تخزين حرارة الشمس في الصيف لاستخدامها في الشتاء

هل يمكن فعلاً تخزين حرارة الشمس في فصل الصيف واستخدامها خلال فصل الشتاء؟ هذا السؤال يثير العديد من التساؤلات. حقيقةً، هناك العديد من التقنيات التي تستخدم لتخزين حرارة الشمس واستفادتها في فصل الشتاء. على سبيل المثال، يمكن استخدام الأنظمة الشمسية لتسخين المياه وتخزينها في خزانات حرارية، ومن ثم استخدام هذه الحرارة المخزنة لتدفئة المنزل في فصل الشتاء. هناك أيضًا تقنيات أخرى مثل نظم التخزين الحراري المتقدمة ونظم التخزين الحراري المتغيرة، والتي تهدف جميعها إلى تحقيق احتفاظ فعال بالطاقة الشمسية. ومع تطور التقنيات والبحث المستمر في هذا المجال، فمن الممكن أن نشهد في المستقبل المزيد من التقنيات التي تسمح بتخزين حرارة الشمس في الصيف واستخدامها في الشتاء.

تتميز بلادنا العربية بسطوع شمسي فائق على مدار العام، لسنوات عديدة، كان النفط والفحم هما المصادر التقليدية لإنتاج الطاقة في المنطقة، حيث يتركز 96% من احتياطاتها في منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا، وتحديدًا في المملكة العربية السعودية وإيران والعراق والإمارات العربية المتحدة وليبيا.

ومع ذلك ، فإن المغرب ومصر والأردن ولبنان واليمن وباقي دول المنطقة لديها أيضاً فرص مستقبلية كبيرة لحصاد الطاقة الشمسية في العالم . في المستقبل القريب، من المرجح أن يؤدي تبني استخدام الطاقة المتجددة في المنطقة، وخاصة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، إلى أن جعل الاقتصادات التي ستعتمد عليها رائدة في مجال الطاقة المتجددة.

طاقة مهدرة

ولعل أحد أهم مصادر الطاقة المهدرة التي قل ما يُلتفت إليها هي الطاقة الحرارية والسبب في هذا أنها موسمية تخضع لظروف ومتغيرات الطقس الذي تتغير حالته على مدار العام، لذا فإن التحدي الأكبر هو أن ننجح في تخزين حرارة الصيف لاستخدامها في الشتاء، إذا تمكننا من هذا فسيشكل هذا ثورة في مجال الطاقة المتجددة في المنطقة وسيخفض كثيراً من فواتير الطاقة التي تستهلك شتاءًا لتدفئة الماء و الهواء خلال الفصول الباردة.

يمكن لتخزين الطاقة الشمسية الحرارية أن يحل إحدى المشكلات الرئيسية المتعلقة بمصادر الطاقة المتجددة ، والمعروفة باسم التقطع:

تعتمد الطاقة الشمسية على الظروف الجوية هذا يعني وجود فترات انقطاع للطاقة في حالة سوء الأحوال الجوية، لكن إذا تمكننا من تخزين الطاقة الزائدة في أوقات السطوع الشمسي لفترة كافية من خلال تخزينها وإطلاقها لتعويض النقص في الأجواء الغائمة أو العاصفة فإننا نكون قد حققنا اختراقا كبيراً في هذا المجال.

التخزين الكيميائي الحراري (TCS)

يمكن للتخزين الكيميائي الحراري تخزين الحرارة لأسابيع – أو حتى أشهر – بدون فقدانها، تعتمد هذه التقنية سحب الحرارة من مصدر حراري مثل المضخة الحرارية الأرضية أو عنصر التسخين الكهربائي أو المجمع الحراري الشمسي لتجفيف مادة نشطة مثل كبريتيد الصوديوم أو هيدروكسيد الصوديوم ، وبالتالي “شحن” المخزن الحراري لها . بمجرد الشحن ، يمكن تبريد النظام إلى درجة الحرارة المحيطة والإبقاء عليه لحين الحاجة، وعند الرغبة في استخدام الطاقة المخزنة يتم إعادة إدخال الرطوبة، والتي بدورها تطلق الحرارة لاستخدامها داخل المنزل.

هناك العديد من المواد المتوافقة مع تخزين الطاقة الكيميائية الحرارية ذات درجة الحرارة المتوسطة على رأسها هيدروكسيدات وهيدريدات المعادن وأكاسيد المعادن مثل أكاسيد الكالسيوم والماغنسيوم و الباريوم وغيرها.

أبسط مثال على هذه العملية هي الجير المطفأ ¹مادة هيدروكسيد الكالسيوم وتعرف بالكلس هذه المادة يمكن تسخينها باستخدام الطاقة الشمسية بعد تركيزها لما يفوق 300-600 درجة مئوية في وجود عوامل حافزة لتحويلها إلى الجير الحي ²أكسيد الكالسيوم بعد طرد الماء منها . يمكن فيما بعد استخلاص الحرارة من خلال تعريض الجير الحي للرطوبة فيطلق الحرارة المخزنة فيه ويتحول إلى الجير المطفأ وتعاد الدورة .

ومع ذلك ، فإن بعض المشاكل المتأصلة (مثل الموصلية الحرارية المنخفضة والتكتل وتأثير ثاني أكسيد الكربون أثناء التفاعل) تحد من أداء هذه المادة. عن طريق إضافة مواد أخرى إلى هيدروكسيد الكالسيوم لإعداد المواد المركبة ، يمكن للباحثين حل هذه المشكلات إلى حد ما.

تغيير حالة المواد (PCM)

تستطيع هذه الطريقة توفير التخزين اليومي للطاقة الحرارية بكثافة أكبر بكثير من التقنيات التقليدية. يستخدم نظام PCM أيضا مصدرا حراريا ، هذه المرة لتسخين مادة كيميائية لتحويلها من الحالة الصلبة إلى شكلها السائل. تأثير هذا هو تخزين الحرارة الكامنة لعدة أيام. يمكن إطلاق الحرارة المخزنة لتوفير الماء الساخن أو التدفئة ببساطة عن طريق ضخ مياه ذات درجة حرارة منخفضة عبر النظام.

مصادر

Thermochemical Heat Storage – (sciencedirectassets.com)

Storing summer heat to use in winter – Swansea University

مقالات قد تهمك