بركة الطاقة الشمسية

البركة الشمسية عبارة عن حوض من الماء المالح يجمع ويخزن الطاقة الحرارية الشمسية. يشكل الماء المالح بشكل طبيعي تدرجًا رأسيًا في الملوحة يُعرف أيضًا باسم " الهالوكلاين "، حيث يطفو الماء منخفض الملوحة فوق الماء عالي الملوحة. تزداد طبقات المحاليل الملحية تركيزًا (وبالتالي كثافة) مع العمق. تحت عمق معين، يكون للمحلول تركيز ملحي عالٍ ومتجانس.

عندما تلامس أشعة الشمس قاع بركة ضحلة، فإنها تسخن الماء المجاور للقاع. وعندما يسخن الماء في قاع البركة، تقل كثافته عن كثافة الماء البارد فوقه، فتبدأ عملية الحمل الحراري . تعمل البرك الشمسية على تسخين الماء عن طريق إعاقة هذا الحمل الحراري. يُضاف الملح إلى الماء حتى تتشبع الطبقات السفلية منه تمامًا . لا يختلط الماء عالي الملوحة في قاع البركة بسهولة مع الماء منخفض الملوحة فوقه، لذا عندما تسخن الطبقة السفلية من الماء، يحدث الحمل الحراري بشكل منفصل في الطبقتين السفلية والعلوية، مع اختلاط طفيف بينهما. هذا يقلل بشكل كبير من فقدان الحرارة، ويسمح للماء عالي الملوحة بالوصول إلى درجة حرارة 90  درجة مئوية مع الحفاظ على  درجة حرارة الماء منخفض الملوحة عند 30 درجة مئوية. ^{[ 1 ]} يمكن بعد ذلك ضخ هذا الماء الساخن المالح لاستخدامه في توليد الكهرباء، من خلال توربين أو كمصدر للطاقة الحرارية.

• يُعد هذا النهج جذابًا بشكل خاص للمناطق الريفية في البلدان النامية . إذ يمكن إنشاء مجمعات مياه كبيرة جدًا بتكلفة لا تتجاوز تكلفة بطانة البركة المصنوعة من الطين أو البلاستيك.
• يجب إزالة بلورات الملح المتراكمة ، ويمكن أن تكون منتجًا ثانويًا ذا قيمة ونفقة صيانة.
• لا حاجة إلى جامع منفصل.
• الكتلة الحرارية الكبيرة للغاية تعني توليد الطاقة ليلاً ونهاراً.
• يعني التشغيل في درجات حرارة منخفضة نسبياً أن تحويل الطاقة الشمسية عادة ما يكون أقل من 2٪. ^{[ 2 ]}
• بسبب التبخر، هناك حاجة مستمرة إلى المياه غير المالحة للحفاظ على تدرجات الملوحة.

تكون الطاقة المُستَحصَلة على شكل حرارة منخفضة الدرجة تتراوح بين 70 و80  درجة مئوية، مقارنةً بدرجة  حرارة محيطة مُفترضة تبلغ 20 درجة مئوية. ووفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية (انظر دورة كارنو )، فإن أقصى كفاءة نظرية لدورة تستخدم حرارة من خزان حراري عالي الحرارة عند 80  درجة مئوية، ودرجة حرارة أقل تبلغ 20  درجة مئوية، هي 1−(273+20)/(273+80)=17%. وبالمقارنة، فإن محركًا حراريًا لمحطة توليد طاقة يُنتج حرارة عالية الدرجة عند 800  درجة مئوية، ستكون له كفاءة نظرية قصوى تبلغ 73% لتحويل الحرارة إلى شغل مفيد (وبالتالي سيُضطر إلى التخلص من 27% فقط من الحرارة المهدرة إلى الخزان الحراري البارد عند 20  درجة مئوية). وعادةً ما يُبرر انخفاض كفاءة أحواض الطاقة الشمسية بحجة أن "المُجمِّع"، وهو مجرد حوض مُبطَّن بالبلاستيك، قد يُؤدي إلى نظام واسع النطاق بتكلفة طاقة مُستوية إجمالية أقل من نظام تركيز الطاقة الشمسية .

تهدف الأبحاث المستقبلية إلى معالجة المشكلات، مثل تطوير أحواض الأغشية. تستخدم هذه الأحواض غشاءً رقيقاً نفاذاً لفصل الطبقات دون السماح بمرور الملح.

كانت أكبر بركة شمسية عاملة لتوليد الكهرباء هي بركة بيت هعرافة التي بنيت في إسرائيل واستمرت في العمل حتى عام 1988. وكانت مساحتها 210,000 متر ^مربع (2,300,000 قدم مربع ) وتنتج طاقة كهربائية قدرها 5 ميغاواط. ^{[ 3 ]}    

كانت الهند أول دولة آسيوية تُنشئ بركة طاقة شمسية في مدينة بوج بولاية غوجارات. وقد حظي المشروع بموافقة وزارة مصادر الطاقة المتجددة عام 1987 ضمن البرنامج الوطني لبرك الطاقة الشمسية، واكتمل عام 1993 بعد جهد تعاوني متواصل بين معهد أبحاث الطاقة والموارد (TERI) ووكالة تنمية الطاقة في غوجارات وشركة غوجارات لتنمية الألبان (GDDC). أثبتت بركة الطاقة الشمسية جدوى هذه التقنية من خلال تزويد المحطة بـ 80,000 لتر من الماء الساخن يوميًا. وهي مصممة لتوفير حوالي 22 مليون كيلوواط/ساعة من الطاقة الحرارية سنويًا. وقدّم معهد أبحاث الطاقة والموارد جميع المدخلات الفنية، وتولى تنفيذ البحث والتطوير والتجريب بالكامل. وقد تولى المعهد تشغيل وصيانة هذه المنشأة حتى عام 1996 قبل تسليمها إلى شركة غوجارات لتنمية الألبان. واستمرت بركة الطاقة الشمسية في العمل بكفاءة عالية حتى عام 2000، حين تكبّدت شركة غوجارات لتنمية الألبان خسائر مالية فادحة. وفي وقت لاحق، تسبب زلزال بوج في توقف مصنع كوتش للألبان عن العمل. ^{[ 4 ]}

تُعد بركة الطاقة الشمسية التي تبلغ مساحتها 0.8 فدان (3200 متر مربع ⁾ والتي تُزود 20٪ من عمليات شركة بروس فودز في إل باسو، تكساس، ثاني أكبر بركة في الولايات المتحدة. كما أنها أول بركة طاقة شمسية متدرجة الملح في الولايات المتحدة ^{[ 5 ].} 

• تحويل الطاقة الحرارية للمحيطات
• بركة جليدية
• تخزين الطاقة الحرارية الموسمية (STES)
• التخزين الحراري
• تبريد مياه البحيرة العميقة
• بركة التبريد
• بركة تبخير الملح

• بركة إل باسو الشمسية ، جامعة تكساس، مؤرشفة من الأصل بتاريخ 4 يونيو 2013 ، تم استرجاعها بتاريخ 25 سبتمبر 2013.
• بركة بهوج الشمسية في الهند ، تيرين، مؤرشفة من الأصل في 2 أبريل 2007.
• "بركة الطاقة الشمسية الإسرائيلية بقدرة 150 كيلوواط" ، أخبار الأرض الأم ، مايو-يونيو 1980.
• أحواض الأبحاث ومشروع واقعي في بيراميد سولت ، بيراميد هيل، شمال فيكتوريا، أستراليا : المعهد الملكي للتكنولوجيا في ملبورن، مؤرشف من الأصل بتاريخ 2012-02-05.