حمل التبريد ، يمكن للنظام تبديل أو إدخال مصادر الحرارة الإضافية ، مثل غلايات الغاز أو السخانات الكهربائية ، لتكملة الحرارة وضمان التبريد دون انقطاع.
التكامل متعدد الأوضاع: قد تدمج بعض الأنظمة الهجينة المتقدمة أيضًا توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، والتي يمكن أن تدفع مضخات الدورة الدموية أو المعجبين أو غيرها من المعدات الإضافية ، أو تدفع الضواغط الميكانيكية الصغيرة مباشرة للتبريد التكميلي عندما يكون محرك الحرارة غير كافٍ ، مما يشكل حلًا أكثر مرونة.

ما هي العوامل التي تؤثر على شرطي أنظمة تكييف الهواء الشمسي

1. خصائص الموارد الشمسية
تؤثر جودة واستقرار الموارد الشمسية بشكل مباشر على شرطي أنظمة تكييف الهواء الشمسي ، وخاصة للأنظمة التي تعتمد على الحرارة.
الإشعاع الشمسي: كلما ارتفعت كثافة الإشعاع الشمسي ، يمكن التقاط المزيد من الطاقة بواسطة جامعي الطاقة الشمسية أو الألواح الكهروضوئية. بالنسبة للأنظمة التي تحركها حرارياً ، فإن الإشعاع الأعلى يعني المياه الأكثر سخونة أو الهواء الساخن ، مما يحسن عادة كفاءة امتصاص المبردات. بالنسبة للأنظمة التي تحركها الكهروضوئية ، فإن الإشعاع العالي يولد مباشرة المزيد من الكهرباء ، مما يدفع نظام تكييف الهواء إلى العمل بشكل أكثر كفاءة.
مدة أشعة الشمس والاستمرارية: تتيح أشعة الشمس المستمرة والمستقرة للنظام العمل في أفضل حالاته لفترة طويلة. تتسبب أشعة الشمس المتقطعة في بدء/توقف النظام بشكل متكرر أو يتحول إلى الطاقة الإضافية ، مما يقلل من شرطي المتوسط.
Collector/PV Panel Tilt Angle واتجاهه: يمكن للإمالة والاتجاه الأمثل زيادة التقاط الطاقة الشمسية ، وبالتالي زيادة مدخلات الطاقة في النظام في مواسم مختلفة وعلى مدار اليوم ، مما يؤثر بدوره على COP.
2. درجات حرارة التشغيل المحيطة
درجة الحرارة المحيطة هي عامل خارجي مهم يؤثر على COP لجميع أنظمة التبريد.
درجة حرارة المكثف/درجة حرارة الحرارة الحرارية: يحتاج المبرد إلى إطلاق الحرارة إلى البيئة الخارجية في المكثف. كلما ارتفعت درجة الحرارة الخارجية ، كلما زادت درجة حرارة التكثيف المطلوبة للمكثف ، والتي ستزيد من استهلاك الطاقة للضاغط (لأنظمة محرك الكهروضوئية) أو تقلل من كفاءة المبرد القائم على الحرارة ، مما يؤدي إلى انخفاض في COP. بالنسبة لأنظمة الامتصاص/الامتزاز ، هذا يعني أنه كلما زادت درجة حرارة الماء أو الهواء المحيط ، كلما كان أداء الامتصاص/المكثف أسوأ ، مما يقلل من الشرطي.
درجة حرارة التبخير/درجة الحرارة المستهدفة: المبخر مسؤول عن امتصاص الحرارة من المساحة المبردة. كلما ارتفعت درجة حرارة المساحة المبردة (أي كلما ارتفعت درجة حرارة التبخر) ، كلما كانت دورة التبريد أقل في العمل ، وسيكون الشرطي أعلى عمومًا. على العكس ، إذا كانت المساحة تحتاج إلى تبريد إلى درجة حرارة منخفضة للغاية ، فسيتم تقليل الشرطي.
درجة حرارة المولد - بالنسبة للأنظمة الحرارية: بالنسبة للامتصاص أو مبردات الامتزاز ، كلما ارتفعت درجة حرارة مصدر حرارة القيادة المطلوبة للمولد (أو سرير الامتصاص) ، كلما كان من المفترض أن يتحقق الشرطي عادةً ، ولكن هذا يضع أيضًا متطلبات أعلى على جامع الطاقة الشمسية.
3. تصميم النظام وأداء المكون
يعد التصميم الداخلي لنظام تكييف الهواء الشمسي وكفاءة كل مكون أمرًا بالغ الأهمية للشرطي.
نوع المبرد والكفاءة:
المبردات الامتصاص/الامتزاز: نماذج ومراحل مختلفة (تأثير واحد ، تأثير مزدوج ، تأثير ثلاثي) من مبردات الامتصاص لها رجال شرطة مختلفة. عادةً ما يكون للوحدات ذات التأثير المزدوج والثلاث تأثيرات شرطيات أعلى ، ولكن لديها أيضًا متطلبات أعلى لدرجة حرارة مصدر الحرارة. عادةً ما يكون لبردات الامتزاز متطلبات أقل لدرجة حرارة مصدر الحرارة ، ولكن قد يكون الشرطي أيضًا منخفضًا نسبيًا.
كفاءة الضاغط-بالنسبة للأنظمة التي تعتمد على الكهروضوئية: في مكيفات الهواء الميكانيكية التي تعتمد على الكهروضوئية ، تحدد كفاءة الضاغط مباشرة كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى قدرة التبريد. عادةً ما تُظهر ضواغط التردد المتغيرة رجال شرطة أعلى في الأحمال الجزئية.
أداء المبادل الحراري: سوف تؤثر كفاءة تصميم ونقل الحرارة لجميع المبادلات الحرارية (المبخرات ، المكثفات ، المولدات ، الامتصاص ، وما إلى ذلك) في النظام على اختلاف درجة الحرارة بين أجزاء مختلفة من النظام ، وبالتالي تؤثر على COP. يساعد أداء نقل الحرارة الجيد على تقليل اختلاف درجة الحرارة وتحسين الكفاءة.
تصميم نظام الأنابيب والدواء: سيؤثر الطول والقطر وأداء العزل وتخطيط الأنابيب والقنوات على فقدان الحرارة وانخفاض الضغط أثناء نقل السوائل ، مما يؤثر على استهلاك الطاقة للمضخات والمراوح ، والتأثير بشكل غير مباشر على إجمالي شرطي للنظام.
نظام تخزين الطاقة: يمكن لنظام تخزين الطاقة الساخن/البارد الذي تم تكوينه بشكل صحيح أن ينعم تقلبات الطاقة الشمسية ، مما يتيح للمبرد أن يعمل في ظل ظروف أكثر استقرارًا ، وتجنب بدء التشغيل والإغلاق المتكرر ، وبالتالي الحفاظ على شرطي أعلى.
4. استراتيجية التحكم وإدارة العمليات
يمكن أن تقوم أنظمة التحكم الذكية وإدارة التشغيل المعقولة بتحسين أداء النظام.
مطابقة الحمل: ما إذا كان بإمكان النظام ضبط استخدام الطاقة الشمسية بشكل مرن وإخراج سعة التبريد وفقًا للتغيرات في حمل التبريد في الوقت الفعلي ، يعد الحفاظ على شرطي عالي.
إدارة الطاقة: في نظام هجين ، فإن كيفية التبديل بذكاء بين الطاقة الشمسية والطاقة الإضافية (مثل الكهرباء والغاز في المدينة) ، وكيفية تحسين ترتيب استخدام كل مصدر للطاقة ، سيؤثر على شرطي إجمالي النظام.
الصيانة والتنظيف: بانتظام تنظيف سطح جامعي الطاقة الشمسية أو الألواح الكهروضوئية ، والحفاظ على جميع مكونات النظام في حالة تشغيل جيدة ، ومنع التحجيم والانسداد والمشاكل الأخرى ضرورية للحفاظ على شرطي عالي.

كيفية تصميم قدرة تكييف الهواء الشمسية المناسبة وفقًا لظروف أشعة الشمس الإقليمية

يعد تصميم قدرة تكييف الهواء الشمسي مشروعًا معقدًا يتطلب دراسة شاملة لعوامل متعددة تتعلق بظروف أشعة الشمس الإقليمية للتأكد من أن النظام يمكن أن يلبي احتياجات التبريد وزيادة كفاءة استخدام الطاقة الشمسية.
1. تقييم الموارد الشمسية الإقليمية
هذا هو أساس التصميم. مطلوب بيانات موارد شمسية محلية مفصلة وموثوقة.
بيانات الإشعاع الشمسي: احصل على متوسط ​​الإشعاع الشمسي السنوي المحلي ، ومتوسط ​​الإشعاع الشهري ، وبيانات الإشعاع الذروة في مواسم مختلفة. عادة ما يتم التعبير عن هذه البيانات في ساعة كيلووات لكل متر مربع سنويًا (كيلوواط/متر مربع/سنة) أو يوميًا (كيلو واط/مبعد/يوم) ، وتحتاج إلى التمييز بين الإشعاع الكلي والإشعاع المباشر والإشعاع المنتشر.
ساعات أشعة الشمس: فهم ساعات أشعة الشمس الفعالة المحلية ، وخاصة في المواسم ذات الطلب العالي على التبريد.
بيانات الأرصاد الجوية: بما في ذلك درجة الحرارة المحيطة ، والرطوبة ، وسرعة الرياح ، وما إلى ذلك ، ستؤثر هذه البيانات على كفاءة وحمل تبريد جامعي الطاقة الشمسية.
مصدر البيانات: يمكنك الرجوع إلى البيانات التاريخية طويلة الأجل للإدارة الوطنية للأرصاد الجوية ، ومحطات الأرصاد الجوية المهنية ، ومراكز بيانات الطاقة المتجددة (مثل ناسا و NREL).
2. تحديد متطلبات تحميل التبريد
قبل تصميم أي نظام تكييف الهواء ، من الأهمية بمكان حساب حمولة تبريد المبنى بدقة.
خصائص البناء: ضع في اعتبارك اتجاه المبنى ، ومنطقة النافذة ونوعها ، وعزل الجدار والسقف ، ومصادر الحرارة الداخلية (جسم الإنسان ، والأجهزة الكهربائية) ، إلخ.
الاستخدام: يحدد الغرض من المبنى كثافة الإشغال الداخلية ، وتوليد حرارة المعدات وساعات التشغيل.
ظروف التصميم: اضبط درجة حرارة الرطوبة والرطوبة المستهدفة الداخلية ، وكذلك درجة حرارة التصميم الخارجية (عادةً ما تكون درجة الحرارة النموذجية في اليوم الأكثر سخونة في المنطقة).
أداة حساب التحميل: استخدم برامج محاكاة استهلاك الطاقة المهنية (مثل DOE-2 أو EnergyPlus أو TRNSYS) أو طرق حساب الحمل (مثل طريقة فصل الحرارة المعقولة وطريقة فصل الحرارة الكامنة) لحساب سعة التبريد المطلوبة بدقة في الساعة أو اليوم (الوحدة: كيلوواط أو أطنان التبريد).
3. حدد نوع ومنطقة جامع الطاقة الشمسية المناسبة
حدد نوع جامع الأنسب وفقًا لدرجة حرارة مصدر الحرارة المطلوبة وظروف أشعة الشمس المحلية.
كفاءة التجميع: يتمتع جامعو مختلف منحنيات كفاءة مختلفة في درجات حرارة وإشعاع مختلفة. على سبيل المثال ، يكون جامعو أنبوب الفراغ أكثر كفاءة في درجات حرارة منخفضة وظروف إضاءة ضعيفة ، وهي مناسبة لمبردات الامتصاص/الامتزاز التي تتطلب درجات حرارة عالية القيادة. جامعي الألواح المسطحة منخفضة التكلفة ومناسبة لتوفير مصادر حرارة متوسطة ومنخفضة درجات الحرارة.
حساب منطقة التجميع: احسب المساحة الإجمالية للمجمع المطلوب بناءً على الطلب على حرارة القيادة للمبرد ومتوسط ​​الكفاءة الحرارية للمجمع المحدد.
منطقة جامع مطلوبة = (حرارة القيادة المطلوبة للمبرد) / (متوسط ​​الكفاءة الحرارية للمجمع × الإشعاع الشمسي)
عادة ما يتم النظر في عامل أمان معين وخسارة.
اعتبارات التثبيت: تأكد من وجود مساحة كافية للسقف أو الأرض لتركيب المساحة المطلوبة من جامع ، والنظر في التظليل والإمالة والاتجاه لزيادة التقاط الطاقة الشمسية على مدار العام.
4. تطابق سعة التبريد
حدد امتصاص أو امتصاص مبرد يطابق الطلب على تحميل التبريد.
تبرد الشرطي: ضع في اعتبارك شرطي (معامل الأداء) للمبرد ، والذي يمثل نسبة سعة التبريد إلى مدخلات الحرارة المطلوبة. الأنواع والعلامات التجارية المختلفة من المبردات لها رجال شرطة مختلفة ، والتي تتأثر بدرجة حرارة القيادة ، ودرجة حرارة التكثيف ، إلخ.
سعة التبريد المقدرة: حدد مبردًا مع سعة تبريد مصنفة تتطابق مع حمولة ذروة المبنى.
الطلب على محرك الحرارة: استنادًا إلى سعة التبريد المقدرة و COP من المبرد ، يتم استنتاج مدخلات الحرارة المطلوبة ، وهي معلمة رئيسية لحساب منطقة التجميع.
5. النظر في نظام التخزين الحراري
يعد نظام التخزين الحراري ضروريًا لتنعيم الإمداد المتقطع للطاقة الشمسية.
حساب السعة: يجب حساب سعة خزان التخزين الحراري بناءً على سعة التبريد المطلوبة في الليل أو على الأيام الغائمة والسعة الحرارية المحددة لوسط التخزين الحراري.
مبدأ التصميم: يجب أن يكون نظام التخزين الحراري قادرًا على تخزين ما يكفي من الحرارة لدعم تشغيل المبرد خلال الفترات دون أشعة الشمس ، أو لتقليل الاعتماد على الطاقة الإضافية.
6. دمج الطاقة المساعدة والتحكم الذكي
قد لا يتمكن نظام الطاقة الشمسية النقية من تلبية احتياجات التبريد في جميع الظروف ، لذلك هناك حاجة إلى الطاقة الإضافية والتحكم الذكي.
الطاقة الإضافية: اعتمادًا على الظروف الإقليمية لأشعة الشمس ومتطلبات موثوقية النظام ، قد يكون من الضروري دمج غلايات الغاز أو السخانات الكهربائية أو الكهرباء الكهربائية (للضواغط التي تحركها الكهروضوئية) كطاقة تكميلية عندما تكون الطاقة الشمسية غير كافية.
استراتيجية التحكم: تصميم نظام تحكم ذكي لتحسين استخدام الطاقة الشمسية استنادًا إلى معلمات مثل توافر الطاقة الشمسية في الوقت الفعلي ، وتغييرات تحميل التبريد ، وحالة تخزين الحرارة ، وتحديد موعد تدخل الطاقة الإضافية لزيادة موثوقية COP والنظام إلى الحد الأقصى.

DC R410A