ابتكار سخان شمسي يحوّل الرمال إلى نظام لتخزين الطاقة الحرارية ويوفر الماء الساخن بتكلفة منخفضة

2025/06/01 - 05:53:51am باسم عمور

أعلن باحثون من المعهد الوطني للتكنولوجيا (NIT) في كوركشترا بالتعاون مع المعهد الوطني للطاقة الشمسية (NISE) في جوروجرام، عن تطوير نموذج أولي مبتكر لسخان شمسي يستخدم الرمال الناعمة كمادة لتخزين الحرارة، ويهدف هذا النظام إلى تقليل تكلفة تسخين المياه لتصل إلى 0.0233 دولار فقط لكل كيلوواط ساعي، مما يجعله من أكثر الخيارات كفاءة واستدامة في مجال الطاقة المنزلية.
- الرمال: خيار ذكي لتخزين الطاقة الحرارية
اختار الباحثون الرمال لعدة أسباب عملية وفنية، أبرزها:
قدرتها العالية على الاحتفاظ بالحرارة.
توزيعها المتساوي للحرارة داخل الوسط التخزيني.
انخفاض تكلفتها وتوفرها الكبير في الطبيعة.
ويعتمد النظام الجديد المسمى "السخان الشمسي الرملي الناعم" (FSG) على هذه الخصائص، ليقدّم حلاً مبتكرا لمشكلة تذبذب توفر الطاقة الشمسية على مدار اليوم.
- تفاصيل التصميم البسيط والفعال للنظام
يتكون نظام FSG من:
سخان شمسي يحتوي على رمال ناعمة كمادة تخزين حراري.
سلك تسخين من النيكروم (NHR) يحول الكهرباء إلى حرارة.
مبادل حراري دائري (CHX) مع زعانف من الألمنيوم لتحسين نقل الحرارة.
تُنتج الطاقة الكهربائية اللازمة عبر ثلاثة ألواح شمسية بولي كريستالية بقدرة 300 واط لكل منها، لتشغيل سلك التسخين الذي ينقل الحرارة إلى الرمال التي تزن 120 كغ. وعند الحاجة للماء الساخن، ينقل المبادل الحراري الحرارة من الرمال إلى الماء عبر أنابيب داخلية.
- نتائج مبهرة في التجارب الأولية
خلال الاختبارات المبدئية، أظهر النظام أداءً رائعا، حيث:
ارتفعت درجة حرارة الرمال من 25.2°C إلى 164.2°C في اليوم الأول.
وفي اليوم الثاني، زادت الحرارة من 94.7°C إلى 211.9°C.
تم تخزين 14.02 ميغا جول و11.81 ميغا جول من الطاقة الحرارية بكفاءة شحن بلغت 97.41% و90.76% على التوالي.
وعند الاستخدام، أنتج النظام:
140 لترا و152 لترا من الماء الساخن خلال يومين، بمعدل تدفق 0.67 لتر/دقيقة.
متوسط فرق درجة الحرارة بين مدخل ومخرج الماء بلغ 11.7°C و13.75°C.
بلغت كفاءة تفريغ الحرارة 90.0% و90.05% في اليومين.
- تحليل اقتصادي واعد ومشجع
تشير نتائج الدراسة إلى أن نظام PFSG يُعد خيارا اقتصاديا فائق الجاذبية للاستخدام المنزلي. حيث أظهرت التحليلات:
تكلفة طاقة 0.0233 دولار لكل كيلوواط ساعي.
فترة استرداد تكلفة لا تتجاوز 4.45 سنوات.
عمر تشغيلي متوقع يصل إلى 25 سنة.
وهذا يعني أن النظام قادر على توفير ماء ساخن منخفض التكلفة حتى في الظروف الليلية أو في فترات ضعف الإشعاع الشمسي.
- حل بيئي ذكي لمستقبل الطاقة
من خلال دمج تقنيات الطاقة الشمسية مع مواد طبيعية منخفضة التكلفة مثل الرمال، يفتح هذا الابتكار آفاقا جديدة في تصميم أنظمة الطاقة المتجددة المنزلية، فهو لا يقدّم فقط حلاً لمشكلة تذبذب الطاقة الشمسية، بل يفعل ذلك بشكل مستدام، وصديق للبيئة، واقتصادي في آن واحد.