تُعدّ الهيليوستات وألواح الطاقة الشمسية من أبرز الأجهزة المستخدمة في حصاد الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة المتجددة وتقليل البصمة الكربونية. ورغم أن كلتا التقنيتين تُستخدمان ضمن أنظمة الطاقة الشمسية، فإن لكلٍ منهما غرضًا مختلفًا وخصائص مميزة تمنح فوائد متنوعة بحسب ظروف التشغيل. يتناول هذا المقال الجوانب المهمة لتتبّع الهيليوستات باستخدام مشغلات خطية صناعية، مثل فوائدها، وحالات الاستخدام المثالية، وأبرز المواصفات التي ينبغي أخذها في الحسبان.
مقارنة الهيليوستات بألواح الطاقة الشمسية
الهيليوستات وألواح الطاقة الشمسية تقنيتان تُستخدمان في أنظمة الطاقة الشمسية، لكنهما تخدمان أغراضًا مختلفة وتتميزان بخصائص متباينة. الهيليوستات جهاز يستخدم مرايا لتتبّع حركة الشمس وعكس أشعتها نحو هدف محدد مثل مستقبِل مركزي. تُستخدم الهيليوستات عادةً في أنظمة الطاقة الشمسية المركزة (CSP)، حيث يُستفاد من أشعة الشمس المركزة لتوليد الكهرباء أو إنتاج الحرارة. تكون هذه الأنظمة عادةً كبيرة النطاق وتتطلب مساحة شاسعة، وتعمل بأفضل أداء في مناطق مثل الصحارى الواسعة. كما أن الاستفادة من الهيليوستات تتطلب بنية تحتية أقل مقارنةً بتركيب ألواح شمسية في مساحة مُماثلة. إضافةً إلى ذلك، تحقق الهيليوستات مستويات تركيز أعلى بكثير من الألواح الشمسية، ما قد يؤدي إلى درجات حرارة أعلى وإنتاجية طاقة أكبر.
تقوم الألواح الشمسية بتحويل ضوء الشمس مباشرةً إلى كهرباء عبر مواد شبه موصلة، وهي الخيار الأكثر شيوعًا في التطبيقات السكنية والتجارية وعلى مستوى المرافق. ويرجع ذلك إلى مرونتها العالية، إذ يمكن تركيبها على الأسطح، أو على الأرض، أو دمجها بصورة مُدمجة ضمن مواد البناء. مقارنةً بالهيليوستات، تمتلك الألواح الشمسية مستوى تركيز أقل مع استمرار قدرتها على توليد الكهرباء بكفاءة. يعتمد الاختيار بين الهيليوستات والألواح الشمسية على التطبيق المحدد، والمساحة المتاحة، والقيود التكلفية، ومخرجات الطاقة المطلوبة.
كيفية استخدام الهيليوستات
من خلال ضبط مواضع مراياها باستمرار، تضمن الهيليوستات توجيه أكبر قدر ممكن من أشعة الشمس نحو المستقبِل المركزي طوال اليوم. يساعد ذلك على تعظيم كفاءة جمع الطاقة الشمسية والاستفادة منها بواسطة المستقبِل المركزي المسؤول عن تحويل أشعة الشمس المنعكسة إلى طاقة حرارية أو كهربائية تُستخدم في:
- لوح شمسي
- مجمّع حراري شمسي
- فرن شمسي
- موقد شمسي
- برج شمسي
الأفران الشمسية
يُستخدم الفرن الشمسي غالبًا مع الهيليوستات، وهو بنية تسخين مُغلقة تستخدم الطاقة الشمسية المركزة لتوليد حرارتها. قد يتكون من مرايا قطع مكافئ كبيرة تُعرف باسم “المُركِّزات”، كما قد يعمل مع صفيف من مرايا الهيليوستات التي تركز أشعة الشمس على نقطة أو مستقبِل مركزي. وفي الظروف المناسبة، يمكن أن تصل أشعة الشمس المركزة إلى درجات حرارة عالية جدًا تتجاوز 3500 °م. وهذا يسمح باستخدام الفرن الشمسي في تطبيقات عدة مثل:
- تسخين السوائل
- صهر المعادن
- توليد البخار/تشغيل توربينات بخارية
- إنتاج الكهرباء
المواقد الشمسية
تأتي المواقد الشمسية بتصميمات متنوعة، تشمل المواقد الصندوقية، والقطع المكافئ، ولوحات الطهي. تتشابه هذه التصاميم مع الأفران الشمسية ولكن على نطاق أصغر، إذ تستخدم ضوء الشمس من أجل:
- غلي الماء
- بسترة المشروبات
- طهي الطعام
- تسخين أصناف أخرى من الطعام
توفر هذه المواقد بديلًا مستدامًا وصديقًا للبيئة لطرق الطهي التقليدية المعتمدة على الوقود الأحفوري. وبوصفها حلولًا ميسورة ومحمولة، تُستخدم المواقد الشمسية في المناطق التي يكون فيها الوصول إلى الكهرباء أو الغاز محدودًا، ما يجعلها مفيدة للغاية في الدول النامية.
المواصفات المهمة للمشغلات في الهيليوستات
يمكن أن يتم تدوير الهيليوستات عبر نظام أحادي المحور أو ثنائي المحور يقوده مشغّلات أو مُحرّكات تدوير (Slewing Drives) — وهي علبة تروس قادرة على تحمّل الأحمال القَطرية والمحورية بأمان، ونقل العزم للدوران. تُستخدم المشغلات الخطية الكهربائية على نطاق واسع في أنظمة تتبّع الشمس الخاصة بالألواح الشمسية والهيليوستات. وفي بعض الحالات، قد يستخدم متتبعو الشمس مزيجًا من المشغلات ومحرّكات التدوير، ومع ذلك تبقى المواصفات المهمة التي ينبغي دائمًا اختبارها وأخذها في الحسبان لهذه أنظمة الحركة هي:
- تصنيف القوة
- تصنيف الحماية (تصنيف IP)
- خيارات التغذية الراجعة
- الأبعاد الفيزيائية
تصنيف القوة
يُعد اختيار خيار القوة المناسب للمشغلات الخطية الكهربائية أمرًا بالغ الأهمية لضمان سلاسة التشغيل وطول العمر. نوصي بحساب القوة المطلوبة لتطبيقك قبل شراء أي مشغّل. لا تتطلب التطبيقات الشمسية متطلبات عالية من حيث السرعة أثناء الحركة، لكنها غالبًا ما تستفيد من وجود تصنيف قوة مرتفع. وبخلاف ما يوفّره ذلك من متانة هيكلية إضافية بطبيعته، فإن تصنيف القوة العالي — والموجود عادةً في المشغلات الخطية الصناعية — يضمن بدرجة أفضل توافر عزم دوران كافٍ لتحريك هيليوستاتك إلى الوضعية المطلوبة عند هبوب رياح عاتية.
تصنيف الحماية (IP)
يسهم الحصول على تصنيف حماية (IP) كافٍ في إطالة عمر المنتج عند التعرض للماء. نوصي بتصنيف لا يقل عن IP66 للتطبيقات الخارجية مثل الهيليوستات. تتضمن مجموعتنا من المشغلات خيارات بتصنيفات تبدأ من IP66 للاستخدام الخارجي وصولًا إلى IP68M ديناميكي/IP69K ثابت للغمر الكامل. تُعد الوحدات المصنّفة IP66 مناسبة لمعظم الاستخدامات الخارجية لقدرتها على تحمل الغبار وتغلغل السوائل بشكل متوسط. كما أن الحصول على شهادات مقاومة الأشعة فوق البنفسجية ورذاذ الملح — كما في المشغل الخطي لتعقب الشمس PA-100 — يعزّز من عمر الوحدة في الصحارى أو المناطق المعرّضة للأملاح.
خيارات التغذية الراجعة
قد تتطلب بعض الأنظمة القائمة الخاصة بالهيليوستات مشغلات بنوع محدد من التغذية الراجعة للعمل بشكل صحيح مع وحدات التحكم الخاصة بها. صُمِّمت المفاتيح الحدّية وحساسات التغذية الراجعة للموضع للمساعدة في منع الإفراط في الدوران أو حدوث تلف للهيليوستات أثناء التشغيل. ويعود ذلك إلى أن معرفة موضع المشغّل مفيدة في التطبيقات التي تتطلب تحرك عدة مشغلات بالسرعة نفسها، أو حفظ وضعيات مُسبقة، و/أو جمع معلومات الموضع لتحليل المستخدم. عند اختيار مشغّل، من المهم التأكد من امتلاكه نوع التغذية الراجعة الملائم للتوافق مع نظامك.
الأبعاد الفيزيائية
قبل التثبيت، من المهم التحقق مما إذا كانت المساحة المتاحة تستوعب طول المشغّل وعرضه وارتفاعه. تُعد قيمة بُعد الثقب إلى الثقب (H2H) للمشغّل في وضع الانكماش أول قياس حاسم لتحديد متطلباته الفيزيائية. ويمثل هذا القياس المسافة من مركز ثقب التثبيت الخلفي إلى مركز ثقب التثبيت الأمامي. ومن الضروري التأكد من توافق هذا البُعد بين مركز ثقب التثبيت الخلفي في تطبيقك ومركز ثقب التثبيت الأمامي. تأتي مشغلاتنا الخطية الصناعية بمجموعة من الأحجام المختلفة، بدءًا من المشغل الصناعي الصغير PA-09 وصولًا إلى أكبر مشغلاتنا المشغل الخطي لتعقب الشمس PA-100، تبعًا للمقياس الذي تحتاجه لهيليوستاتك.
محور واحد أم محوران
يحرّك متتبع الهيليوستات أحادي المحور المرايا في اتجاه واحد فقط — عادةً من الشرق إلى الغرب — متتبعًا مسار الشمس طوال اليوم. أما المتتبع ثنائي المحور فيمكنه تحريك المرايا أفقيًا (من الشرق إلى الغرب) وعموديًا (أعلى وأسفل)، ما يسمح بتتبّع موقع الشمس ليس على مدار اليوم فحسب بل طوال العام أيضًا لتحقيق كفاءة إجمالية أعلى. تكون المتتبعات أحادية المحور أبسط وأقل تكلفة من ثنائية المحور، غير أن المتتبعات ثنائية المحور توفر كفاءة أكبر على مدار العام.
يعتمد الاختيار بين المتتبع أحادي المحور وثنائي المحور عمومًا على عوامل مثل متطلبات نظام الطاقة الشمسية المحدد، والمساحة المتاحة، والميزانية، ومخرجات الطاقة المنشودة. غالبًا ما تكون المتتبعات أحادية المحور مناسبة لمعظم التطبيقات وتحقق توازنًا جيدًا بين التكلفة والأداء. بينما تكون المتتبعات ثنائية المحور أفضل عادةً في الحالات التي يكون فيها الحد الأقصى من إنتاج الطاقة أمرًا حاسمًا، مثل محطات الطاقة الشمسية المركزة أو الأنظمة الكهروضوئية عالية الكفاءة. في نهاية المطاف، ينبغي أن تستند قرارك بين المتتبعات أحادية وثنائية المحور إلى تقييم دقيق لمتطلبات مشروعك وتحليل للتكلفة مقابل العائد.
الخلاصة
يمكن للهيليوستات أن توفّر عدة مزايا بوصفها حلًا نظيفًا ومتجددًا للطاقة لتقليل بصمتنا الكربونية. وعند الجمع بينها وبين المشغلات الخطية الصناعية، فإن الكلفة المعقولة، والبساطة، وقدرات توليد الطاقة العالية للهيليوستات تجعلها خيارات رائعة لتعظيم الاستفادة من الطاقة الشمسية في الأنظمة واسعة النطاق.
بوصفها إحدى أبرز موردي المشغلات الخطية الكهربائية، تقدم Progressive Automations مرونة وجودة ودعمًا وخبرة ميدانية رائدة في القطاع لتلبية جميع احتياجاتك. إذا كانت لديك أي أسئلة إضافية حول ما يمكننا تقديمه، فلا تتردد في التواصل معنا! نحن خبراء فيما نقوم به ونحرص على ضمان حصولك على أفضل الحلول لتطبيقك.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123
