ما نطاقات سعة التبريد التي تغطيها مكيفات الهواء الشمسية من ديمكس؟

مدى سعة تبريد مكيفات التكييف الشمسية من ديمكس: من الاستخدام السكني إلى الأنظمة التجارية الوحدوية

النماذج القياسية السكنية: ٩٠٠٠–٢٤٠٠٠ وحدة حرارة بريطانية/ساعة (٠٫٧٥–٢ طن)

تتوفر وحدات تكييف الهواء التي تعمل بالطاقة الشمسية من شركة Demax بسعات تتراوح بين ٩٠٠٠ و٢٤٠٠٠ وحدة حرارية بريطانية في الساعة (ما يعادل تقريبًا ٠٫٧٥ إلى ٢ طن). وهي مثالية لتبريد الغرف الفردية في المباني السكنية، وتتميّز بكفاءة أعلى بكثير مقارنةً بالوحدات التقليدية، لأنها تُولِّد طاقتها بنفسها باستخدام الألواح الشمسية المدمجة فيها، مما يقلل الطلب المفاجئ على شبكة الكهرباء العامة. ويمكنها التشغيل بكفاءة في غرف تصل مساحتها إلى ١٢٠٠ قدم مربع. أما الوحدات الأصغر (من ٩٠٠٠ إلى ١٢٠٠٠ وحدة حرارية بريطانية في الساعة) فهي مناسبة لغرف النوم، بينما تُعدّ الوحدات الأكبر (٢٤٠٠٠ وحدة حرارية بريطانية في الساعة) مثالية لتبريد المساحات الأوسع مثل غرف المعيشة. وبشكلٍ ملحوظ، أظهرت الاختبارات الميدانية أن وحدات التكييف الشمسية قادرة على الحفاظ على نحو ٨٥٪ من سعتها التبريدية حتى في أوقات شدة الإشعاع الشمسي القصوى. ويتحقق ذلك دون الحاجة إلى أي نظام تخزين طاقة خارجي بالبطاريات. وهذه خاصية فريدة تميّز وحدات التكييف الشمسية عن وحدات التكييف التقليدية التي تتطلب مصدر طاقة خارجي إذا لم تكن البطارية المخزِّنة للطاقة متاحة.

وحدات ذات درجة جودة تجارية: من ٣٦٠٠٠ إلى ٦٠٠٠٠ وحدة حرارية بريطانية في الساعة (من ٣ إلى ٥ أطنان) مع دعم هجين من الألواح الكهروضوئية والبطاريات

يمكن للمناطق التجارية والمكاتب التي تتطلب تبريدًا بمعدل يتراوح بين ٣٦٠٠٠ و٦٠٠٠٠ وحدة حرارية بريطانية في الساعة استخدام هذا النظام ذي السعة من ٣ إلى ٥ أطنان، الذي يعتمد على تصميم مبتكر يدمج الألواح الشمسية مع بطاريات الليثيوم أيون. ويمكن تشغيله لأكثر من ١٨ ساعة يوميًّا حتى مع تقلبات ضوء الشمس بنسبة تصل إلى ٣٠٪، عندما لا تكون الطاقة الشمسية متاحة بسبب الغيوم. وسيستخدم الطاقة المخزَّنة فيه للحفاظ على درجة حرارة المساحات التي تتراوح مساحتها بين ٢٥٠٠ و٥٠٠٠ قدم مربع. وستقلل هذه البطاريات المدعومة بالطاقة الشمسية رسوم الطلب الذروي بنسبة تزيد على ٤٠٪ مقارنةً بأنظمة التوصيل التقليدية بالشبكة الكهربائية.

تقنية الأنظمة المتعددة المدمجة: تصل إلى ١٢٠٠٠٠ وحدة حرارية بريطانية/ساعة (١٠ أطنان) بتقنية الانفرتر المتوازي

يمكن لمالكي المستودعات والمصانع استخدام تقنية العاكس المتوازي لتوصيل عدة أنظمة سعة ٥ أطنان حتى إجمالي ١٢٠٠٠٠ وحدة حرارية بريطانية/ساعة (١٠ أطنان)، باستثناء الحاجة إلى قنوات تهوية محدودة جدًّا تمتد عبر المبنى. وباستخدام هذه التقنية، يمكن تركيب هذه الأنظمة تدريجيًّا في مختلف أنحاء الموقع مع نمو النشاط التجاري أو ازدياد الطلب. وتزود هذه الأنظمة بتقنية تحكُّم ذكية تضمن توزيع عبء العمل بالتساوي بين العواكس لمنع حدوث الحمل الزائد. وهذا بدوره يقلل أكثر من تكلفة تشغيل النظام. وحتى عند درجات حرارة الجو الخارجي التي تتجاوز ٤٦°م (١١٥°ف)، لا تزال معظم الموديلات قادرة على توفير ما لا يقل عن ٩٠٪ من سعة التبريد المصمَّمة لها. وأظهرت أبحاث أُجريت في مختبر الطاقة المتجددة الوطني (NREL) أن هذه الوحدات تتفوق أثناء ظروف الحرارة القصوى على وحدات التبريد القياسية المركَّبة على الأسطح المنافسة بنسبة ٢٢٪. وتشكِّل هذه الوحدات خيارًا ممتازًا لتبريد المنشآت في المناطق الأكثر دفئًا.

كيفية تحديد حجم مكيِّف الهواء الشمسي وفقًا لظروف الحمل الفعلية

ما وراء القاعدة التقريبية: حسابات الأحمال المتوافقة مع معايير ASHRAE لتحديد سعة مكيف الهواء الشمسي المستقل عن الشبكة

تواجه أنظمة تكييف الهواء المدعومة بالطاقة الشمسية تحدياتٍ في تحديد الأحجام المناسبة لها، وهي تحدياتٌ لم تعد قابلةً للحل باستخدام القواعد التقريبية البسيطة بعد الآن. وقد أجرى مهندسو التدفئة والتبريد التابعون لجمعية مهندسي التكييف والتدفئة وتكييف الهواء (ASHRAE) تحليلاتٍ دقيقةً لكَمِّ الحرارة التي تنتقل عبر الجدران والسقف والأرضيات، وعدد الأشخاص الموجودين في المساحة، والتكنولوجيا التي سيستخدمونها. أما في الأنظمة المستقلة عن الشبكة الكهربائية، فإن وحدات تكييف الهواء تشهد قفزاتٍ في استهلاك الطاقة أثناء موجات الحرارة الشديدة، ما يزيد من الحاجة إلى تحديد وحدات الحرارة البريطانية (BTUs) المطلوبة لكل ساعة. فإذا كانت وحدة تكييف الهواء صغيرةً جدًّا، فستواجه صعوبةً في الحفاظ على درجة حرارة باردة خلال الارتفاعات المفاجئة في درجات الحرارة الخارجية. ومع ذلك، فإن وحدة تكييف الهواء الكبيرة جدًّا ستُفرغ البطاريات بشكل أسرع مما هو متوقع، كما ستؤدي إلى تسريع عملية تآكل المكونات أيضًا. ويمكن الوثوق بمحترفي أنظمة التكييف والتدفئة والتبريد الشمسية المؤهلين في معرفة هذه المواد، إذ تأتي هذه المعرفة من تدريبهم وخبرتهم العملية. فهم يفهمون أنماط الطقس المحلية، وليس فقط مساحة المساحة بالمتر المربع، ويستطيعون تحقيق استقرار في درجة حرارة الهواء عند مستويات مريحة (بين ١٨ و٢٢ درجة مئوية) حتى عندما تصل درجات الحرارة الخارجية إلى ٤٥ درجة مئوية. وعندما لا يتزامن ذروة الطلب على التبريد مع الساعات التي تولِّد فيها المصفوفة الشمسية طاقتها، فمن المرجح أن يعمل المولِّد الاحتياطي بمعدل غير متناسب مع ساعات الذروة في الطلب. وتشكِّل درجة حرارة الهواء الخارجي عاملًا مهمًّا جدًّا في عمليات التبريد، وكذلك في المدة التشغيلية القصوى لوحدة تكييف الهواء. وقد أثبتت الدراسات البحثية أنه في حالات عدم التطابق بين الطلب على الطاقة والتوليد، قد تزداد نسبة الاعتماد على المولِّد الاحتياطي بنسبة تصل إلى ٣٧٪.

تأثير اتجاه السقف، والإشعاع الشمسي المحلي، وسعة البطارية الاحتياطية على سعة التبريد المقدمة

العوامل البيئية التي تؤثر في أداء نظام تكييف الهواء الشمسي تُعد واحدةً من أكثر العوامل تحديدًا. وفي معظم مناطق البلاد، تستقبل الأسطح المواجهة للجنوب حوالي ١٥ إلى ٢٥٪ من أشعة الشمس أكثر مما تستقبله الأسطح المواجهة للشرق أو الغرب. كما تساعد الخرائط الشمسية المحلية في توضيح هذه الحقيقة أيضًا. فعلى سبيل المثال، يمكن لمصمِّم النظام في فينيكس أن يستخدم لوحات شمسية أقل بنسبة ٣٠٪ مقارنةً بمصمِّم مكافئ في سياتل، لأن فينيكس تتلقى كميةً أكبر بكثير من أشعة الشمس مقارنةً بسياتل. وخلال الفترات الغائمة، تساعد البطاريات في الحفاظ على أداء النظام وتوفير طاقة كافية لضمان التبريد لمدة يومين. أما الظلال الناتجة عن النباتات المجاورة لموقع التركيب أو عناصر المبنى مثل المداخن، فهي تقلل من أداء النظام، بل وقد تخفض أداؤه في بعض الحالات بنسبة تصل إلى ٢٠٪ (المختبر الوطني للطاقة المتجددة NREL). وتقدِّم بيانات الطقس فكرة عامةً عن الأداء الذي سيحققه النظام. فأنظمة المناطق الساحلية مثل ميامي تتطلب أنظمة تركيب خاصة لتحمل رياح الأعاصير، بينما يجب أن تراعي الأنظمة المُركَّبة في مواقع مرتفعة مثل دنفر ازدياد الارتفاع، الذي يؤثر بدوره على أداء مادة التبريد. ويوصي معظم الخبراء باستخدام أنظمة محولات هجينة ذات قدرة زائدة بنسبة ٣٠٪ للسماح بزيادة عدد الألواح في المستقبل.

مقارنة أداء التبريد: المعمارية الكهروضوئية مقابل المعمارية الحرارية الشمسية في مكيفات الهواء الشمسية

مكيفات الهواء الشمسية العاملة بالطاقة الكهروضوئية مع محول تردد: الحفاظ على ٨٢–٩٤٪ من السعة تحت الظل الجزئي (مختبر الطاقة المتجددة الوطني، ٢٠٢٣)

وفقًا للبيانات التي قدّمها مختبر الطاقة المتجددة الوطني (NREL) في عام ٢٠٢٣، يمكن لمكيفات الهواء الشمسية العاملة بالطاقة الكهروضوئية أن توفر ٨٢–٩٤٪ من قدرتها التبريدية حتى في الظل. فما الذي يمكّن هذه التكنولوجيا من توفير القدرة التبريدية في الظل؟ تعتمد الأنظمة على تقنية تُسمى «التحكم في ضاغط المحول»، والتي تتيح للضاغط التشغيل بسرعات مختلفة وفقًا لكمية الطاقة الشمسية المتاحة. أما في حالة مبردات الامتصاص الحرارية الشمسية، فإن الأمر يختلف تمامًا؛ إذ تتعرض هذه الأنظمة لفقدان يتراوح بين ٤٠٪ و٦٠٪ من قدرتها التبريدية عند وجود ظل، نظرًا لأن الطاقة الحرارية يجب أن تبقى عند مستوى ثابت لتمكين التشغيل. وهناك طائفة واسعة من الاختلافات بين النظامين، بل إن بعض هذه الاختلافات جوهرية.

معيار الأداء للأنظمة المُدارة بالطاقة الكهروضوئية والأنظمة الحرارية الشمسية

التحمل الجزئي للتظليل: الاحتفاظ بنسبة ٨٢–٩٤٪، والاحتفاظ بنسبة ٤٠–٦٠٪

متطلبات طاقة التشغيل: منخفضة (بتقنية العاكس المباشر)، مرتفعة (بسبب القصور الذاتي للكتلة الحرارية)

الحساسية تجاه درجة الحرارة: ضئيلة (< ٥٪ تباين)، كبيرة (> ٢٥٪ تباين)

يُعزى ارتفاع كفاءة العواكس الدقيقة في الأنظمة الكهروضوئية إلى قدرتها على إدارة أجزاء اللوح المشمسة التي تتعرض للتظليل، بينما تتعرض الأنظمة الحرارية لخسائر ناجمة عن انخفاض درجة حرارة المجمع، ما يؤدي إلى خسائر متراكمة في الكفاءة. ولهذا السبب بالذات تُفضَّل الأنظمة الكهروضوئية أكثر في المناطق التي تكون فيها الطاقة الشمسية غير مستقرة.

الأسئلة الشائعة

ما هي سعات التبريد القياسية لمكيفات الهواء الشمسية المستخدمة في المنازل؟

تتراوح سعة التبريد لمكيفات الهواء الشمسية المستخدمة في المنازل عادةً بين ٩٠٠٠ و٢٤٠٠٠ وحدة حرارية بريطانية في الساعة، وهي ما يعادل تقريبًا سعة تبريد تتراوح بين ٠٫٧٥ و٢ طن.

ما السعات التبريدية التي يمكن أن تحققها مكيفات الهواء الشمسية التجارية؟

عادةً ما تمتلك مكيفات الهواء الشمسية التجارية سعة أكبر تتراوح بين ٣٦٠٠٠ و٦٠٠٠٠ وحدة حرارية بريطانية في الساعة، وهي مدمجة مع أنظمة هجينة كهروضوئية-بطاريات، مما يسمح لها بالعمل حتى في حال انقطاع أشعة الشمس.

ما العوامل البيئية الرئيسية التي تؤثر على الكفاءة التشغيلية لمكيفات الهواء الشمسية؟

توجد العديد من العوامل التي قد تؤثر على الكفاءة التشغيلية وأداء التبريد، ومنها موضع السطح، وسعة البطارية، والظل، والإشعاع الشمسي المحلي، والظلال الناتجة عن الأشجار والمداخن.

أيُّ النظامين — المُشغل بالطاقة الكهروضوئية أو المُشغل بالطاقة الحرارية الشمسية — يؤدي أداءً أفضل؟

تتفوق الأنظمة المُشغلة بالطاقة الكهروضوئية بشكلٍ ملحوظ عند التظليل الجزئي، إذ تحافظ على ٨٢–٩٤٪ من سعة التبريد، بينما لا تستطيع الأنظمة الحرارية الشمسية الحفاظ سوى على ٤٠–٦٠٪ من السعة. كما أن الأنظمة الكهروضوئية تواجه قيودًا أقل فيما يتعلق باحتياجات الطاقة اللازمة لتشغيل النظام، ولها حساسية حرارية أقل بكثير مقارنةً بالأنظمة الحرارية.