رفع كفاءة مكيفات الطاقة الشمسية.. تقنية عراقية تدعم نشر الطاقة النظيفة

تشغل قضية رفع كفاءة مكيفات الطاقة الشمسية اهتمامات الباحثين، في محاولة لتسريع التوسع في استعمالات الطاقة النظيفة في المنازل، ولا سيما مع ارتفاع الطلب خلال فصل الصيف.

وفي هذا الإطار، توصلت باحثة عراقية إلى تقنية جديدة لرفع كفاءة مكيفات الطاقة الشمسية -اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)- بإجراء تحقيق تحليلي وتجريبي ومحاكاة لتحديد إمكان تشغيل مكيف هواء من نوع إنفرتر على الطاقة المُولدة من الألواح الشمسية.

وأجرت الباحثة تجربتها بمركز قضاء في مدينة الشطرة بمحافظة ذي قار في جنوب العراق بالمنطقة الواقعة على خط طول 47.17 وخط عرض 31.43، خلال 4 أشهر في الصيف (مايو/أيار – يونيو/حزيران – يوليو/تموز – أغسطس/آب) من العام الجاري 2024.

جاء ذلك خلال رسالة الباحثة في كلية الهندسة بجامعة ذي القار العراقية المهندسة رسل علاء، لنيل شهادة الماجستير في الهندسة الميكانيكية، تحت إشراف أستاذ الطاقة والحراريات الدكتور مشتاق إسماعيل الإبراهيمي.

آلية العمل

استعملت الباحثة، في تقنيتها، 4 ألواح شمسية من طراز لونغي، بسعة 570 واط، وأبعاد اللوحة (2.30 * 2.30 مترًا)، ووجهت الألواح نحو الجنوب بزاوية ميل 16 درجة، من أجل الحصول على أفضل شدة إشعاعية، بحيث تتراوح كمية الجهد الكهربائي القادم من اللوحة ما بين 154 و195 فولت من التيار المستمر.

وتحكمت الباحثة بالنظام الشمسي عن طريق محول بقدرة 3.5 كيلوواط ونظام 24 فولت يعمل بتقنية تتبع نقطة الطاقة القصوى (MPPT Max Power Point Tracking)، لتحقيق أقصى استغلال لطاقة الألواح الشمسية.

ويعمل محول الطاقة بعدة وظائف، تتمثّل في تحويل التيار المستمر القادم من الألواح الشمسية إلى تيار متردد يمكن استعماله في الأعمال المنزلية، بالإضافة إلى شحن البطاريات بفائض الكهرباء لاستعمالها في أثناء ساعات الليل أو عند غياب ضوء الشمس.

كما يحتوي المحول على منظم شحن داخلي ينظم شحن البطارية، ويضمن عدم حدوث شحن زائد، إذ يقطع التيار عن البطارية إذا وصل إلى مستوى معين بحيث لا يصل إلى 100%.

واستعملت الباحثة بطاريتين بسعة 12 ألفًا و200 فولت أمبير للاستفادة منهما في أثناء فترات انقطاع الإشعاع الشمسي، وتوفير تيار كهربائي احتياطي، إذ يوفر معدل عمل من ساعتين إلى 3 ساعات ليلًا.

وأجرت الباحثة تجربتها على مكيف هواء إنفرتر بسعة 12 ألف وحدة حرارية بريطانية (0.875) كيلوواط، بجانب 4 حساسات وجهاز تسجيل بيانات وجهاز قياس تدفق الهواء.

وأوضحت المهندسة رسل علاء، في تصريحات إلى منصة الطاقة المتخصصة، أن من أهم مواصفات مكيف الهواء الإنفرتر التحكم في كمية التيار المسحوب حسب الحاجة.

النتائج التجريبية

أُجريت الدراسة داخل مبنى سكني في غرفة أبعادها 3*4*5 أمتار، إذ وجدت الباحثة أن الإشعاع الشمسي يبدأ من الساعة 5:00 صباحًا وحتى 6:00 مساءً، ولكن في الساعة 5:00 صباحًا يكون الإشعاع ضعيفًا ولا يمكنه تشغيل مكيف الهواء.

لذا لجأت الباحثة إلى تسجيل القراءات من الساعة الـ7:00 صباحًا إلى الـ5:00 مساءً، وبدأت تشغيل النظام في الساعة 7:00 صباحًا لتعويض نقص الإشعاع الشمسي من بنك البطاريات.

وبعد الساعة الـ7:00 صباحًا يبدأ النظام بالاعتماد فقط على الإشعاع الشمسي لتشغيل المكيف وشحن البطاريات في الوقت نفسه.

وأكدت الباحثة العراقية -في تصريحاتها إلى منصة الطاقة- أن النتائج التجريبية التي حصلت عليها أكدت أن المكيف الذي يعمل بالطاقة الشمسية قد تمكّن من العمل لمدة 11 ساعة متواصلة خلال النهار، وساعتين خلال المساء بالاعتماد على البطاريات.

وحقق النظام كفاءة عالية من حيث توفير الطاقة ومعدل التبريد والاقتصاد في كمية الكهرباء المستهلكة.

وعقدت الباحثة مقارنة بين النتائج التجريبية ونتائج التحليل الرياضي وبعض الأبحاث السابقة للتحقق من صحة العمل، وكانت نتيجة المقارنة جيدة، إذ أثبتت تفوق التقنية بنسبة (2%).

وكشف التحليل الاقتصادي -الذي أجرته الباحثة لنظام مكيفات الطاقة الشمسية- عن تحديد مدة استرداد رأس المال تصل إلى 4 أعوام.