تحسين توفير الطاقة في نظام التحكم في الحلقة المغلقة لأنبوب التسخين الشمسي -المزدوج الحراري
يعد توفير الطاقة وتقليل الاستهلاك من المزايا الأساسية لأنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية، ولكن العديد من المشروعات المثبتة تفشل في تحقيق التأثيرات المتوقعة لتوفير الطاقة-. تُظهر المراقبة على المدى الطويل- أن منطق التحكم في درجة حرارة الحلقة-المغلقة بشكل غير معقول الناتج عن نقص دقة المزدوجات الحرارية هو السبب الرئيسي للاستهلاك الزائد للطاقة. يمكن لمطابقة المزدوجات الحرارية عالية الدقة-أن تزيد من إمكانية توفير الطاقة-لأنابيب التدفئة المساعدة بالطاقة الشمسية.
تحتوي المزدوجات الحرارية التقليدية ذات الدقة المنخفضة- على أخطاء كبيرة في التحكم في درجة الحرارة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة النظام وظواهر التسخين المتكررة. عندما تصل درجة حرارة الماء إلى القيمة المحددة، فإن ردود الفعل المتأخرة للإشارة تجعل أنابيب التسخين تستمر في العمل، مما يولد استهلاك طاقة غير صالح. يؤدي الحكم غير الدقيق على درجة الحرارة المنخفضة- إلى التشغيل المبكر لأنابيب التسخين، مما يتسبب في تسخين إضافي غير ضروري في ظروف ضوء الشمس الضعيف.
تشكل المزدوجات الحرارية المخصصة للطاقة الشمسية عالية الدقة-نظام تحكم دقيق في الحلقة-مع أنابيب التسخين. تعمل التغذية المرتدة الدقيقة لإشارة درجة الحرارة في الوقت الفعلي- على تحقيق ضبط ديناميكي للطاقة والتحكم الدقيق في التشغيل- وإيقاف التشغيل، مما يؤدي إلى تجنب وصلات التسخين غير الصالحة تمامًا. يستفيد النظام بشكل كامل من التسخين الطبيعي بالطاقة الشمسية ولا يبدأ التسخين الإضافي إلا عند الضرورة، مما يقلل من استهلاك الطاقة الكهربائية.
وفقًا لبيانات مقارنة استهلاك الطاقة في المشروع، يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية المجهزة بحلقة-مزدوجة حرارية مغلقة-عالية الدقة أن تقلل من استهلاك طاقة التدفئة الإضافية بنسبة 19%-25% على مدار العام. بالنسبة لمشاريع تسخين المياه بالطاقة الشمسية التجارية المتوسطة والكبيرة، تكون فائدة توفير الطاقة السنوية كبيرة للغاية، كما يتم تقليل تكلفة تشغيل النظام إلى حد كبير.
تتمتع قوى أنابيب التسخين المختلفة بمساحات مختلفة لتحسين توفير الطاقة. تتمتع-أنابيب التدفئة المنزلية منخفضة الطاقة بتأثيرات توفير طاقة ثابتة-بعد المطابقة الدقيقة، في حين تتمتع أنابيب التدفئة التجارية عالية الطاقة-بهوامش توفير طاقة أكبر-بسبب ارتفاع استهلاك طاقة التدفئة الفردية.
يوضح الجدول التالي أداء توفير الطاقة-لأنظمة التحكم في الحلقة المغلقة- ذات التكوينات المختلفة:
|
وضع تكوين النظام |
استهلاك الطاقة الإضافية السنوي (كيلوواط ساعة) |
خطأ في التحكم في درجة الحرارة |
نسبة التسخين غير صالحة |
معدل توفير الطاقة الشامل- |
|---|---|---|---|---|
|
-مزدوجة حرارية عالية الدقة + أنبوب تسخين نحاسي |
2160 |
± 0.5 درجة |
3.2% |
25.1% |
|
-مزدوجة حرارية عالية الدقة + أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ |
2280 |
±0.6 درجة |
4.5% |
21.3% |
|
الحرارية العادية + أنبوب التدفئة النحاس |
2885 |
±1.9 درجة |
12.8% |
6.2% |
|
الحرارية العادية + أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ |
2950 |
± 2.1 درجة |
14.3% |
المعيار |
لا يعتمد تحسين نظام الحلقة المغلقة- على تقليل الطاقة وتحديد المعلمات، ولكنه يحقق توفير الطاقة من خلال التحكم الدقيق في درجة الحرارة، وهو ما لن يؤثر على جودة إمداد الماء الساخن. على أساس ضمان درجة حرارة المياه المستقرة، يتم تقليل استهلاك الطاقة غير الصالحة إلى الحد الأدنى، ويتم تحسين كفاءة الاستخدام الشامل للطاقة الشمسية والطاقة الكهربائية المساعدة.
يمكن أن تؤدي المعايرة المنتظمة للمزدوجات الحرارية وتصحيح أخطاء معلمات الحلقة-المغلقة إلى الحفاظ على تأثيرات توفير الطاقة-المستقرة على المدى الطويل. مع تمديد وقت تشغيل النظام، يجب تصحيح انحراف الاستشعار الطفيف بانتظام لتجنب ضعف أداء توفير الطاقة-.
يمكن صياغة مخططات تحسين توفير الطاقة -الاحترافية وفقًا لمقياس النظام ومعلمات طاقة التدفئة لتحقيق أقصى قدر من الفوائد الاقتصادية لأنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية.
