وتستخدم النظم الحرارية الشمسية لتحويل ضوء الشمس إلى حرارة بالنسبة لمختلف التطبيقات مثل تدفئة المياه وتدفئة الفضاء، ويساعد فهم توازن الطاقة في هذه النظم على تحقيق أقصى قدر من الكفاءة والأداء، وتقدم هذه المادة أمثلة للعالم الحقيقي توضح كيف أن مدخلات الطاقة والخسائر والناتج المفيد للطاقة متوازنة في مختلف التركيبات الحرارية الشمسية.

مياه سولارية

وفي التطبيقات السكنية، تتألف سخانات المياه الشمسية عادة من جامعات الطاقة الشمسية، وخزانات التخزين، وعناصر التدفئة المساعدة، وتلتقط أجهزة جمع الطاقة من ضوء الشمس وتنتقل إلى المياه، وينظر رصيد الطاقة في الطاقة الشمسية المتلقاة، والخسائر الحرارية من خلال العزل، والطاقة المستخدمة لتدفئة المياه.

فعلى سبيل المثال، قد يتلقى النظام 5 كيلوواط من الطاقة الشمسية يومياً، نظراً للخسائر في الحرارة وأوجه القصور، يُنقل نحو 3.5 كيلوواط إلى المياه، مما يؤدي إلى إنتاج مفيد للطاقة، وتضيع الطاقة المتبقية من خلال السلوك والاحتقار والإشعاع، مما يبرز أهمية العزل السليم وتصميم النظم.

محطة الطاقة الحرارية الكبيرة الحجم

وفي محطات الطاقة الحرارية الشمسية، تركز المرايا ضوء الشمس على جهاز استقبال لتوليد الحرارة العالية الحرارة، وتستخدم هذه الحرارة لإنتاج البخار، مما يدفع التوربينات لتوليد الكهرباء، ويشمل ميزان الطاقة الطاقة الشمسية المأخوذة والخسائر الحرارية في جهاز الاستقبال وكفاءة التحويل.

فعلى سبيل المثال، قد تتلقى النباتات 100 ميغاواط من الطاقة الشمسية، نظراً لخسائرها في عمليات الاستلام ونقل الحرارة، فإن حوالي 80 ميغاواط من الطاقة الحرارية متاحة لتوليد الطاقة، وقد تكون كفاءة تحويل الطاقة الحرارية إلى الكهرباء حوالي 40 في المائة، مما يؤدي إلى 32 ميغاواط من ناتج الطاقة الكهربائية، مما يدل على أهمية تقليل الخسائر إلى أدنى حد لتحسين الكفاءة العامة.

النظم الحرارية الشمسية الصناعية

وكثيرا ما تنطوي التطبيقات الصناعية على نظم حرارية شمسية واسعة النطاق تستخدم لتسخين العمليات، مثل التصنيع الكيميائي أو تجهيز الأغذية، وتصمم هذه النظم لتلبية مطالب حرارية محددة، مع تحقيق التوازن في مدخلات الطاقة وخسائرها.

ومن الأمثلة على ذلك نظام يتلقى 200 كيلوواط من الطاقة الشمسية يوميا، وبعد حساب الخسائر في الحرارة وعدم كفاءة النظم، يستخدم حوالي 150 كيلوواط في العمليات الصناعية، ويكفل تصميم النظام السليم الاستخدام الأقصى للطاقة الشمسية المأخوذة، ويقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري، ويخفض التكاليف التشغيلية.