مجمع شمسي حراري
أنواع المجمعات الشمسية المستخدمة لتجميع الحرارة > مقارنات ما بين مجمعات الألواح المسطحة ومجمعات الأنابيب المفرغة

هناك جدال موجود منذ وقت طويل ما بين أنصار هاتان التقنيتان. يمكن أن يكون بعضه له صلة بالتركيب أو البنية المادية لمجمعات الأنابيب المفرغة والتي لها منطقة امتصاص متقطعة. طائفة من الأنابيب المفرغة على سطح تحتوي على مساحة مفتوحة بين أنابيب التجميع، وفراغ بين الأنبوبتين الزجاجيتين متحدتا المركز لكل مجمع.
وحدة المساحة لسقف ما له فقط جزء صغير مغطى بأنابيب التجميع. وإذا تم مقارنة الأنابيب المفرغة بمجمعات الألواح المسطحة على أساس مساحة السطح المحتل أو المشغول، فإنه يمكن الوصول إلى استنتاج مختلف عما إذا تم مقارنة مساحات لوح الامتصاص. وبالإضافة لذلك، فإن الطريقة التي تحدد معيار ISO (9806)  تحدد الطريقة التي ينبغي استخدامها لقياس مدى كفاءة مجمعات الطاقة الشمسية الحرارية والتي تعد غير واضحة، حيث يمكن قياسها إما من حيث المساحة الإجمالية أو من حيث مساحة الامتصاص. ولسوء الحظ، محصلة الطاقة الناتجة لا تعطى للمجمعات الحرارية كما هو الحال في لوحات (PV) «الكهروضوئية». هذا يجعل من الصعب على المشترين والمهندسين اتخاذ قرارات مدروسة.
| 0 | 1 |
| --- | --- |
 :  
مقارنة ما بين ناتج الطاقة (كيلو وات. ساعة/ يوم) لمجمع الألواح المسطحة (الخطوط الزرقاء، الديناميكا الحرارية S42- P ، مساحة سطح الامتصاص 2.8 متر مربع) ومجمع الأنابيب المفرغة (الخطوط الخضراء، EVT 20= sun maxx ، مساحة سطح الامتصاص 3.1 متر مربع). تم الحصول على البيانات من وثائق شهادات SRCC على شبكة الإنترنت . Ta- Tm= الفرق في درجة الحرارة بين الماء في المجمع ودرجة الحرارة المحيطة. Q= سطوع الشمس خلال القياسات. أولاً، كلما زادت قيمة Ta- Tm ، يفقد مجمع الألواح المسطحة الكفاءة بسرعة أكبر من مجمع الأنابيب المفرغة. وهذا يعني أن مجمع الألواح المسطحة يكون أقل كفاءة في إنتاج المياه الأعلى بمقدار 25 درجة مئوية عن البيئة المحيطة (أي: إلى يمين العلامات الحمراء في الرسم البياني) . ثانياً، حتى ولو كان ناتج الطاقة لكلا المجمعان تراجع بقوة في ظل ظروف الحرارة الغائمة (سطوع الشمس المنخفض)، فإن مجمع الأنابيب المفرغة ينتج الطاقة بصورة أكبر في وجود الغيوم عنه في حالة مجمع الألواح المسطحة. وعلى الرغم من أن الكثير من العوامل تعيق الاستقراء أو الاستنتاج من كلا المجمعان لإثنان من التقنيات المختلفة، إلا أنه أعلاه، العلاقات الأساسية ما بين كفاءتيهما تظل سارية. .: تجربة ميدانية  توضح الاختلافات التي نوقشت في الشكل الموجود على اليسار. تم تركيب مجمع ألواح مسطحة ومجمع أنابيب مفرغة من نفس الحجم متجاورين على السطح، كلا منهم مزود بمضخة ووحدة تحكم وصهريج للتخزين. تم تسجيل عدة متغيرات خلال يوم فيه مطر متقطع وغيوم. الخط الأخضر= الإشعاع الشمسي. السطر العلوي العنابي يدل على درجة حرارة مجمع الأنابيب المفرغة والذي يكون فيه دوران المضخة أبطأ بكثير حتى أنه توقف لمدة 30 دقيقة خلال الفترات الباردة من اليوم (انخفاض الإشعاع)، مما يدل على بطء معدل جمع الحرارة. هبطت درجة حرارة مجمع الألواح المسطحة بشكل ملحوظ خلال اليوم (أسفل الخط القرمزي)، ولكنها بدأت في الدوران مرة أخرى في وقت لاحق من نفس اليوم عندما زاد الإشعاع. وقد زادت درجة الحرارة في صهريج تخزين المياه لنظام الأنابيب المفرغة (الرسم البياني الأزرق الداكن) بمقدار 8 درجات أثناء اليوم في حين أن درجة الحرارة في حالة نظام الألواح المسطحة (الرسم البياني الأزرق الفاتح) فقط ظلت ثابتة. Courtesy ITS-solar. 
عادة ما تفقد مجمعات الألواح المسطحة المزيد من الحرارة إلى البيئة أكثر من الأنابيب المفرغة، وتزداد هذه الخسارة مع فرق درجة الحرارة. إنها ليست مناسبة لتطبيقات درجة الحرارة المرتفعة مثل عملية إنتاج البخار. مجمعات الأنابيب المفرغة لديها مساحة لوح امتصاص أقل بالنسبة للمساحة الكلية (عادة من 60- 80 % من المساحة الإجمالية) مقارنة بالألواح المسطحة. (في التصاميم الأولية، شغلت مساحة لوح الامتصاص فقط حوالي 50 % من لوح المجمع. ولكن هذا قد تغير حيث أن هذه التقنية قد تقدمت من أجل زيادة منطقة الامتصاص). واستنادا إلى مساحة لوح الامتصاص، فإن معظم نظم الأنابيب المفرغة تكون أكثر كفاءة وفعالية للمتر المربع من أنظمة الألواح المسطحة المكافئة. وهذا ما يجعلها مناسبة عندما تكون مساحة السطح محدودة، على سبيل المثال، عندما يكون عدد قاطني مبنى ما أكثر من عدد الأمتار المربعة لمساحة سطح متاحة ومناسبة. وبشكل عام، لكل متر مربع قائم، تقدم الأنابيب المفرغة المزيد من الطاقة بشكل طفيف عندما تكون درجة الحرارة المحيطة منخفضة (على سبيل المثال: أثناء فصل الشتاء) أو عندما تكون السماء ملبدة لفترة طويلة. ولكن حتى في المناطق الخالية من الكثير من أشعة الشمس والحرارة الشمسية، فإن بعض مجمعات الألواح المسطحة منخفضة التكاليف قد تكون أكثر فعالية من ناحية التكلفة مقارنة بمجمعات الأنابيب المفرغة. وعلى الرغم من أن العديد من الشركات الأوروبية تصنع مجمعات الأنابيب المفرغة، إلا أنه يهيمن على سوق الأنابيب المفرغة مصنعين من الشرق. والعديد من الشركات الصينية لديها سجلات مسار ملائمة طويلة مدتها من (15- 30) سنة. ولا يوجد دليل واضح على أن هاتان التقنيتان للمجمعات (الألواح المسطحة والأنابيب المفرغة) تختلف الموثوقية فيها على المدى الطويل. ومع ذلك، فإن تقنية الأنابيب المفرغة هي الأحدث و (خاصة الأنواع الجديدة ذات الأنابيب الحرارية محكمة الغلق) لا تزال بحاجة إلى إثبات فترات العمر المكافئة للجهاز مقارنة بالألواح المسطحة. ويمكن لنمطية الأنابيب المفرغة أن تكون مفيدة فيما يخص الاستمرارية والصيانة، على سبيل المثال، إذا تقلص الفراغ الموجود بداخل إحدى الأنابيب المعنية.
لمساحة امتصاص معينة، يمكن للأنابيب المفرغة أن تحافظ بالتالي على كفائتها على نطاق واسع من درجات الحرارة المحيطة ومتطلبات التدفئة. وفي معظم الأحوال الجوية، سوف تكون مجمعات الألواح المسطحة بشكل عام حلا أكثر فعالية من حيث التكلفة مقارنة بالأنابيب المفرغة.
وعندما تعمل على هيئة مصفوفات، وعند اعتبارها بدلا من ذلك على أساس المتر المربع الواحد، فإن مجمعات الأنابيب المفرغة الفعالة ولكن مكلفة قد يكون لها فائدة إجمالية في الشتاء كما أنها تعطي أيضا ميزة حقيقية في أشهر الصيف. مما يجعلها مناسبة أكثر لدرجات الحرارة المحيطة الباردة وتعمل بشكل جيد في حالات انخفاض أشعة الشمس باستمرار، موفرة للحرارة بصورة أكثر انتظاما من مجمعات الألواح المسطحة لكل متر مربع. وعلى الجانب الآخر، فإن تسخين المياه بواسطة وسيلة لكمية قليلة (أي: Ta- Tm) يمكن تأديته بشكل أكثر كفاءة باستخدام مجمعات الألواح المسطحة. وفي كثير من الأحيان، يقع الماء الساخن المنزلي ضمن هذه الفئة. المجمعات المسطحة المطلية أو غير المطلية هي الأجهزة المفضلة لتسخين مياه حمامات السباحة. وقد تكون المجمعات الغير مطلية مناسبة في البيئات الاستوائية أو شبه الاستوائية إذا كان هناك حاجة لتسخين المياه الساخنة المنزلية لأقل من (20) درجة مئوية. ويمكن لخريطة كنتورية أن تبين أي نوع هو الأكثر فعالية (لكلا من الكفاءة الحرارية وتكاليف إنتاج الطاقة) وذلك لأي منطقة جغرافية. إلى جانب الكفاءة، هناك اختلافات أخرى. يعمل (EHPTs) كصمام حراري ذو اتجاه واحد بسبب الأنابيب الحرارية. وهذا ما يعطيها أيضا درجة حرارة تشغيل قصوى كامنة أو متأصلة وهذا ما قد يعتبر خاصية للسلامة. ولديها سحب هوائي ديناميكي أقل، مما قد يسمح لها بأن توضع على السطح دون أن تكون مربوطة لأسفل. ويمكنها أن تجمع الإشعاع الحراري من الأسفل بالإضافة إلى الأعلى. ويمكن استبدال الأنابيب بشكل فردي دون إيقاف النظام بأكمله. ولا يوجد هناك تكثيف أو تآكل داخل الأنابيب. ويتمثل أحد عقبات توسيع نطاق اعتماد مجمعات الأنابيب المفرغة في بعض الأسواق في عدم قدرتها على اجتياز اختبارات الصدمة الحرارية الداخلية حيث أن الأيزو (2- 9806) القسم (9) من الفئة (ب) هو شرط للحصول على شهادة المتانة. وهذا يعني أنه إذا تعرضت مجمعات الأنابيب المفرغة للشمس الكاملة لفترة طويلة جدا قبل أن يتم ملأها بالماء البارد، فإن الأنابيب قد تتحطم بسبب التحول السريع في درجة الحرارة. وهناك أيضا مسألة تسرب الفراغ على مدى عمر الاستخدام. الألواح المسطحة قد أمكن استخدامها لمدة أطول، كما أنها أقل تكلفة. وقد تكون أسهل في التنظيف. والخصائص الأخرى، مثل المظهر وسهولة التركيب هي الأكثر موضوعية.