تحتوي المرآة الشمسية على ركيزة مع طبقة عاكسة لتعكس الطاقة الشمسية ، وفي معظم الحالات طبقة تداخل. قد تكون هذه مرآة مستوية أو صفائف مكافئة للمرايا الشمسية المستخدمة لتحقيق عامل انعكاس مركّز بشكل كبير لأنظمة الطاقة الشمسية.

راجع مقالة “Heliostat” لمزيد من المعلومات حول المرايا الشمسية المستخدمة للطاقة الأرضية.

المكونات

الزجاج أو الركيزة المعدنية
الركيزة هي الطبقة الميكانيكية التي تحمل المرآة في الشكل.

يمكن أيضًا استخدام الزجاج كطبقة واقية لحماية الطبقات الأخرى من التآكل والتآكل. على الرغم من أن الزجاج هش ، إلا أنه مادة جيدة لهذا الغرض ، لأنه شفاف بدرجة عالية (فقدان بصري منخفض) ، مقاوم للأشعة فوق البنفسجية (UV) ، صعب إلى حد ما (مقاوم للتآكل) ، خامل كيميائيًا ، وسهل التنظيف إلى حد ما. وهو يتألف من زجاج عائم ذي خصائص إرسال بصرية عالية في نطاقات الرؤية والأشعة تحت الحمراء ، ويتم تهيئته لنقل الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء. أما السطح العلوي ، المعروف باسم “السطح الأول” ، فسيعكس بعضًا من الطاقة الشمسية للحدث ، نظرًا لمعامل الانعكاس الناتج عن مؤشر الانكسار الذي يكون أعلى من الهواء. تنتقل معظم الطاقة الشمسية من خلال الطبقة السفلية الزجاجية إلى الطبقات السفلى من المرآة ، ربما مع بعض الانكسار ، اعتمادًا على زاوية الإصابة مع دخول الضوء إلى المرآة.

يمكن استخدام ركائز المعادن (“عاكسات مرآة معدنية”) في العواكس الشمسية. على سبيل المثال ، استخدم مركز أبحاث غلا ناسا مرآة تحتوي على سطح عاكس من الألمنيوم على قرص عسلي معدني كوحدة عاكس نموذجية لنظام طاقة مقترح لمحطة الفضاء الدولية. تستخدم إحدى التقنيات ألواح عاكس الألومنيوم المركبة ، مما يحقق أكثر من 93٪ من الانعكاسية ومغطاة بطبقة خاصة لحماية السطح. تقدم العاكسات المعدنية بعض المزايا على عاكسات الزجاج ، لأنها خفيفة الوزن وأقوى من الزجاج وغير مكلفة نسبيا. القدرة على الاحتفاظ بالشكل المكافئ في العاكسات ميزة أخرى ، وعادة ما يتم تقليل متطلبات الإطار الفرعي بأكثر من 300٪. طلاء الطبقة العليا من السطح يسمح لكفاءة أفضل.

طبقة انعكاسية
تم تصميم الطبقة العاكسة لتعكس الحد الأقصى من كمية الطاقة الشمسية الناتجة عنها ، من خلال الركيزة الزجاجية. تشتمل الطبقة على طبقة رقيقة من المعدن العاكس ، عادة ما تكون إما فضة أو ألمنيوم ، ولكن في بعض الأحيان معادن أخرى. بسبب الحساسية للتآكل والتآكل ، يتم حماية الطبقة المعدنية عادة بواسطة الركيزة (الزجاجية) في الأعلى ، ويمكن تغطية الجزء السفلي بطبقة واقية ، مثل طبقة النحاس والورنيش.

على الرغم من استخدام الألمنيوم في المرايا العامة ، لا يستخدم الألمنيوم دائمًا كطبقة عاكس لمرايا شمسية. يُزعم أن استخدام الفضة كطبقة عاكسة يؤدي إلى مستويات أعلى من الكفاءة ، لأنه المعدن الأكثر انعكاسًا. ويرجع ذلك إلى عامل انعكاس الألومنيوم في منطقة الأشعة فوق البنفسجية من الطيف. ويؤدي تحديد طبقة الألمونيوم على السطح الأول إلى تعرضه للعوامل الجوية ، مما يقلل من مقاومة المرآة للتآكل ويجعلها أكثر عرضة للتآكل. إن إضافة طبقة واقية إلى الألومنيوم من شأنه أن يقلل من انعكاسها.

طبقة التداخل
قد توجد طبقة تداخل على السطح الأول للركيزة الزجاجية. يمكن استخدامه لتكييف الانعكاس. ويمكن أيضا أن تكون مصممة للانعكاس المنتشر للأشعة القريبة من الأشعة فوق البنفسجية ، من أجل منعها من المرور عبر الركيزة الزجاجية. هذا يعزز إلى حد كبير الانعكاس الكلي للأشعة القريبة من الأشعة فوق البنفسجية من المرآة. يمكن أن تكون طبقة التداخل مصنوعة من عدة مواد ، اعتمادا على مؤشر الانكسار المرغوب ، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم.

التطبيقات الحرارية الشمسية
تبلغ كثافة الطاقة الحرارية الشمسية من الإشعاع الشمسي على سطح الأرض حوالي 1 كيلو واط لكل متر مربع (0.093 كيلو واط / قدم مربع) ، وهي منطقة طبيعية باتجاه الشمس ، في ظروف سماء صافية. عندما تكون الطاقة الشمسية غير مركزة ، تكون درجة الحرارة القصوى للتجميع حوالي 80–100 درجة مئوية (176-212 درجة فهرنهايت). هذا مفيد لتدفئة الفضاء ومياه التدفئة. لتطبيقات درجات الحرارة العالية ، مثل الطهي ، أو توريد محرك حراري أو مولد توربين كهربائي ، يجب تركيز هذه الطاقة.

التطبيقات الأرضية
تم إنشاء أنظمة حرارية شمسية لإنتاج طاقة شمسية مركزة (CSP) لتوليد الكهرباء. يستخدم برج سانديا لاب الكبير للطاقة الشمسية محرك ستيرلنغ الذي يتم تسخينه بواسطة المكثف المرآة الشمسية. تكوين آخر هو نظام الحوض الصغير.

تطبيق قوة الفضاء
واقترحت أنظمة الطاقة “الديناميكية الشمسية” لتطبيقات المركبات الفضائية المختلفة ، بما في ذلك سواتل الطاقة الشمسية ، حيث يركز عاكس ضوء الشمس على محرك حراري مثل نوع دورة برايتون.

تكبير ضوئي
الخلايا الكهروضوئية (PV) التي يمكنها تحويل الإشعاع الشمسي مباشرة إلى كهرباء تكون باهظة التكاليف لكل وحدة مساحة. بعض أنواع الخلايا الكهروضوئية ، مثل زرنيخيد الغاليوم ، إذا تم تبريدها ، قادرة على تحويل كفاءة تصل إلى 1000 ضعف كمية الإشعاع التي يتم توفيرها عادة عن طريق التعرض البسيط لأشعة الشمس المباشرة.

في الاختبارات التي أجراها Sewang Yoon و Vahan Garboushian ، أظهرت كفاءة تحويل الخلايا الشمسية السيليكونية Amonix Corp زيادة في مستويات التركيز ، متناسبة مع لوغاريتم التركيز ، بشرط أن يتوفر التبريد الخارجي للخلايا الضوئية. وبالمثل ، تحسن خلايا الوصل المتعدد ذات الكفاءة العالية في الأداء مع التركيز العالي.

تطبيق الأرض
حتى الآن ، لم يتم إجراء أي اختبار على نطاق واسع على هذا المفهوم. ويفترض أن هذا يرجع إلى أن التكلفة المتزايدة للعاكسات والتبريد ليس لها ما يبررها من الناحية الاقتصادية.

تطبيق الأقمار الصناعية بالطاقة الشمسية
نظريا ، لتصاميم السواتل التي تعتمد على الطاقة الشمسية ، يمكن للمرايا الشمسية أن تقلل تكاليف الخلايا الكهروضوئية وتكاليف الإطلاق لأنها من المتوقع أن تكون أخف وأرخص من مناطق كبيرة مكافئة من الخلايا الكهروضوئية. تمت دراسة عدة خيارات من قبل شركة بوينغ. يصف المؤلفان في الشكل رقم 4. “الهندسة المعمارية 4. GEO Harris Wheel” نظامًا من المرايا الشمسية المستخدمة لزيادة قوة بعض مجمعات الطاقة الشمسية القريبة ، والتي يتم بعدها نقل الطاقة إلى محطات الاستقبال على الأرض.

عاكسات الفضاء للإضاءة ليلا
وهناك اقتراح آخر لمفهوم الفضاء المتقدم يتمثل في فكرة عاكسات الفضاء التي تعكس ضوء الشمس على البقع الصغيرة على الجانب الليلي من الأرض لتوفير إضاءة ليلية. كان دكتور كرافت أرنولد إريكريك من المؤيدين لهذا المفهوم في وقت مبكر ، الذي كتب عن أنظمة تسمى “Lunetta” و “Soletta” و “Biosoletta” و “Powersoletta”.

تم تنفيذ سلسلة أولية من التجارب تسمى Znamya (“Banner”) من قبل روسيا ، باستخدام نماذج الشراع الشمسي التي تم إعادة توجيهها كمرايا. كان Znamya-1 اختبار الأرض. تم إطلاق Znamya-2 على متن بعثة Progress M-15 لإعادة الإمداد إلى محطة الفضاء مير في 27 أكتوبر 1992. بعد انفصاله عن مير ، نشر التقدّم في العاكس. كانت هذه المهمة ناجحة في أن المرآة المنتشرة ، على الرغم من أنها لم تضيء الأرض. الرحلة القادمة Znamya-2.5 فشلت. لم تطير Znamya-3.