اختبار الأداء الحراری للمجمع الشمسی المفرغ والمسطح تحت الظروف المناخیة فی مصر

نوع المستند : Original Article

المؤلف

مدرس الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة – جامعة طنطا - مصر.

المستخلص

تعتبر المجمعات الشمسیة هی الوسیلة المثلی لتحویل الطاقة الشمسیة إلی طاقة حراریة من خلال تسخین الموائع التی تمر خلال المجمعات طبقا لظاهرة البیوت المحمیة والتی تسبب الاحتباس الحراری مؤدیة إلی تسخین الموائع التی تمر بداخلها. وتوجد أنواع عدیدة من المجمعات الشمسیة ومنها : المجمع الشمسی المفرغ والمجمع الشمسی المسطح والمجمع الشمسی المرکز. ونظرا لأن کلا المجمعین الشمسیین المفرغ والمسطح یجمعان أنواع الاشعاع الشمسی الثلاثة (المباشر، المشتت و المنعکس) فیکثر استخدامهم فی التطبیقات الهندسیة المختلفة. لذا کان الهدف من الدراسة مقارنة الأداء الحراری لکلا المجمعین تحت ظروف الشتاء فی مصر وکذلک اختیار أفضلهما فی التطبیقات المختلفة استنادا لتحلیل الأداء الحراری لکل منهما - أجریت الدراسة  بین المجمع الشمسی المفرغ والمجمع الشمسی المسطح اللذان یعملان بالحمل الطبیعی  تحت ظروف فصل الشتاء 2014 ، 2015 م ( دیسمبر ، ینایر، فبرایر، مارس) وذلک فوق سطح کلیة الزراعة – جامعة طنطا. وکانت مساحة کلا من المجمعین المستخدمین 1.5 م2 وحجم الخزان بکل منهما 150 لتر . وقد تم استخدام زاویتی میل وهما  30.5°( مساویة لخط عرض مکان إقامة التجربة)  و 45.3° ( مساویة لمتوسط زاویة المیل المثلی فی أشهر الشتاء ).
وکانت أهم النتائج المتحصل علیها هی :
1- اختلفت قیم الاشعاع الشمسی الساقط علی المجمعین الشمسیین بإختلاف زاویة المیل خلال أشهر الشتاء .
2- کان لزوایا المیل أکبر الأثر علی الأداء الحراری للمجمعات الشمسیة خلال التجربة خاصة : الطاقة الشمسیة الممتصة ، الطاقة الشمسیة المکتسبة والتی یستفاد بها للتخزین، الکفاءة الحراریة الکلیة، الطاقة الشمسیة المخزنة . وخلال فترة التجربة أعطت الزاویة 45.3° کزاویة میل افضل نتائج فی الأداء الحراری للمجمعات الشمسیة مقارنة بزاویة المیل 30.5° خلال کل أشهر التجربة.
3- المتوسط الیومی للکفاءة الحراریة لکلا المجمعین الشمسیین (المفرغ والمسطح) أثناء فترة التسخین کانت 62.53 % و 72.76 % - علی التوالی – عند استخدام زاویة میل °45.3 لکلا المجمعین.
4- التحلیل الحراری للمجمع الشمسی المفرغ أظهر أن استخدام مثل هذا النوع فی النظم الشمسیة لتسخین الماء هو أکثر معولیة وأفضل اقتصادیا إذا ما قورن بالمجمع الشمسی المسطح وذلک إذا ما استخدم فی معظم تطبیقات الطاقة الشمسیة فی مختلف المجالات الزراعیة .

Abdellatif, S.; N. Elashmawy and A. Kassem (2009) "Optimum tilt angle and orientation for a flat plate solar water heater under Egyptian conditions" AMA Journal, 40(3): 73-77
Ayompe, L.M.; A. Duffy; M.  McKeever;  M. Conlon and S. J.  McCormack (2011) "Comparative field performance study of flat plate and heat pipe evacuated tube collectors (ETCs) for domestic water heating systems in a temperate climate". Energy, 36: 3370-3378.
Budiharjo, I. G and G. L. Morrison (2009) "Performance of water – in-glass evacuated tube solar water haters" Solar Energy, 83:49-56
Dabra, V.; L. Yadav and A. Yadav (2013) "The effect of tilt angle on the performance of evacuated tube solar air collector: experimental analysis. Internacional Journal of Engineering, Science and Technology, 5(4): 100-110
Duffie, J. A and W. Beckman (2006) "Solar engineering of thermal processes" J. Wiely and Sons
Gunerhan, H. and A. Hepbasli (2007) "Exergetic modeling and performance evaluation of solar water heating systems for building applications" Energy and Buildings, 39(5): 509-516
Hayek, M.; J. Assaf and W. Lteif (2011) "Experimental investigation of the performance of evacuated tube solar collectors under Eastern Mediterranean climatic conditions"  Energy Procedia, 6: 618 - 626
Kalogirous, S. A. (2003) "The potential od solar industrial process heat. Applications" Applied Energy, 76: 337-361.
Kalogirou, S. A. (2004) "Environmental benefits of domestic solar energy systems" Energy Conversion and Management, 45 (18-19): 3075 – 309
Kasaeian, A.; A. Mohammad Karim and A. Kaabinejadian (2014) "Performance investigation of solar evacuated tube collector using TRNSYS in Tehran" International Journal of Renewable Energy Research, 4(2): 497-503
Ogueke. N. V.; E. Anyanwu and O. V. Ekechukwu (2009) "A review of solar water heating systems"  Journal of Renewable and sustainable Energy, 1, 043016
Ogie, N. A.; I. Oghogho and J. Jesumirewhe (2013) "Design and constructing of a solar water heater based on thermosyphon principle" Journal of Fundamentals of Renewable Energy and Applications 3: Article ID 235592, 8 pages.
Pluta, Z. (2011) "Evacuated tubular or classical flat plate solar collector?. Journal of Power Technologies, 91(3): 158-160.
Selvakumar, P.; and P. Somasundaram (2012) "Effect of inclination angle on temperature characteristics of water-in-glass evacuated tubes of domestic solar water heater" International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEII), 1(4):78-81.
Tang, R.; Y. Yang; and W. Goo (2011) "Comparative studies on thermal performance of water-in-glass evacuated tube solar water heaters with different collector tilt- angles" Solar Energy, 85: 1381-1385
Xiaoww, W and H. Ben (2005) "Exergy analysis of domestic- scale solar water heaters" Renewable and Sustainable Energy Reviews, 9 (6): 638-645