The Design and Development of a Solar Powered Refrigerator/ar

▼هذه الصفحة محمية بحقوق النشر.حصلنا على إذن بنشره، ولكن يُرجى عدم تعديل النص أو إعادة استخدامه دون إذن. تعامل معه على أنه متاح للجميع ، وهو استثناء من ترخيص Appropedia . اقرأ المزيد...

بيانات الموقع

رسم خريطة	جارٍ تحميل الخريطة... +− Leaflet | © OpenStreetMap contributors
موقع	بانكوك ، تايلاند
الإحداثيات	13° 45' 8.98" شمالاً، 100° 29' 36.63" شرقاً

RHB Exell، Sommai Kornsakoo، DGDC Wijeratna. بانكوك، تايلاند: المعهد الآسيوي للتكنولوجيا، 1976.

تمت ترجمة هذا الكتاب بواسطة جيانلانغ ماي ، وسكوت جينينغز ، وغراهام كوت ، وآنا ليز هيريرا، وهوارد شوارتز .

يصف هذا التقرير البحثي العمل على تطوير نظام تبريد يعمل بالطاقة الشمسية والذي سيؤدي في النهاية إلى إنتاج آلة صنع ثلج بحجم قرية أو إلى وحدة تخزين باردة لحفظ الطعام .

قام السيد دي جي دي سي ويجيراتنا بدراسة هذا الموضوع في تقرير مشروع دراساته الفردية (رقم 34)، وصمم الوحدة التجريبية الدكتور آر إتش بي إكسيل. أما بناء الوحدة واختبارها فقد قام به السيد سومّاي كورنساكو لأطروحته لنيل درجة الماجستير.

إن المعهد الآسيوي للتكنولوجيا (AIT) مدين لمؤسسة جون إف كينيدي، تايلاند، للدعم المالي الذي قدمه في شكل منحة لأبحاث الطاقة الشمسية استجابةً لاقتراح قدمه البروفيسور إتش إي هولشر، رئيس المعهد الآسيوي للتكنولوجيا، في عام 1973 إلى الدكتور تبانات خومان، رئيس المؤسسة.

تم اختبار ثلاجة امتصاص متقطعة صغيرة تعمل بالأمونيا والماء، مزودة بمجمع شمسي مسطح مساحته 1.44 متر ^مربع، كخطوة أولى نحو تطوير آلة صنع ثلج للقرى. لا تستخدم هذه الثلاجة أي زيت أو كهرباء. تتم عملية التجديد خلال النهار والتبريد ليلاً. ويتم الحصول على امتصاص سريع بفضل ميزة جديدة، اقترحها سوارتمان لأول مرة، حيث يتم تبديد حرارة الامتصاص من اللوح المسطح.

يُستخدم في المولد 15 كجم من محلول يحتوي على 46% أمونيا في الماء. في يوم مشمس، ترتفع درجة حرارة المحلول من 30 ^درجة مئوية إلى 88 ^درجة مئوية، ويتكثف 0.9 كجم من الأمونيا النقية عند 32 ^درجة مئوية. أثناء التبريد، تنخفض درجة حرارة الأمونيا إلى -7 ^درجات مئوية. يُقدّر معامل الأداء الشمسي الإجمالي (تأثير التبريد مقسومًا على الحرارة الشمسية الممتصة) بـ 0.09، وهو صغير نسبيًا ولكنه يُقارن بالدراسات المنشورة سابقًا. وتُناقش التطورات في التصميم.

هناك عدة أسباب مهمة تدعو إلى اعتبار الطاقة الشمسية مصدراً للطاقة يلبي احتياجات الدول النامية. أولاً، تقع معظم الدول النامية في المناطق الاستوائية أو بالقرب منها، ما يوفر لها إشعاعاً شمسياً جيداً. ثانياً، تُعدّ الطاقة حاجة أساسية لهذه الدول، إلا أنها تفتقر إلى إمدادات واسعة النطاق ومتاحة بسهولة من مصادر الطاقة التقليدية. ثالثاً، تتميز معظم الدول النامية بمناخ جاف، وتشتت سكاني يصعب الوصول إليه، ونقص في رأس المال الاستثماري، ما يجعلها تواجه عقبات شبه مستحيلة أمام توفير الطاقة بالوسائل التقليدية، كالكهرباء مثلاً. في المقابل، تتوفر الطاقة الشمسية بسهولة ويتم توزيعها بالفعل على المستخدمين المحتملين. رابعاً، نظراً لطبيعة الطاقة الشمسية المنتشرة، فقد تم تطويرها في جميع أنحاء العالم على نطاق أصغر، وهو ما يتناسب تماماً مع طبيعة الاقتصاد الريفي.

تُعد الدراسة الحالية جزءًا من مشروع في مجال استخدام الطاقة الشمسية في معهد آسيا للتكنولوجيا، ويهدف إلى تطوير وحدة نموذجية واحدة أو أكثر لإثبات فائدة الطاقة الشمسية وجدواها الاقتصادية للأغراض المصممة.

الهدف المحدد من الحجة في هذا الفصل هو تحديد مجال لاستخدام الطاقة الشمسية مفيد للدول النامية في آسيا، بالإضافة إلى اختيار جهاز مناسب للتطوير ولإجراء تحقيق أولي.

يبدو أن أبحاث الطاقة الشمسية قد اكتسبت زخمًا كبيرًا خلال العقدين الماضيين. وخلال هذه الفترة، نُشرت العديد من الدراسات، وعُقدت ندوات ومؤتمرات تناولت موضوع الطاقة الشمسية. ومن أحدث وأشمل الدراسات الاستقصائية لتطبيقات الطاقة الشمسية تقريرٌ صادر عن لجنة استشارية مخصصة تابعة لمجلس العلوم والتكنولوجيا للتنمية الدولية، بعنوان "الطاقة الشمسية للدول النامية: آفاق وتطلعات"، الأكاديمية الوطنية للعلوم (1972). وتتجاوز استنتاجات هذا التقرير استنتاجات الدراسات الاستقصائية السابقة، وهي مُلخصة أدناه.

تُشير اللجنة إلى أن التبخير الشمسي كان أسلوبًا تاريخيًا تقليديًا لاستخلاص الملح من مياه البحر أو المحاليل الملحية؛ ولا يزال ذا أهمية بالغة اليوم على نطاق واسع وضيق في العديد من البلدان. ​​ويبدو أن هناك القليل من الأبحاث التي لا يُمكن للصناعات التي تستخدم هذه العملية القيام بها بنفس الكفاءة.

تُعدّ تقنية تسخين المياه راسخة، ويتمثل التطوير المطلوب في تكييف هذه التقنية مع استخدام المواد والقدرات التصنيعية المحلية. وبفضل هذه التطورات، سيصبح توفير المياه الساخنة للمستشفيات والمدارس وغيرها من المؤسسات والأسر أكثر انتشارًا. ونظرًا لطبيعة هذه المعدات، يُمكن تصنيعها في الدول النامية، ويبدو تكييفها مع ظروفها أمرًا يسيرًا.

لا يزال التقطير الشمسي يُعتبر تجريبياً، إلا أن أجهزة التقطير المجتمعية الصغيرة تقترب من التطبيقات التجارية واسعة النطاق. تتوفر الآن تصاميم لأجهزة التقطير الشمسي قابلة للاستخدام ويمكن الاعتماد عليها بدرجة معقولة من الثقة. سيشمل المزيد من البحث في هذا المجال تكييف التقنيات الحالية مع الاحتياجات الخاصة للدول النامية من خلال تعديلات في التصميم تسمح باستخدام المواد المتوفرة محلياً والمكونات المصنعة محلياً.

يُعدّ تجفيف المنتجات الزراعية، على وجه الخصوص، من الاستخدامات التقليدية والشائعة للطاقة الشمسية. ويُعتبر تصميم أنظمة التجفيف والتحكم بها، سواءً لمحاصيل معينة أو مواد أخرى، من مجالات البحث التي يُمكن أن تُفضي إلى تطبيقات عملية أكثر في الدول النامية، مما قد يُحسّن من استغلال الموارد الغذائية.

تركزت جهود البحث والتطوير في مجال التدفئة الشمسية بشكل شبه كامل على التطبيقات في المناخات المعتدلة للدول الصناعية. ولا تملك اللجنة معلومات كافية عن حجم الاحتياجات الحقيقية للتدفئة في الدول النامية، أو عن الدور المحتمل للطاقة الشمسية في تلبية هذه الاحتياجات.

لا تزال الدراسات المتعلقة بتكييف الهواء، والتي تستهدف بالدرجة الأولى التطبيقات في الولايات المتحدة وأستراليا، في مراحلها الأولى. ويبدو أن الجدوى التقنية مضمونة، بينما لا تزال الجدوى الاقتصادية قيد الدراسة. أما أفضل طرق التبريد باستخدام الطاقة الشمسية في الدول النامية، فلا تزال غير واضحة، كما أن مدى الحاجة المُلحة لتكييف الهواء وحجمها غير معروفين.

توجد العديد من دورات وأنظمة التبريد التي يمكن استخدامها في التبريد الشمسي. ولم يُحدد بعد الحجم الأمثل لتشغيل الثلاجات الشمسية في الدول النامية. ولا تزال هناك العديد من التساؤلات المطروحة حول التبريد، ويُتيح هذا التطبيق إمكانيةً واعدةً لتحسين استغلال المواد الغذائية المتاحة في حال نجاح توفير التبريد.

تتعدد التطبيقات المحتملة للتطوير الناجح لتحويل الطاقة الشمسية اقتصاديًا لتلبية احتياجات الطاقة الميكانيكية أو الكهربائية. ولا يزال هذا التحويل يمثل تحديًا كبيرًا، وإن كان غامضًا بعض الشيء. ويبدو أن الطهي الشمسي بسيط من الناحية التقنية، ولكنه ذو مزايا هامة إذا ما تم تطبيقه بنجاح. وقد تم تطوير مواقد شمسية إلى مستوى أداء تقني مُرضٍ لتلبية جزء على الأقل من احتياجات الطهي للأسر. ومع ذلك، لم تُسفر التجارب الميدانية المكثفة في الهند والمكسيك والمغرب حتى الآن عن قبول اجتماعي لهذه الأجهزة. ويمكن تلخيص استنتاجات اللجنة على النحو التالي: إن العمليات الشمسية المفيدة حاليًا، أو التي يُمكن تطويرها إلى مرحلة تُمكنها من تحقيق نتائج مفيدة في أقصر وقت، هي التبخير والتجفيف والتقطير وتسخين المياه. ومن شأن المزيد من التطوير في مجالات التبريد والتدفئة الشمسية والتبريد والتصميم الحراري للمباني أن يجعل بعض هذه الاستخدامات عمليًا خلال العقد القادم. وسيتطلب تطبيق الطاقة الشمسية تطويرًا كبيرًا لتقنيات جديدة.

تشير المناقشة في القسم السابق إلى أن تطبيقات الطاقة الشمسية التي لا تزال في مرحلة تجريبية، مثل التدفئة والتبريد، ليست من الأولويات في آسيا، وأن تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة ميكانيكية أو كهربائية يُفضل أن يتم في مختبرات مجهزة تجهيزًا جيدًا في الدول الصناعية، وأن القبول الاجتماعي للطهي الشمسي محل شك. وهذا يجعل التبريد الشمسي مجالًا محتملًا للدراسة. لاختيار جهاز لمزيد من التطوير، يجب الإجابة على الأسئلة التالية: ما الحاجة إلى مثل هذا الجهاز في الدول النامية، وخاصة في آسيا؟ هل ينبغي أن يكون الجهاز مبردًا للطعام أم صانعًا للثلج؟ ما هو الحجم المناسب؟ يُخصص الجزء المتبقي من هذا القسم لمحاولة إيجاد إجابات لهذه الأسئلة.

قام عالم شمسي بارز من جنوب شرق آسيا، كتب بشكل مجهول، بالإدلاء بالتعليقات التالية في مقال بعنوان "حالة لصانع ثلج يعمل بالطاقة الشمسية"، مجهول، (1963).

بعد ثماني سنوات من دراسة مشاكل تطبيق الطاقة الشمسية في دولة نامية، أعتقد أن أنجح مسار بحثي هو تطوير آلة لصنع الثلج. يجب أن يكون الهدف آلة صنع ثلج مكتفية ذاتيًا وموثوقة، قادرة على إنتاج ما لا يقل عن 10 أرطال من الثلج يوميًا بتكلفة سنت أمريكي واحد للرطل، باستخدام الطاقة الشمسية والماء فقط. في البلدان الاستوائية، تُفقد كميات هائلة من الفاكهة والخضراوات والأسماك الطازجة، أو تنخفض قيمتها بسبب التلف. يمكن منع هذا التلف بتجميدها بالثلج. يُعد الثلج سلعة تجارية مهمة، حيث يصل سعره إلى 10 سنتات أمريكية للرطل في المناطق النائية نظرًا لارتفاع تكلفة نقله (بسبب ذوبانه أثناء النقل أو التكلفة الباهظة البديلة لإنتاجه محليًا في تلك المناطق باستخدام الكهرباء أو الوقود). يبلغ سعر الثلاجة الكهربائية المستوردة حوالي 250 دولارًا أمريكيًا، بينما تبلغ تكلفة آلة صنع الثلج الشمسية المماثلة 250 دولارًا أمريكيًا على الأقل. قد يبدو غريبًا شراء آلة صنع ثلج شمسية بسعر 250 دولارًا أمريكيًا في حين أن الناس لا يشترون الطاقة الشمسية. أجهزة صنع الثلج بالطاقة الشمسية متوفرة بسعر 10 دولارات أمريكية فقط للوحدة. والسبب هو أن التجار وأصحاب المتاجر القادرين على تحمل هذا السعر سيشترون هذه الأجهزة، وسيستخدمون الثلج لحفظ مخزونهم الثمين من الفواكه الطازجة والأسماك وغيرها. كما أن الفقراء الذين ينتجون الفواكه الطازجة والأسماك وغيرها، يستطيعون شراء الثلج بسعر يتراوح بين سنت واحد وسنتين أمريكيين للرطل، حيث إنها استثمار صغير قصير الأجل يتراوح بين 10 و20 سنتًا أمريكيًا، يمكنهم استرداده في غضون أيام قليلة بعد بيع منتجاتهم المجمدة.

درس با هلي وآخرون (1970) إمكانيات تطوير آلات صنع الثلج في بورما. وذكروا أن آلات صنع الثلج والثلاجات التي تعمل بالطاقة الشمسية مضمونة النجاح من الناحية المناخية. كما لاحظوا أن مرافق صنع الثلج بالطاقة الشمسية يمكن أن تكون إما منزلية أو مجتمعية حسب الظروف المحلية. يجب أن تكون آلات صنع الثلج والثلاجات المنزلية أوتوماتيكية قدر الإمكان لمنافسة الثلاجات الكهربائية. أما آلات صنع الثلج المجتمعية، فيمكن تشغيلها يدويًا لوجود مشغل لكل آلة. تبلغ تكلفة إنتاج الثلج في المصانع المحلية حوالي نصف سنت أمريكي للرطل الواحد، بينما يصل سعره للمستهلك إلى حوالي سنت أمريكي واحد للرطل في فصل الشتاء، ويرتفع كثيرًا في فصل الصيف. وخلصوا إلى أنه في ظل هذه الظروف، إذا تمكنت آلة صنع الثلج بالطاقة الشمسية من إنتاج الثلج في أي مكان في بورما بتكلفة حوالي سنت أمريكي واحد للرطل، فسيكون ذلك بمثابة نعمة للبلاد.

وقد لاحظ ميريام (1972) في مناقشته للتطبيقات المحتملة للطاقة الشمسية في البلدان النامية ما يلي:

يُعدّ التبريد تطبيقًا واعدًا للغاية. يشمل التبريد الثلاجات المنزلية، وتبريد المساحات، وتكييف المباني، وما إلى ذلك، لكنني اخترت التركيز على جهاز واحد مُحتمل، وهو آلة صنع الثلج. وذلك لعدة أسباب، تقنية واجتماعية واقتصادية. أولًا، يُحلّ تحويل الإشعاع الشمسي إلى ثلج مشكلتي انقطاع الإنتاج والتخزين. يُمكن تخزين الثلج لأشهر، كما أنه سهل النقل. يُفكّر في استخدام دورة الأمونيا والماء. وقد بُنيت بالفعل العديد من آلات صنع الثلج والثلاجات التي تستخدم هذه الدورة والطاقة الشمسية. التصميم الذي أضعه في اعتباري سيكون مصنوعًا من الفولاذ الطري، وسيكون متينًا وبسيطًا بدون أجزاء متحركة. سيكون الناتج 60-70 كجم/يوم من الثلج بدرجة حرارة -10 ^درجة مئوية، وستكون المدخلات 10-12 مترًا من الإشعاع الشمسي، بالإضافة إلى خدمات مُشغّل غير ماهر بدوام كامل.

يمكن الآن تقديم إجابات الأسئلة المطروحة في بداية هذا القسم، وهي:

يُعدّ التبريد الشمسي من أكثر المجالات الواعدة لمزيد من التطوير؛ ويبدو أن آلة صنع الثلج هي الجهاز الأكثر فائدة في الدول النامية؛ فإذا أمكن إنتاج الثلج بتكلفة تقارب سنتًا أمريكيًا واحدًا للرطل، فإن الجدوى التجارية مضمونة. يُفضّل في المراحل الأولى للتطوير وحدة صغيرة الحجم تُنتج ما بين 100 و150 رطلًا من الثلج يوميًا، مع بعض التشغيل اليدوي؛ أما الثلاجات المنزلية فينبغي أن تكون أوتوماتيكية قدر الإمكان.

تم تحقيق الهدف الأول للدراسة بالنتائج المذكورة أعلاه، وهو اختيار جهاز مناسب لمزيد من التطوير. وتتمثل الخطوة التالية في إجراء دراسة تمهيدية تهدف إلى تطوير آلة صنع ثلج تعمل بالطاقة الشمسية على نطاق مجتمعي. وكخطوة أولى نحو تحقيق هذا الهدف، سيتم تصميم وبناء آلة تجريبية لصنع الثلج، مما سيوفر الخبرة اللازمة لمزيد من التطوير.

سيتناول هذا الفصل بعض المفاهيم النظرية المفيدة في تحليل أداء الثلاجات الشمسية. كما سيُجرى تحليل موجز لدورة الأمونيا والماء، حيث سيتم استخدامها في الثلاجة التجريبية.

يتكون أي جهاز تبريد شمسي أساسًا من جزأين: وحدة تبريد تستخدم دورة ديناميكية حرارية مماثلة لتلك المستخدمة في الثلاجات التقليدية، ومصدر حرارة شمسية مزود بلوح مسطح أو مجمع مركّز لتشغيله. يُقاس أداء الثلاجة عادةً بمعامل الأداء، والذي يُعرَّف بأنه نسبة التبريد المُنتَج إلى الحرارة المُزوَّدة. يمكن تطبيق المفهوم نفسه على مُكوِّن الثلاجة، ويمكن تعريف نسبة التبريد على النحو التالي:

الحرارة التي يمتصها المبرد أثناء عملية التبريدالحرارة التي تمتصها محتويات المولد أثناء التبريد

يمكن تحديد أداء المجمع الشمسي من خلال نسبة التسخين المعطاة بالمعادلة التالية:

الحرارة التي تمتصها محتويات المولدالإشعاع الشمسي الساقط على المجمع

يمكن الآن تعريف نسبة الأداء الإجمالية على أنها حاصل ضرب النسبتين المذكورتين أعلاه، أو بشكل صريح على النحو التالي:

الحرارة التي يمتصها المبرد أثناء عملية التبريدالإشعاع الشمسي الساقط على المجمع

تُعد مفاهيم نسبة التسخين ونسبة التبريد مفيدة بشكل خاص عند تحليل الأنظمة التي يكون فيها المجمع والمولد منفصلين.

يوضح الشكلان 2.1 و2.2 نظامًا بسيطًا يتكون من وعاءين متصلين بأنبوب علوي. يحتوي الوعاء الأيمن على محلول الأمونيا المائية ويعمل كمولد وممتص. أما الوعاء الأيسر فيحتوي على الأمونيا النقية ويعمل كمكثف ومبخر.

يمكن تقسيم تشغيل نظام الأمونيا المائية المتقطع إلى مرحلتين: مرحلة التجديد ومرحلة التبريد. خلال مرحلة التجديد، تُزوَّد وحدة التوليد والامتصاص، التي تحتوي على محلول أمونيا عالي التركيز، بالحرارة. ومع تسخين المحلول، يرتفع الضغط، وبمجرد الوصول إلى ضغط التكثيف، تتقطر الأمونيا وتتكثف في وحدة التبخير والتكثيف المغمورة في دلو من الماء، كما هو موضح في الشكل 2.1.

خلال مرحلة التبريد، يُزال مصدر الحرارة ويُترك مولد الامتصاص ليبرد. ينخفض ​​الضغط ويبدأ الأمونيا بالتبخر، ساحباً الحرارة من المحيط، مما يُنتج التبريد. يمتص محلول الأمونيا المخفف في مولد الامتصاص الأمونيا المتبخرة، وتستمر العملية حتى يتبخر كل الأمونيا في المكثف، كما هو موضح في الشكل 2.2.

في التحليل التالي لدورة امتصاص الأمونيا والماء، يُفترض أن جميع العمليات الديناميكية الحرارية قابلة للانعكاس.

تنتقل الطاقة على شكل حرارة عند ثلاثة مستويات حرارية، أي

• درجة الحرارة الجوية T _a ، التي يتم عندها طرد الحرارة في المكثف والممتص،
• درجة الحرارة التي يتم عندها سحب الحرارة من الحجرة الباردة T _c ،
• درجة الحرارة التي يتم عندها استقبال الحرارة في المولد T _g .

من الممكن تخيل ترتيب للآلات العكسية التي تؤدي وظيفة مكافئة لوظيفة محطة الامتصاص، كما هو موضح في الشكل 2.3. أولاً، يستقبل محرك حراري عكسي كمية من الحرارة Q _g ، عند درجة حرارة T _g ، ويطرح الحرارة عند درجة حرارة T _a بينما ينتج كمية من الشغل W _ga بكفاءة.

دبليوجأسؤالز=تيز-تيأتيز،

حيث تُقاس جميع درجات الحرارة على مقياس درجة الحرارة الديناميكي الحراري. ثانيًا، تستقبل ثلاجة قابلة للعكس كمية من الحرارة Q_{_c} عند درجة حرارة T_{_c} وتطرد الحرارة عند درجة حرارة Ta بينما تمتص كمية من الشغل W_{_ca} . معامل أداء الثلاجة هو

-سؤالجدبليوجأ=تيجتيأ-تيج.

إذا تم جعل W _{ga مساوياً لـ - W ca،} فإن هذه المحطة ستكون مكافئة لثلاجة امتصاص. يمكن تعريف معامل أداء المحطة المدمجة على أنه Q _c / Q _g ، والذي عند دمج التعبيرين السابقين يصبح،

ج.يا.P=سؤالج/سؤالز=تيج(تيز-تيأ)تيز(تيأ-تيج).

تكمن الأهمية العملية لهذه النتيجة في أنه إذا كان معامل الأداء (COP) للدورة قيد الدراسة معروفًا ، فيمكن حساب Tg، نظرًا لأن Ta _{ثابت و} Tc _يختاره المصمم.

يقدم تشينابا (1961) تحليلًا دقيقًا لدورة الأمونيا المائية النظرية. ويُمكن مقارنة شكلين من هذه الدورة بالدورة الفعلية. يُظهر الشكلان هاتين الدورتين لنظام الأمونيا المائية على مخطط الضغط-درجة الحرارة-التركيز (ptX). يُمكن تسمية الشكل الأول من الدورة النظرية بـ"دورة امتصاص الضغط الثابت"، ويُمثل في الشكل 2.4 بالأرقام 2-3-4-5-2. أما الشكل الثاني، فيُمكن تسميته بـ"دورة امتصاص درجة الحرارة الثابتة"، ويُمثل في الشكل 2.4 بالأرقام 1-3-4-6-1.

على الرغم من أن دورة الضغط الثابت هي الأكثر كفاءة، إلا أنه يصعب تطبيقها عملياً. لذا، يتم دراسة دورة درجة الحرارة الثابتة بمزيد من التفصيل.

في دورة الامتصاص ذات درجة الحرارة الثابتة، تتكون عملية التجديد من عمليتين 1-3 و3-4. في مرحلة التبريد، وخلال عملية التبريد 4-6، يتم تبريد المحلول، عادةً عن طريق غمره في حمام مائي، إلى درجة حرارة t6 _تساوي درجة الحرارة الابتدائية t1 _. ويحدث التبريد الفعال خلال العملية 6-1.

صيغة التعبير عن كمية التبريد هي

سؤالج=دبليو'6لم

أين

لم= متوسط ​​الحرارة الكامنة للمبرد أثناء العملية 6-1.

دبليو'6= الوزن على مادة التبريد عند النقطة 6.

تُعطى الحرارة المُزوَّدة خلال عملية التجديد 1-3-4 بواسطة

سؤالز=دبليو4ح4-دبليو1ح1+∫دبليو4دبليو1حvددبليو،

أين

w= وزن المحلول، واللاحقة تشير إلى نقطة الدورة،

ح= المحتوى الحراري النوعي للمحلول، واللاحقة تشير إلى نقطة الدورة،

حv= المحتوى الحراري النوعي للبخار المتصاعد من السائل،

ددبليو= الكتلة التفاضلية للبخار المتصاعد من السائل.

وبذلك يصبح التعبير عن COP

دبليو'6لمدبليو4ح4-دبليو1ح1+∫دبليو4دبليو1حvددبليو

بحسب دراسة استقصائية حول التبريد بالطاقة الشمسية أجراها سوارتمان، وها، ونيوتن (1973)، فإن أول دراسة أُجريت لاستكشاف استخدام الطاقة الشمسية للتبريد كانت على الأرجح في عام 1936 في جامعة فلوريدا على يد غرين. وقد تم إنتاج البخار اللازم لتشغيل ثلاجة تعمل بنفث البخار عن طريق تسخين الماء المتدفق في أنبوب موضوع على الخط البؤري لعكس أسطواني مكافئ.

ذكر أونيغا في عام 1937 أن الباحثين في البرازيل حاولوا تكييف عاكس مكافئ مع ثلاجة امتصاص، لكن النظام لم يتجاوز المرحلة التجريبية.

أعلن كيربيتشيف وباوم من روسيا عام 1954 عن نجاح تشغيل مجموعة من الثلاجات الشمسية التي تنتج 250 كيلوغرامًا من الثلج يوميًا. كانت هذه الثلاجات من النوع التقليدي الذي يعمل بضغط البخار، وتُشغَّل بمحرك حراري يعمل بالبخار الناتج عن غلاية موضوعة في بؤرة مرآة كبيرة. مع ذلك، من المسلّم به عمومًا أن انخفاض كفاءة الطاقة الشمسية في توليد الكهرباء، وارتفاع تكلفة المعدات، وتعقيد هذا النوع من الأنظمة، عوامل تعيق تطويرها مستقبلًا. ومنذ إنشاء هذا النظام، لم يُبدَ اهتمام يُذكر بهذا التوجه في مجال التبريد الشمسي.

أُجري أول مشروع رئيسي لنظام تبريد يعمل بالكامل بالطاقة الشمسية الامتصاصية بواسطة ترومب و فوكس (1964). يوضح الشكل 2.5 التكوين العام للنظام، والذي يتميز بالخصائص الرئيسية التالية: يُسمح لمحلول الأمونيا والماء بالتدفق من خزان بارد عبر أنبوب موضوع على الخط البؤري لعكس أسطواني مكافئ. يُكثف بخار الأمونيا والماء المُسخن في المرجل لاحقًا في ملف تبريد. المبخر عبارة عن ملف يحيط بالحاوية المستخدمة كصندوق ثلج. تبلغ مساحة العاكس الأسطواني المكافئ 1.5 متر مربع. في تجارب النموذج الأولي، بلغ الإنتاج اليومي من الثلج حوالي 6 كيلوغرامات، أو حوالي 4 كيلوغرامات من الثلج لكل متر مربع من مساحة التجميع لمدة أربع ساعات من التسخين.

الشكل 2.6 - ثلاجة الامتصاص المتقطع الأساسية التي تعمل بالطاقة الشمسية

التصميم الذي وضعه ترومب وفوكس واعد للغاية ويجب دراسته بشكل أكبر على الرغم من أنه قد يكون من الضروري إجراء تعديلات على جامع الطاقة الشمسية والغلاية والمكثف.

قام ويليامز وزملاؤه في جامعة ويسكونسن ببناء مبرد طعام صغير عام 1957، مُصمم للاستخدام في المناطق الريفية النامية. يتكون الجهاز من وعاءين متصلين بأنبوب، كما هو موضح في الشكل 2.6. تُستمد الطاقة من مرآة مكافئة مصنوعة من البوليسترين المصبوب بسماكة 1.27 مم، ومغطاة بغشاء من البوليستر المايلر المُطلي بالألومنيوم، ومُدعمة عند الحافة بأنابيب معدنية. استُخدم محلول الأمونيا المائي ومحلول إيثر R-21-جليكول كمحاليل عاملة. أظهرت هذه الدراسة إمكانية تحقيق التبريد باستخدام دورات التبريد الامتصاصية المتقطعة. على الرغم من أن الأداء محدود بخصائص الدورة المتقطعة، إلا أن بساطة النظام تُفسر انخفاض درجة الحرارة المُسجلة في المُبخر. وأخيرًا، أظهرت الدراسة أن محلول الأمونيا المائي يتفوق على محلول إيثر R-21-جليكول في نظام التبريد المتقطع.

قام تشينابا (1962) ببناء ثلاجة بسيطة تعمل بنظام التبريد المتقطع، مزودة بمجمع شمسي مسطح، في كولومبو، سيلان، كما هو موضح في الشكل 2.7. كان مولد الطاقة الشمسية في هذه الثلاجة مصنوعًا من أنابيب ملحومة، ومدمجًا مع مجمع شمسي مسطح وممتص مبرد بالماء. كان المجمع الشمسي عبارة عن صفيحة نحاسية بأبعاد 152.4 سم × 106.7 سم، وسماكة 0.76 مم، ومطلية باللون الأسود. تم لحام الصفيحة بستة أنابيب فولاذية بقطر 6.35 سم، وتم لحام الأنابيب بدورها بمجمعات. وُضعت ثلاثة أغطية زجاجية على المجمع، مدعومة بشرائح من الفلين. استُخدم محلول الأمونيا والماء كسائل تشغيل.

الشكل 2.7 - رسم تخطيطي لثلاجة تعمل بالطاقة الشمسية باستخدام مجمع الألواح المسطحة من تصميم تشينابا (1962)

على الرغم من الاعتقاد السائد بأن مُجمِّع الألواح المسطحة أكثر ملاءمةً لدرجات الحرارة المنخفضة اللازمة لتوليد الطاقة في أجهزة التكييف، إلا أن الاختبارات التي أجراها تشينابا (1962) أشارت إلى إمكانية استخدام مُجمِّع ألواح مسطحة مُدمج مع المولد لإنتاج تبريد عند درجة حرارة منخفضة تصل إلى -12 درجة مئوية. ويُلاحَظ أنه يُمكن إنتاج الجليد في هذه الثلاجة بمعدل كيلوغرام واحد يوميًا لكل 0.7 متر مربع ^من سطح تجميع الطاقة الشمسية. لم تكن نتائج هذه الدراسة مُبهرة، لكنها أظهرت أن ثلاجة بسيطة تعمل بشكل متقطع، باستخدام جهاز تجميع حرارة منخفض الحرارة مثل مُجمِّع الألواح المسطحة، يُمكنها تحقيق التبريد المطلوب.

قام سوارتمان وسواميناثان (1971) ببناء نظام تبريد بسيط ومتقطع في جامعة ويسترن أونتاريو، يضم مولدًا وممتصًا مع مجمع مسطح مساحته 1.4 متر مربع ^. يوضح الشكل 2.8 مخطط النظام. يتكون مجمع المولد من أنابيب فولاذية قطرها 1.27 سم، تربط بين أنبوب تغذية قطره 5.1 سم وأنبوب رئيسي قطره 15.2 سم. تم لحام صفائح نحاسية رقيقة بالأنابيب، ووُضع المجمع بأكمله داخل صندوق خشبي مع مادة عازلة في الأسفل وغطاء زجاجي مزدوج الطبقات في الأعلى. تم اختبار محاليل الأمونيا المائية بتراكيز تتراوح بين 58 و70%. كانت الاختبارات ناجحة نسبيًا؛ حيث انخفضت درجة حرارة المبخر إلى -12 درجة مئوية، ولكن نظرًا لضعف الامتصاص، كان معدل تبخر الأمونيا في المبخر منخفضًا.

أجرت جامعة ويسترن أونتاريو دراسة أخرى عام 1970 تناولت محلول الأمونيا-ثيوسيانات الصوديوم في النظام نفسه الموصوف أعلاه. وأظهرت نتائج الدراسة أن معاملات الأداء لمحلول NH₃ _- NaSCN تتراوح بين 0.11 و0.27، مقارنةً بمعاملات تتراوح بين 0.05 و0.14 لمحلول NR₃-H₂O التي تم الحصول عليها من الدراسة السابقة. ومع ذلك، كان النظام

الشكل 2.8 - ثلاجة تعمل بالطاقة الشمسية بشكل متقطع تم بناؤها في جامعة ويسترن أونتاريو

الشكل 2.9 - صانع الثلج الشمسي الذي تم بناؤه في جامعة فلوريدا بواسطة فاربر (1970)

لا يزال من غير الممكن إنتاج كمية كبيرة من الثلج في المبخر. وقد خلصت الدراسة إلى أن محلول NH3-NaSCN يتمتع بأداء أفضل من محلول NH3 _- H2O _. كما أنه يوفر تكلفة أقل للمعدات لعدم حاجته إلى عمود تقطير نظرًا لانخفاض تطاير ملح NaSCN. واقتُرح تركيز مثالي بنسبة 54% للتبريد المتقطع.

ابتكر فاربر (1970) أنجح نظام تبريد شمسي حتى الآن. كان عبارة عن صانع ثلج شمسي صغير الحجم يستخدم مُجمِّعًا مسطحًا كمصدر للطاقة. يوضح الشكل 2.9 مخطط تدفق النظام. بلغت مساحة مُجمِّع الطاقة الشمسية المُولِّد 1.49 مترًا ^مربعًا ، ويتكون من رأس علوي قطره 6.35 سم. وُضعت الأنابيب، التي يبلغ قطرها 2.54 سم، على مسافات 10.2 سم بين مراكزها، ولُحِمت بصفيحة حديدية مجلفنة قياس 20. وُضعت هذه الوحدة في صندوق معدني مجلفن بغطاء زجاجي واحد، وعُزل خلف عنصر المُولِّد المُمتص طبقة من الستايروفوم بسمك بوصة واحدة. بالإضافة إلى المكونات المعتادة، مثل المُكثِّف والمُبَخِّر وصندوق الثلج والمبادل الحراري، كان هناك عمود امتصاص للأمونيا من نوع الأنبوب والغطاء، ومضختان لتدوير الأمونيا السائلة والماء المُبرَّد في المُبَخِّر. أُفيد بأن المُجمِّع جمع ما متوسطه 42200 كيلوجول من الطاقة الشمسية يوميًا، وأن كمية الجليد المُنتَج بلغت حوالي 18.1 كيلوغرامًا. وبذلك، بلغ معامل الأداء الإجمالي حوالي 0.1 كيلوجول، أي ما يعادل 12.5 كيلوغرامًا من الجليد لكل متر مربع من سطح المُجمِّع يوميًا.

فيما يتعلق بالتبريد الشمسي، يُعد هذا النظام الأكثر نجاحًا، ولكن تجدر الإشارة إلى أنه لم يكن يعمل بالطاقة الشمسية بالكامل، إذ كان يحتوي على مضختين تعملان بالكهرباء. ولن يعمل هذا النظام في المناطق التي لا تتوفر فيها الكهرباء.

سبق ذكره أن الثلاجة الشمسية تتكون من عنصرين: وحدة توليد الطاقة الشمسية ووحدة التبريد. وتعتمد وحدة توليد الطاقة الشمسية على أحد مفهومين أساسيين، وهما: المجمعات المسطحة أو المجمعات المركزة.

تُصنع مُجمّعات الألواح المسطحة من أسطح سوداء مسطحة لامتصاص الإشعاع الشمسي المباشر والمنتشر. ويمكن تزويدها بأغطية شفافة وعازل خلفي لتقليل أو التحكم في فقدان الحرارة من اللوح. على اللوح، تُحوّل الطاقة الشمسية الممتصة إلى شكل الطاقة المطلوب، وعادةً ما يكون حرارة، وتُوفّر وسائل لإزالة هذه الطاقة، عادةً على شكل ماء أو هواء ساخن. وتُعدّ مُجمّعات الألواح المسطحة مناسبة عمومًا للتشغيل في وضع ثابت.

العنصر الأساسي في المُجمِّع المُركِّز هو جهاز بصري، مثل عاكس مكافئ، لتركيز مُكوِّن حزمة الإشعاع الشمسي على مُستقبِل أصغر من العاكس. يُمكن لهذا المُجمِّع إنتاج تدفق طاقة أعلى. على الرغم من أن المُجمِّع المُركِّز يُولِّد درجات حرارة أعلى من المُجمِّع ذي اللوح المُسطَّح، إلا أنه أكثر صعوبة في التشغيل. كما أنه، بالنسبة لوحدة تجريبية صغيرة، يبدو أكثر تكلفة من المُجمِّع ذي اللوح المُسطَّح. لذلك، تم اختيار المُجمِّع ذي اللوح المُسطَّح لهذه الدراسة تحديدًا.

يمكن أن تكون وحدة التبريد إما نظام امتصاص مستمر أو نظام امتصاص متقطع. لا يمكن لنظام التبريد بالامتصاص المستمر أن يفي بالغرض إذا كانت المضخات تتطلب طاقة. لذلك، في المناطق الريفية التي لا تتوفر فيها الكهرباء، يُستخدم نظام التبريد بالامتصاص المتقطع.

يُفضّل استخدام هذا النظام. تتكون دورة التبريد المتقطعة من عمليتين رئيسيتين: التجديد والتبريد. التجديد هو عملية تسخين سائل التبريد الممتص لطرد بخار التبريد وتكثيفه في وعاء منفصل. يحدث التبريد عندما يتبخر سائل التبريد، مما يُنتج تأثير تبريد حول المبخر. يُعاد امتصاص سائل التبريد بواسطة المادة الماصة. ولأن الثلاجة جهاز تجريبي بحت، فقد تقرر تبسيط تصميمها قدر الإمكان. يوضح الشكل 3.1 التكوين المُختار. وقد تحققت البساطة بجعل المكثف يعمل كمبخر والمولد يعمل كممتص.

أثناء عملية التجديد، يكون الصمام A مفتوحًا والصمام B مغلقًا، ويغلي المحلول المركز في المولد الذي يتم تسخينه بواسطة المجمع ذي الألواح المسطحة، منتجًا بخارًا بضغط عالٍ. يعود المحلول المخفف من المجمع العلوي إلى المجمع السفلي عبر أنابيب الإرجاع المعزولة. يتكون البخار في المجمع العلوي بشكل أساسي من الأمونيا لأن الماء أقل تطايرًا بكثير من الأمونيا. يمر بخار الأمونيا إلى المكثف المغمور في خزان ماء بارد للحفاظ على برودته. يكون الضغط منتظمًا في جميع أنحاء النظام. عند توقف التسخين، يُغلق الصمام A وينخفض ​​ضغط البخار في المولد. يصبح تركيز الأمونيا في المولد الآن أقل مما كان عليه قبل التجديد. قبل بدء التبريد، يُزال خزان ماء التبريد ويُفتح الصمام B. يعمل المكثف الآن كمبخر. تتبخر الأمونيا نتيجة لاختلاف الضغط بين المولد والمبخر. يمتص تبخر الأمونيا الحرارة من

الشكل 3.1 - الوحدة التجريبية الأولى

تُحيط هذه العملية بالمبخر، مما يُنتج تأثير التبريد. يمر بخار الأمونيا من المبخر عبر أنبوب يصل إلى المجمع السفلي للمولد، حيث يمر البخار الداخل عبر محلول الأمونيا المائي، مما يُسهل امتصاصه. تُزال الأغطية الزجاجية من المجمع لتبديد حرارة الامتصاص إلى السماء من أنابيب المولد الصاعدة. يستمر التبريد حتى يتبخر كل سائل الأمونيا في المبخر. وبذلك تكتمل دورة التشغيل. ولمراعاة التوافر المتقطع للطاقة الشمسية، يُجرى التبريد نهارًا وليلًا بعد انقطاع الإشعاع الشمسي.

الهدف هو الوصول إلى درجة حرارة 17 درجة فهرنهايت في المبخر. يبلغ ضغط بخار الأمونيا اللامائية عند هذه الدرجة 45 رطل/بوصة مربعة. درجة حرارة الممتص هي درجة حرارة الغلاف الجوي، والتي تُفترض أنها 86 درجة فهرنهايت. بالتالي، يوجد في الممتص خليط من الماء والأمونيا عند درجة حرارة 86 درجة فهرنهايت، وضغط بخار الأمونيا 45 رطل/بوصة مربعة. ومن ثم، من مخطط ptx لخليط الماء والأمونيا، وُجد أن التركيز هو 0.46، مما يُحدد نقطة بداية دورة التبريد، الموضحة بالنقطة 1 في الشكل 3.2.

تبلغ درجة حرارة المكثف 86 درجة فهرنهايت. من مخطط الضغط والحرارة، يبلغ ضغط تشبع الأمونيا اللامائية عند هذه الدرجة 170 رطل لكل بوصة مربعة. يمكن تحديد النقطة 2 من الدورة، نظرًا لأن الضغط والتركيز (الذي

الشكل 3.2 - دورة الديناميكا الحرارية المثالية

لا تتغير القيم خلال العملية (l-2) عند النقطة 2، وهي معروفة. تُحدد النقطة 3 من الدورة بأقصى درجة حرارة للمحلول يمكن الوصول إليها باستخدام المُجمِّع، والتي يُفترض أنها 189 درجة فهرنهايت. هذا يُحدد النقطة 3، وبالتالي التركيز الذي يساوي 0.40 من مخطط ptx.

في الوضع الأمثل، خلال مرحلة التبريد من الدورة، يتم تبريد المحلول أولاً إلى ضغط امتصاص يبلغ 45 رطل لكل بوصة مربعة، وهو ما يعادل عند تركيز 0.40 درجة حرارة امتصاص ابتدائية تبلغ 103 درجة فهرنهايت. وهذا يثبت النقطة 4. وتُستكمل الدورة بالعملية 4-1 التي يتم خلالها إعادة امتصاص الأمونيا المتبخرة عند 17 درجة فهرنهايت في المحلول.

تقرر تصميم الوحدة بأصغر حجم ممكن. ولذلك، تم اختيار مساحة أمامية تبلغ أربعة أقدام مربعة (4 أقدام × 4 أقدام) للمجمع-المولد. استُخدمت أنابيب حديدية سوداء غير ملحومة في جميع أنحاء الوحدة لمقاومة التآكل الناتج عن خليط الأمونيا والماء والضغط المصاحب لتركيزات الأمونيا العالية. استُخدمت صفيحة نحاسية مربعة الشكل (4 أقدام × 4 أقدام) بسماكة 0.06 بوصة (0.06 بوصة) كلوحة تجميع، وتم طلاؤها باللون الأسود غير اللامع. تم لحام الصفيحة باثني عشر أنبوبًا بقطر بوصة واحدة (1 بوصة) على مسافات متساوية تبلغ أربع بوصات (4 بوصات). تم لحام نهايات الأنابيب بقطر بوصة واحدة (1 بوصة) بأنابيب تجميع. ولضمان فصل الماء عن بخار الأمونيا بشكل كافٍ عند خروجه من المجمع-المولد، استُخدم أنبوب بقطر أربع بوصات (4 بوصات) للأنبوب العلوي. وفر هذا الأنبوب، الذي يبلغ طوله 56 بوصة (56 بوصة)، مساحة سطح سائل تبلغ 225 بوصة ^مربعة (225 بوصة مربعة ) عندما كان الأنبوب نصف ممتلئ. ويمكن مراقبة مستوى السائل من خلال فتحات دائرية في طرفي الأنبوب. أما الأنبوب السفلي، فقد استُخدم بقطر بوصتين (2 بوصة) وطول 54 بوصة (54 بوصة). يوضح الشكل 3.3 ترتيب المجمع والمولد.

الشكل 3.3 - جامع الطاقة الشمسية - مولد

لمنع فقدان الحرارة من الجزء الخلفي للمولد-المجمع، استُخدمت رغوة البوليسترين بسماكة أربع بوصات للعزل. كما عُزلت الأنابيب العلوية والسفلية والوصلات الرأسية عند طرفي المجمع حراريًا برغوة البوليسترين. وُضع غطاءان زجاجيان أمام سطح التجميع، مدعومان بإطار خشبي. استُخدم زجاج نوافذ عادي بسماكة ربع بوصة. كانت المسافة بين أنابيب التجميع والغطاء الزجاجي الأول ربع بوصة، وبين الغطاءين الزجاجيين ثلاثة أرباع بوصة. كان الغطاءان الزجاجيان قابلين للإزالة.

كان ميل مستوى المولد 20 درجة بالنسبة للمستوى الأفقي مع توجيه الوحدة نحو الجنوب تمامًا.

يتم استخدام حجم المولد المحسوب أدناه من أبعاد الأنابيب القياسية لتحديد كمية الأمونيا المائية في النظام، ولتحديد التغيرات في مستوى السائل في المولد طوال الدورة.

العنوان الرئيسي (نصف ممتلئ)

1. 667 قدم × 0.5 × 0.0882 قدم مكعب/قدم = 0.206 قدم مكعب

14 أنبوبًا رأسيًا 14 × 4 قدم × 0.00585 قدم مكعب/قدم = 0.328 قدم مكعب رأس سفلي

1. 5 قدم × 0.0233 قدم مكعب/قدم = 0.105 قدم مكعب

الحجم الكلي = 0.639 قدم مكعب

مساحة سطح السائل في الجزء العلوي من الخزان نصف الممتلئ

الحجم النوعي لمحلول الأمونيا

عند النقطة 1، V1 = 0.0192 قدم مكعب/رطل

النقطة 2، V2 = 0.0205 قدم مكعب/رطل، النقطة 3، V3 = 0.0202 قدم مكعب/رطل، النقطة 4، V4 = 0.01895 قدم مكعب/رطل

مستوى السائل في المولد: ابدأ بـ 0.639 قدم ^مكعب من محلول الأمونيا المائية بتركيز 0.46 عند درجة حرارة 86 فهرنهايت. وزنه 0.639/0.0192 = 33.281 رطل

حجم 33.281 رطلاً من محلول الأمونيا المائي بتركيز 0.46 عند درجة حرارة 170 درجة فهرنهايت هو 33.281 × 0.205 = 0.682 قدم ^مكعب

الزيادة في الحجم هي 0.682 - 0.639 = 0.043 قدم ^مكعب

يبلغ ارتفاع مستوى السائل 0.043/1.565 = 0.027 قدم

عندما يكون التركيز X = 0.46

وزن الأمونيا + وزن الماء = 33.281 رطلاً

لذلك، وزن الأمونيا = 15.309 رطل، وزن الماء = 17.972 رطل.

عندما يكون التركيز X = 0.40

وزن الأمونيا = 11.981 رطل

وزن الماء = 17.972 رطل

الوزن الإجمالي = 29.953 رطلاً

لذلك، وزن الأمونيا المقطرة = 3.328 رطل.

بعد تقطير 3.328 رطل من الأمونيا، نحصل على 29.958 رطل من محلول الأمونيا المائي بتركيز 0.40 عند درجة حرارة 139 فهرنهايت.

الحجم = 29.953 × 0.0202 = 0.605 قدم ^مكعب

الانخفاض في الحجم عن الحجم الأولي عند النقطة 1 هو 0.034 قدم ^مكعب .

انخفاض مستوى السائل أسفل المركز هو 0.034/1.565 = 0.022 قدم

الانخفاض في الحجم عن الحجم الأولي عند النقطة 1 هو 0.071 قدم مكعب.

انخفاض مستوى السائل أسفل المركز هو 0.071/1.565 = 0.045 قدم = 0.544 بوصة.

وزن الأمونيا المقطرة = 3.328 رطل

يبلغ حجم الأمونيا هذه (عند 86 درجة فهرنهايت) = 3.328/37.16 = 0.089 قدم مكعب.

لنفترض أن خزان الأمونيا مصنوع من أنبوب من النوع رقم 40، بقطر 4 بوصات. الطول المطلوب = 0.089/0.0882 = 1.015 قدم = 12.18 بوصة.

وبالتالي، تم صنع مستقبل الأمونيا (المكثف والمبخر) من أنبوب حديدي أسود بقطر 4 بوصات وطول 16 بوصة.

لنفترض أن المحتوى الحراري لـ 29.953 رطل من 0.40 أكوا-أمونيا عند 189 درجة فهرنهايت = H ₃ ، والمحتوى الحراري لـ 3.328 رطل من بخار الأمونيا عند متوسط ​​درجة حرارة التوليد (تقريبًا) 178 درجة = H _A ، والمحتوى الحراري لـ 33.281 رطل من 0.46 أكوا-أمونيا عند 86 درجة فهرنهايت = H ₁ .

من الشكل 3.2: H _l = 33.281 x (-55) = -1830 وحدة حرارية بريطانية.

H _A = 3.328 x 627 = 2086 وحدة حرارية بريطانية.

H ₃ = 29.953 × 75 = 2246 وحدة حرارية بريطانية.

لذلك، فإن حرارة التوليد = H ₃ + H _A – H _l = 6162 وحدة حرارية بريطانية.

الإشعاع الشمسي العالمي اليومي على سطح أفقي = 400 كالوري ^{/ سم²} يوم⁻¹

وبالتالي، فإن الطاقة الشمسية الساقطة على المجمع تساوي 3.7 أضعاف حرارة التوليد.

بعد عملية التقطير، تصل درجة حرارة الأمونيا إلى 120 درجة فهرنهايت.

إنثالبي 3.328 رطل من بخار الأمونيا عند درجة حرارة 120 درجة فهرنهايت

إنثالبي 3.328 رطل من الأمونيا السائلة عند ضغط 170 رطل/بوصة مربعة ودرجة حرارة 86 درجة فهرنهايت = 3.328 × 138.9 = 462 وحدة حرارية بريطانية. إجمالي حرارة التكثيف = 2110 - 462 = 1648 وحدة حرارية بريطانية.

تم الحفاظ على درجة حرارة المكثف ثابتة في حدود درجة فهرنهايت واحدة عن طريق غمره في 135 جالونًا (80 × 80 × 80 سم مكعب) من الماء البارد خلال دورة التوليد. وكان خزان الماء مدعومًا بحامل خشبي.

استُخدم أنبوب قطره بوصة واحدة لتوصيل المولد بخزان الأمونيا. واستُخدم جزء من هذا الأنبوب بطول 28 بوصة، يمتد عموديًا من المجمع العلوي، كمُقوِّم لإزالة الماء من الأمونيا المُقطَّرة. أما خط الامتصاص، فكان مصنوعًا من أنبوب قطره ربع بوصة، موصولًا بالمجمع السفلي كما هو موضح في الشكل 3.4.

الشكل 3.4 - ثلاجة صغيرة تعمل بالطاقة الشمسية

الشكل 3.5 - ثلاجة تعمل بالطاقة الشمسية

كان هناك صمامان لإغلاق الأمونيا للتحكم في النظام. وكان يُقاس الضغط في النظام بواسطة مقياسين للأمونيا من نوع بوردون؛ أحدهما مُثبّت على المولد والآخر في أعلى الأنبوب المؤدي إلى خزان الأمونيا. كما استُخدم مقياس حرارة في أعلى المُقوِّم لقياس درجة حرارة بخار الأمونيا.

تم ملء المولد-المجمع بالماء أولاً، ثم قُيست درجة الحرارة لتحديد العلاقة بين درجة حرارة اللوح (T_{_P} ) ودرجة حرارة المحلول (T_{_L} ). أُجريت خمس تجارب (انظر الشكل 4.1). وخلصت النتائج إلى أن درجة حرارة المحلول كانت أقل من درجة حرارة اللوح المقابلة بحوالي 2.4 درجة فهرنهايت. مع ذلك، لوحظ أن درجتي الحرارة كانتا متساويتين في بداية ونهاية كل يوم. يوضح الشكل 4.2 متوسط ​​فروق درجات الحرارة (T_{_P} - T _{_L)} . كانت هذه المعايرة ضرورية لعدم وجود جهاز قياس حرارة عالي الضغط مُثبّت على المولد لقياس درجات الحرارة الداخلية.

بعد عملية الإخلاء، تم شحن النظام بمحلول الأمونيا المائية بتركيز 0.46 (انظر الملحق أ). تُظهر الأشكال من 4.3 إلى 4.14 النتائج التي تم الحصول عليها خلال أربع تجارب. وقد أُجريت هذه التجارب في أيام صافية تقريبًا.

يوضح الشكل 4.3 درجة حرارة الصفيحة (Tp ₎ ، ودرجة حرارة المحلول (TL ₎ المستمدة من المعايرة الموضحة في الشكل 4.2، وضغط بخار المحلول (Pl ₎ ، ودرجة حرارة بخار الأمونيا عند خروجه من المقوم (T2 ₎ ، ودرجة حرارة ماء تبريد المكثف (T3 ₎ خلال فترة التوليد. أما الشكلان 4.4 و4.5 فيوضحان ضغط المبخر، ودرجة حرارة المبخر المستمدة من الضغط، وضغط الامتصاص، ودرجة حرارة الامتصاص لفترة التبريد. ويُبين الشكلان 4.5 الدورات النظرية والفعلية التي نفذها المحلول في المجمع-المولد على التوالي بالرمزين l-2-3'-4' وl-2-3-4-5.

الشكل 4.1 - ملاحظة على درجات حرارة الصفيحة والمحلول

الشكل 4.2 - الاختلافات بين درجة حرارة الصفيحة ودرجة حرارة المحلول (T _P -T _L ): متوسط ​​خمس تجارب.

الشكل 4.3 - الملاحظة أثناء اختبار التبريد في 9 مايو 1975

الشكل 4.4 - الملاحظة أثناء اختبار التبريد في 9 مايو 1975

الشكل 4.5 - دورات الحل الفعلية والنظرية للاختبار الذي أُجري في 9 مايو 1975

الشكل 4.6 - الملاحظات أثناء اختبار التجديد في 10 مايو 1975

الشكل 4.7 - الملاحظات أثناء اختبار التبريد في 10 مايو 1975

الشكل 4.8 - دورات الحل الفعلية والنظرية للاختبار الذي أُجري في 10 مايو 1975

الشكل 4.9 - الملاحظات أثناء اختبار التجديد في 14 مايو 1975

الشكل 4.10 - الملاحظات أثناء اختبار التبريد في 14 مايو 1975

الشكل 4.11 - دورات الحل الفعلية والنظرية للاختبار الذي أُجري في 14 مايو 1975

الشكل 4.12 - الملاحظات أثناء اختبار التجديد في 17 مايو 1975

الشكل 4.13 - الملاحظات أثناء اختبار التبريد في 17 مايو 1975

الشكل 4.14 - دورات الحل الفعلية والنظرية للاختبار الذي أُجري في 17 مايو 1975

يتم تقديم تحليل الاختبار الذي تم إجراؤه في 14 مايو 1974 (الشكل 4.9، 4.10، و4.11) كمثال أدناه.

في البداية لدينا:

تركيز المحلول = 0.46

الوزن الإجمالي للمحلول = 33.281 رطلاً

وزن الأمونيا = 15.309 رطل

وزن الماء = 17.972 رطل

بعد التجديد، يكون التركيز النهائي للمحلول في المجمع-المولد 0.416، كما هو موضح في الشكل 4.11.

 وزن الأمونياوزن الأمونيا + وزن الماء=0.416

منذ

وزن الماء = 17.972 رطلاً،

وزن الأمونيا في المحلول = 12.800 رطل.

لذلك

كمية الأمونيا المقطرة = 2509 رطلاً.

تم تحديد كمية الأمونيا المقطرة أيضاً بمراقبة مستوى السائل في وعاء الاستقبال. يوضح الشكل 4.15 هندسة المقطع العرضي لوعاء الاستقبال.

يترك

ليكن A مساحة المقطع العرضي للسائل،

ليكن R نصف قطر المقطع العرضي لجهاز الاستقبال،

ليكن h ارتفاع مستوى السائل فوق مركز جهاز الاستقبال،

1 ليكن طول جهاز الاستقبال؛

كذلك، لنفترض أن v هو حجم أنبوب التصريف أسفل المُستقبِل. عندئذٍ يكون حجم السائل مساوياً لـ Al + v.

الشكل 4.15 - مقطع عرضي لمستقبل الأمونيا.

أين

أ=ΠR22+حR2-ح2+R2

لدينا R = 2.013 بوصة، و 1 = 1.25 قدم، و v = 0.00105 خصلة؛ وبعد هذه التجربة، لوحظ أن h يساوي 0.3 بوصة. وهذا يعطي

حجم الأمونيا السائلة المقطرة = 0.0666 توف

لوحظ هذا الحجم من الأمونيا السائلة في الساعة 7:00 صباحًا بعد التجديد؛ وكان ضغط بخار الأمونيا 169 رطل لكل بوصة مربعة.

لدينا الآن من جداول الأمونيا:

درجة حرارة الأمونيا = 86 درجة فهرنهايت

كثافة الأمونيا السائلة = 37.16 رطل/قدم ^مكعب

لذلك، فإن وزن الأمونيا السائلة المقطرة = 2.48 رطل.

يتوافق هذا بشكل جيد مع الكمية 2.509 رطل المحسوبة سابقًا من تغير تركيز محلول الأمونيا في الماء. إذا تم تقطير 2.48 رطل من الأمونيا، فإن التركيز النهائي في المولد هو 0.4165، وهذا يؤكد صحة الدورة الديناميكية الحرارية الموضحة في الشكل 4.11.

تقيس نسبة التبريد في الدورة أداء النظام، وتُعرَّف على النحو التالي:

جooلأنانزرأتأناo=ن=سؤالجسؤالز

أين

Qc = التبريد المتاح خلال فترة التبريد، و

Qg = الحرارة التي يمتصها مولد المجمع أثناء التجديد.

يمكن حساب التبريد المتاح خلال فترة التبريد على النحو التالي.

يحتوي 2.509 رطل من الأمونيا السائلة عند درجة حرارة 86 فهرنهايت (169.2 رطل لكل بوصة مربعة) على إنثالبي

= 2.509 × 138.9 وحدة حرارية بريطانية

= 3.48.9 وحدة حرارية بريطانية

يحتوي 2.509 رطل من بخار الأمونيا عند درجة حرارة 19 درجة فهرنهايت على إنثالبي

= 2.509 × 617.5 وحدة حرارية بريطانية

= 1549.30 وحدة حرارية بريطانية

وبالتالي، يمكن الحصول على التبريد

= 1540.30 – 348.50

= 1200.8 وحدة حرارية بريطانية

لنفترض أن المحتوى الحراري لـ 30.772 رطل من 0.416 من الماء والأمونيا

عند درجة حرارة 193 فهرنهايت = H3،

إنثالبي 2.509 رطل من بخار الأمونيا عند متوسط ​​درجة حرارة التوليد

عند درجة حرارة 180 فهرنهايت = HA،

ومحتوى حراري لـ 33.281 رطل من 0.46 ماء الأمونيا

عند 86 درجة فهرنهايت = H1

من الشكل 4.11،

H1 = 33.281 × (-55) = -1830 وحدة حرارية بريطانية

HA = 2.509 × (625) = 1568 وحدة حرارية بريطانية

H3 = 30.772 × (79) = 2431 وحدة حرارية بريطانية

إجمالي الحرارة التي يمتصها المحلول

= H1 +HA + H3

= 5829 وحدة حرارية بريطانية

لذلك، نسبة التبريد

= 1200.8/ 5829

= 0.209

يُعرَّف معامل الأداء الشمسي (COP) بأنه نسبة التبريد المُمكن الحصول عليه إلى كمية الطاقة الشمسية التي تمتصها لوحة التجميع. ويمكن حساب كمية الطاقة الشمسية التي تمتصها لوحة التجميع كما هو موضح بالتفصيل في الملحق ب. بالنسبة للتجربة التي أُجريت في 14 مايو، فإن كمية الطاقة الشمسية التي تمتصها اللوحة هي:

= 13,237 وحدة حرارية بريطانية.

لذلك، فإن معامل الأداء الشمسي

= 1200.8/ 13237

= 0.0907

تم تلخيص نتائج جميع التجارب الأربع في الجدول 4.1.

الجدول 4.1 ملخص النتائج التجريبية

الشكل 4.16 - عملية التبريد - الصورة السفلية تظهر الصقيع على المبخر.

على الرغم من نجاح النظام، إلا أن نسبة التبريد ومعامل الأداء الشمسي لا يزالان منخفضين كما في الدراسات السابقة لتشينابا (1962) وسوارتمان وسواميناثان (1971). يصعب التحكم في فقدان الحرارة في النظام. مع ذلك، فبينما وجد سوارتمان أن عملية الامتصاص بطيئة، لم تكن هناك صعوبات مماثلة في عملية التبريد في هذا النظام. اكتملت عملية الامتصاص في غضون ساعتين، واستغرق تكوّن الجليد على السطح الخارجي للمبخر نصف ساعة (الشكل 4.16).

لقد تم إثبات قدرة معهد AIT على تصميم وبناء وتشغيل أنظمة التبريد التي تعمل بالطاقة الشمسية. علاوة على ذلك، وُجد أن ظروف التشغيل تتوافق تمامًا مع مواصفات التصميم. وبالتالي، فإن نظرية النظام مفهومة جيدًا. وقد أظهرت الميزة الجديدة، التي يتم من خلالها نقل بخار الأمونيا من المبخر إلى الجزء السفلي من المولد بحيث يتم تبديد حرارة الامتصاص أثناء عملية التبريد من الصفيحة المسطحة، أنها تزيل الصعوبة التي واجهها الباحثون السابقون في الحصول على امتصاص سريع بما يكفي للتشغيل المرضي.

بلغت تكلفة تصنيع هذه الوحدة التجريبية 15,500 بات. إذا كانت تكاليف الاستهلاك والصيانة السنوية 10% من التكلفة، فإن التكلفة اليومية تبلغ 4 بات. ويكفي تأثير التبريد الناتج في يوم مشمس لإنتاج كيلوغرامين من الثلج. وتشير دراسات مناخ الإشعاع الشمسي إلى أن متوسط ​​الإنتاج على مدار عام كامل يبلغ حوالي كيلوغرام واحد من الثلج يوميًا. وبالتالي، تبلغ تكلفة الكيلوغرام الواحد من الثلج 4 بات، أي ما يعادل أحد عشر ضعف سعر الجملة للثلج في بانكوك (0.375 بات للكيلوغرام). مع ذلك، كان الهدف من تصنيع هذه الوحدة التجريبية هو مجرد إثبات فعالية التبريد الناتج عن الطاقة الشمسية، واكتساب خبرة عملية؛ ولم تُبذل أي محاولة لتحسين أداء النظام أو تقليل التكلفة. يبدو إذن أن آلة صنع الثلج بالطاقة الشمسية ذات جدوى اقتصادية باتت قريبة المنال.

يجري العمل حاليًا على اختبار ميزتين جديدتين في الثلاجة. الأولى هي صمام تمدد مزود بملف تبخير جاف موصول بين خزان الأمونيا ومداخل الامتصاص. سيُستخدم ملف التبخير لتبريد صندوق صنع الثلج. أما الميزة الثانية فهي مرآة مسطحة تُستخدم لتعزيز التسخين الشمسي للمولد. سيتم اختبار أوضاع مختلفة لتثبيت المرآة. يوضح الشكل 5.1 هاتين الميزتين الجديدتين.

يمكن تصميم ماكينة صنع الثلج بالطاقة الشمسية للاستخدام المنزلي أو في القرى. ستكون الوحدات الأكبر حجمًا، والمصممة للقرى، أكثر كفاءة وبالتالي أقل تكلفة نسبيًا. لذا، سيكون الهدف الرئيسي هو تصميم وبناء واختبار ماكينة صنع ثلج بالطاقة الشمسية تنتج 100 كيلوغرام من الثلج يوميًا دون استخدام النفط أو الكهرباء. يجب أن تكون متينة وسهلة التشغيل. تتطلب الوحدة التي تنتج 100 كيلوغرام من الثلج يوميًا سطحًا لتجميع الطاقة الشمسية بمساحة 20 مترًا مربعًا تقريبًا. سيتم تحسين كفاءة النظام بعدة طرق. سيتم تجنب ارتفاع درجات حرارة التوليد عن طريق الحفاظ على تركيز الأمونيا في المولد ثابتًا باستخدام خزان يحتوي على محلول زائد. سيتم تقليل السعة الحرارية للسخان الشمسي باستخدام فاصل عمودي معبأ بدلًا من رأس توزيع ذي قطر أكبر. سيتم استخدام مبادلات حرارية لتوفير الحرارة أثناء التجديد وللحفاظ على البرودة أثناء التبريد. يوضح الشكل 5.2 النظام.

الشكل 5.1 - صانع الثلج الشمسي الصغير

الشكل 5.2 – نظام جديد مقترح لصنع الثلج يعمل بالطاقة الشمسية

خلال النهار، وأثناء عملية التجديد، يكون الصمام A مفتوحًا والصمام B مغلقًا. يمر المحلول المركز من أعلى الخزان عبر المبادل الحراري إلى أسفل السخان، بينما يعود المحلول المخفف إلى أسفل الخزان. يتكثف بخار الأمونيا من الفاصل في ملف مغمور في ماء بارد ساكن، ويُجمع سائل الأمونيا في المُستقبِل. أما ليلًا، وأثناء عملية التبريد، فيكون الصمام A مغلقًا والصمام B مفتوحًا. تمر الأمونيا من المُستقبِل عبر المبادل الحراري، وصمام التمدد B، والمبخر. ثم يُمتص البخار في محلول الأمونيا المائي المخفف من الخزان السفلي. تُبدد حرارة المحلول بواسطة السخان الشمسي، ويعود المحلول المركز إلى أعلى الخزان. كما يبرد الماء الساكن المحيط بالمكثف بفعل تعرضه لضوء الشمس. في هذا النظام، تم توثيق كفاءة جميع الوحدات الفردية في المراجع العلمية، ولكن لم يسبق دمجها بهذه الطريقة من قبل. ومع ذلك، من غير المرجح أن يُسبب النظام أي مشاكل تقنية خطيرة.

أفاد غوبتا (1976) مؤخرًا أن آر إل داتا وفريقه يعملون على تطوير نظام للأمونيا وثيوسيانات الصوديوم قادر على إنتاج 75 كيلوغرامًا من الثلج يوميًا. معامل الأداء التصميمي أعلى بثلاث مرات من القيمة السابقة، وسيتم تجنب مشاكل التقطير المتأصلة في أنظمة الأمونيا والماء. سيتم استخدام مُجمِّع أسطواني مكافئ مساحته 25 مترًا مربعًا لتسخين المولد.

وقد أشار داتا (1976) بنفسه إلى أن

من الأسهل بكثير تبريد الطعام إلى 10 أو 16 درجة مئوية مع خفض الرطوبة مقارنةً بتبريده إلى درجة حرارة الجليد. ينبغي توجيه البحوث المكثفة نحو تطوير معدات محلية الصنع منخفضة التكلفة لتوفير هذا التبريد في الأقبية، التي قد تكون بعضها تحت الأرض. يمكن استخدام مُجمِّعات الألواح المسطحة الثابتة ذات الأسطح الانتقائية بدلاً من مُجمِّعات التركيز المتحركة، وسيكون تشغيلها بواسطة العمالة المحلية في المناطق الريفية بالدول النامية أرخص من الآلات الأوتوماتيكية التي تتطلب استثمارات رأسمالية أكبر. يُشكّل تشغيل هذه المُبرِّدات الشمسية في المناطق النائية التي لا تتوفر فيها الكهرباء تحديًا كبيرًا.

تُشير الملاحظات المذكورة أعلاه إلى أن تطوير تكنولوجيا التبريد بالطاقة الشمسية لاستخدامها في المناطق النامية مجالٌ نشط، وأن هناك مسارات بحثية متعددة ينبغي متابعتها. وسيبقى معهد آسيا للتكنولوجيا على اطلاعٍ دائم بهذه التطورات، وهو قادر على تقديم إسهاماتٍ قيّمة في هذا المجال.

مجهول، (1963)، دراسة حالة لصانع الثلج الشمسي، الطاقة الشمسية 7، ص 1

BA HLI, F., et al (1970). إمكانيات صانعات الثلج الشمسية. المؤتمر الدولي لجمعية الطاقة الشمسية، ملبورن، أستراليا.

CHINNAPPA, JCV, (1961), دراسة تجريبية لدورة التبريد المتقطعة لامتصاص البخار باستخدام أنظمة التبريد والامتصاص للأمونيا والماء، والأمونيا ونترات الليثيوم، الطاقة الشمسية 5 ص. 1-18.

CHINNAPPA, JCV, (1962), أداء ثلاجة متقطعة تعمل بواسطة جامع مسطح، الطاقة الشمسية المجلد 6 الصفحات 143-150.

داتا، سي إل، (1976)، الطاقة الشمسية - أهميتها بالنسبة للدول النامية. ورقة عمل، فريق الخبراء العامل المعني باستخدام طاقة الرياح والطاقة الشمسية، مارس 1976، قسم الموارد الطبيعية، اللجنة الاقتصادية والاجتماعية لآسيا والمحيط الهادئ، بانكوك.

فاربر، إي إيه، (1970)، تصميم وأداء نظام تبريد شمسي مضغوط، ورقة رقم 6/58، 1970، المؤتمر الدولي لجمعية الطاقة الشمسية، ملبورن، أستراليا.

غوبتا، سي إل، (1976)، الطاقة الشمسية في الهند، ورقة عمل، فريق الخبراء العامل المعني باستخدام طاقة الرياح والطاقة الشمسية، مارس 1976، قسم الموارد الطبيعية، اللجنة الاقتصادية والاجتماعية لآسيا والمحيط الهادئ، بانكوك.

ميريام، إم إف، (1972)، مصادر الطاقة اللامركزية للدول النامية، معهد التكنولوجيا والتنمية، مركز الشرق والغرب، ورقة عمل رقم 19

الأكاديمية الوطنية للعلوم (1972)، الطاقة الشمسية في البلدان النامية: وجهات نظر وآفاق. الأكاديمية الوطنية للعلوم، واشنطن العاصمة

سوارتمان، آر كيه، إتش إيه، في إتش، نيوتن، إيه جيه، (1973) مسح للتبريد بالطاقة الشمسية، الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين، أغسطس 1973، 73-WA/Sol-6

SWARTMAN, RK, and SWAMINATHAN, C., (1971), Solar Powered Refrigerator, Mechanical Engineering, June 1971, Vol. 6, pp. 22-24.

ترومب، ف.، و فوكس، م.، (1964)، الميزانية الاقتصادية لتصنيع الثلج باستخدام آلة امتصاص تستخدم الشمس كمصدر للحرارة، دورات جديدة في الطاقة، المجلد 4، منشورات الأمم المتحدة، رقم المبيعات 63.I.38، الصفحات 56-59

تطلّب هذا البحث محلولًا من الأمونيا في الماء. وفي بعض الأحيان، يكون شراء الأمونيا اللامائية وسكبها مباشرةً في الماء تحت ظروف مُحكمة للحصول على محلول بالتركيز المطلوب أكثر اقتصادية. ولأن الثلاجة التي تعمل بالطاقة الشمسية نظام مغلق، لم تكن بحاجة إلى إعادة شحن دورية. إلا أن إعادة الشحن كانت ضرورية في حال حدوث تسريب أو في حال تفريغ الأمونيا لأي سبب كان.

1. أسطوانة الأمونيا السائلة

2. خزان المياه منزوعة المعادن

3. خزان الأمونيا المائية

4. مقياس الضغط

5. خرطوم مطاطي

6. ثنائي كرومات البوتاسيوم

7. ميزان وزن، من 0 إلى 200 رطل

8. الصمامات

9. مضخة تفريغ الهواء.

قم بإعداد المعدات كما هو موضح في الشكلين A1 وA2. من الضروري إزالة الهواء من النظام، حيث أن وجود الهواء يُضعف أداءه. لذلك، يلزم استخدام مضخة تفريغ. يُنصح بإضافة ثنائي كرومات البوتاسيوم (أونصة واحدة لكل 60 رطلاً) إلى الماء منزوع المعادن لتقليل التآكل الداخلي لنظام التبريد الشمسي.

تُتخذ الخطوات التالية في عملية الشحن:

أ) افتح الصمامات V-6 و V-1 و V-2 و V-3 لتفريغ الهواء من النظام بواسطة مضخة تفريغ، ثم أغلق جميع الصمامات.

ب) قم بوزن خزان الأمونيا المائي الفارغ.

ج) افتح V-1 و V-2 و V-5 للسماح بدخول 18.9 رطل من الماء إلى خزان الأمونيا المائية؛ أغلق V-5 و V-2.

د) افتح V-3 و V-4 برفق للسماح بدخول 16.1 رطل من الأمونيا السائلة ببطء إلى الخزان، ثم أغلق V-3 و V-4.

هـ) اترك الخزان ليبرد لمدة ست أو ثماني ساعات تقريبًا، وبعد ذلك سينخفض ​​الضغط إلى مستوى منخفض.

و) قم بإخلاء وحدة التبريد التي تعمل بالطاقة الشمسية بواسطة مضخة تفريغ.

ز) قم بإزالة خزان الأمونيا المائية من معدات الخلط وقم بتثبيته على وحدة التبريد كما هو موضح في الشكل A3.

ح) لكي يتدفق الماء من خزان الأمونيا إلى المولد، يجب أن يكون ضغط البخار في الخزان أعلى من ضغط البخار في المولد. لذلك، يُبرَّد المولد بالماء، ويُسخَّن الخزان بأشعة الشمس.

1) تتوقف عملية الشحن عندما يكون الجزء العلوي من المولد ممتلئًا إلى النصف.

الشكل أ1 - معدات الخلط

الشكل أ2 – معدات الخلط

الشكل أ-3 معدات الشحن

يُفترض أن الإشعاع المنتشر في بانكوك خلال شهر مايو يبلغ 200 كالوري/سم²/يوم. كما يُفترض أن الإشعاع المنتشر على سطح مائل يتناسب طرديًا مع زاوية الميل، وأنه يساوي نصف قيمته القصوى عندما يكون السطح عموديًا. زاوية الميل تساوي 20 درجة عن الأفقي. وبناءً على ذلك، يُقدّر الإشعاع المنتشر على المُجمِّع المائل (D') بـ 200 - 20/90 × 100 = 178 كالوري/سم²/يوم. سُجِّل إجمالي الإشعاع الشمسي العالمي اليومي في المعهد الآسيوي للتكنولوجيا باستخدام جهاز قياس الإشعاع ثنائي المعدن المُثبَّت على سطح مبنى الهندسة الشمالي بالمعهد. تُظهر النتائج في الشكل B1. خلال فترة الاختبارات، كانت الشمس قريبة جدًا من سمت الرأس عند منتصف النهار. لذلك، افترضنا تقريبًا أنه بما أن المُجمِّع (المُوجَّه جنوبًا) كان مائلًا بزاوية 20 درجة عن الأفقي، فيجب ضرب المركبة الرأسية للإشعاع الشمسي المباشر بمعامل جتا 20 درجة لتقدير مركبة الإشعاع المباشر الساقط عموديًا على المُجمِّع. وبما أن الإشعاع الكلي (Q)

= الإشعاع المباشر + الإشعاع المنتشر.

إجمالي الإشعاع على المجمع المائل (Q')

= D' + (Q-200)cos20o

= 178 + (Q-200)x0.94 calcm-2day-1,

حيث Q هو الإشعاع العالمي اليومي.

الشكل ب1 – الإشعاع الشمسي العالمي اليومي في المعهد الآسيوي للتكنولوجيا

لإجراء الاختبار في 14 مايو 1975

Q = 467 calcm-2day-1.

لذلك،

Q = 429 calcm-2day-1

= 24,514 وحدة حرارية بريطانية في اليوم على مساحة تجميع 4 × 4 قدم

= 16.342 وحدة حرارية بريطانية لكل 8 ساعات

بافتراض أن نسبة النقل عبر الغطاء الزجاجي تساوي 90 بالمائة، فإن حوالي 90 بالمائة من الطاقة الشمسية الساقطة الأصلية ستنتقل عبر الغطاء الزجاجي الأول و90 بالمائة أخرى عبر الغطاء الزجاجي الثاني.

وبالتالي، فإن الحرارة التي تنتقل إلى لوحة التجميع تبلغ حوالي 13237 وحدة حرارية بريطانية.

ينبغي التأكيد على أن التقديرات التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة تقريبية للغاية.

تبريد

التبريد الشمسي للقاحات

الطبخ الشمسي

جامع الطاقة الشمسية

التقطير

التقطير الشمسي

الأمونيا

مقياس الضغط

ضغط التشبع