هر آن چه باید در مورد آب گرم کن های خورشیدی بدانید

در این مطلب می خوانید:

آب گرم کن خورشیدی چگونه کار می کند؟

انواع سیستم آب گرم کن خورشیدی

سایز سیستم آب گرم کن خورشیدی

نگهداری آب گرم کن خورشیدی

سرمایه‌گذاری روی آب‌گرم‌کن خورشیدی

آب‌گرم‌کن خورشیدی راهی بهینه برای تولید آب گرم در منزل شما است که در هر شرایط آب‌ و هوایی قابل استفاده‌ است و سوخت آن – نور خورشید – سوختی کاملاً رایگان است. از مزایای این سیستم‌ها می‌توان به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، حفاظت محیط زیست، قابلیت اطمینان، ایمنی، کاربری ساده، کاهش هزینه‌ها، بازدهی بالا و دسترسی آسان به منبع نور خورشید اشاره کرد.

آب‌گرم‌کن خورشیدی چگونه کار می‌کند؟

این آب‌گرم‌کن‌ها از سه بخش تشکیل شده‌اند:

1. مخزن ذخیره گرما
2. کلکتور (گردآورنده نور خورشید)
3. لوله‌کشی

1-    مخزن

سیستم آبگرمکن خورشیدی به یک مخزن ذخیره حرارتی که عایق بسیار خوب گرما باشد، نیاز دارد. این مخزن که اغلب در پشت‌بام منازل نصب می‌شود، از طریق مجراهای ورودی و خروجی با کلکتور در ارتباط است و گرمای جمع‌آوری شده توسط کلکتور را ذخیره می‌کند. هم‌چنین یک مبدل حرارتی در مخزن تعبیه شده است تا بتواند آب سرد را به آب گرم تبدیل کند.

2-    کلکتور

کلکتورها که یکی از مهم‌ترین قسمت‌های آبگرمکن خورشیدی هستند، صفحات جاذبی هستند که گرما را با جذب نور خورشید جمع‌آوری می‌کند. کلکتورها خود به دو دسته کلی متمرکز کننده (Concentrator) و غیرمتمرکز کننده (Non Concentrator) تقسیم می‌شوند.

• کلکتور متمرکز کننده: این نوع کلکتور که کلکتور بشقابی شکل نیز گفته می‌شود نور خورشید را در کانون خود جذب کرده و توان گرمایی لازم را تولید کنند.
• کلکتور غیرمتمرکز کننده: این کلکتورها خود به دو دسته کلکتورهای لوله خلأ (Evacuated tube collectors) و کلکتورهای صفحه تخت (Flat Plate Collectors) تقسیم‌بندی می‌شوند.

کلکتورهای لوله خلأ شامل ردیف‌هایی موازی از لوله‌های شیشه‌ای شفاف هستند که در محل خود به صورت ثابت نصب می‌شوند و حاوی یک محیط خلأ در لوله‌‌های جذب نور خوشید هستند که به همین دلیل از اتلاف گرما در روزهای سرد سال جلوگیری می‌کنند. بازدهی این کلکتورها به همین دلیل از کلکتورهای صفحه تخت بیش‌تر است.

کلکتور صفحه تخت شامل محفظه‌ای عایق است که درون آن تعدادی لوله‌ موازی قرار گرفته‌اند و روی سطح آن یک پوشش شیشه‌ای یا پلمیری به همراه یک صفحه جاذب تیره قرار گرفته است.

انواع سیستم‌های آبگرمکن خورشیدی

دو نوع سیستم آبگرمکن خورشیدی وجود دارد: فعال و خنثی، هم نوع فعال و هم خنثی خود به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند:

آبگرمکن خورشیدی فعال

سیستم گردشی مستقیم

این سیستم حاوی یک پمپ است که به طور مستقیم خودِ آب سرد را از میان کلکتور حرکت داده، آن‌را گرم کرده و پس از انتقال آن به مخزن، به نقاط مختلف داخل خانه پمپاژ می‌کند. 
مزیت: این سیستم شامل یک کنترل‌کننده خودکار است که جمع شدن نور خورشید را تشخیص می‌دهد. از طرفی به دلیل این‌که مخزن می‌تواند در داخل ساختمان نصب شود و نیازی به نصب آن روی پشت بام نیست، طول عمر بیش‌تری دارد و زیبایی بیش‌تری به بام خانه می‌دهد

عیب: از این سیستم تنها یک وسیله خانگی می‌تواند استفاده کند و برای مناطقی خوب است که دما به ندرت به زیر صفر می‌رسد.

سیستم گردشی غیرمستقیم

 این سیستم از یک مایع ضدیخ و رسانای گرما استفاده می‌کند و آن‌را از میان کلکتور و مبدل حرارتی عبور می‌دهد. حرکت این مایع و آب در دو محفظه نزدیک به هم سبب تبادل حرارت بین آن‌ها شده و آب سرد گرما را از آن مایع خواهد گرفت و در آخر این آب گرم به داخل خانه جریان می‌یابد.

مزیت: در دماهای زیر صفر هم کار می‌کند و برای چندین کاربرد هم‌زمان از جمله استخر خورشیدی و وسایل خانگی مناسب است.

عیب: از نمونه مستقیم گران‌تر است.

آبگرمکن خورشیدی خنثی

سیستم خنثی کامل

در این سیستم مخزن ذخیره و مجراهای آن، درون یک جعبه عایق با یک وجه صیقلی قرار می‌گیرند. آب سرد پس از عبور از کلکتور و گرفتن گرما از طریق لوله‌کشی تعبیه شده به داخل مخزن می‌ریزد. در این سیستم‌ها آب سرد باید مرحله به مرحله به درون کلکتور جاری شود.

مزیت: این سیستم با وسایلی که در تمام طول روز و عصر به آب داغ نیاز دارند به خوبی کار می‌کند.

عیب: چون لوله‌ها در فضای بیرون هستند، هوای بسیار سرد و زیر صفر درجه باعث یخ‌زدگی لوله‌ها می‌شود و بنابراین این سیستم نیز برای مناطقی بهتر کار می‌کند که دما به ندرت به زیر صفر می‌رسد. در مجموع این سیستم کمترین بهره‌وری را در میان انواع آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی دارد.

سیستم ترموسیفون یا چرخش طبیعی

زمانی‌که آب گرم در لوله به سمت بالا حرکت می‌کند و جای خود را به آب سرد می‌دهد، می‌تواند بدون نیاز به پمپ از میان سیستم جاری شود و این چرخه تا زمانی که انرژی خورشید در دسترس باشد، ادامه دارد. در این سیستم کلکتور، زیر مخزن نصب می‌شود و بنابراین آب گرم از پایین به داخل مخزن ریخته می‌شود.

مزیت: سیستمی قابل اطمینان با سهولت ساخت است.

عیب: به علت سنگینی مخزن، باید به طراحی بام و سقف خانه دقت بیش‌تری داشت و هم‌چنین این سیستم می‌تواند از نوع پیشین گران‌تر باشد.
 

نمونه‌ا ی از سیستم فعال غیرمستقیم

سایز سیستم آبگرمکن خورشیدی

برای دستیابی به اندازه و سایز مورد نیاز یک آب‌گرم‌کن خورشیدی، باید مساحت کل کلکتور و هم‌چنین حجم مخزن را به طوری‌که 90 تا 100 درصد نیاز یک خانه به آب گرم را در طول تابستان تأمین کند، تعیین کرد.

•    مساحت کلکتور

پیمان‌کاران معمولاً از یک دستورالعمل برای تعیین مساحت کلکتور استفاده می‌کنند. بدین ترتیب که برای هر دو نفر از یک خانواده، حدوداً به 85/1 مترمربع کلکتور نیاز است و برای هر شخص اضافه 75/0 تا 3/1 متر مربع بسته به شرایط آب و هوایی منطقه زندگی اضافه می‌شود.

 •    حجم مخزن

معمولاً یک مخزن ذخیره کوچک با حجم 60 – 50 گالن (189 تا 227 لیتر) برای 3-1 نفر، مخزن متوسط با حجم 80 گالن (303 لیتر) برای 4-3 نفر و یک مخزن بزرگ برای 6-4 نفر جواب‌گو است. برای پیشگیری از گرم‌شدن زیاد مخزن در سیستم فعال، حجم مخزن ذخیره خورشیدی با افزایش حدود 1 متر مربع در مساحت کلکتور، به اندازه 5/1 گالن افزایش می‌یابد.

نگهداری آب‌گرم‌کن خورشیدی

•    آهکی‌ شدن

آبی که در خانه‌ها جاری است حاوی مقداری زیادی نمک‌های معدنی مانند ترکیبات بی‌کربنات، یون‌های کلسیم، منیزیم و غیره هستند که اصطلاحاً به آن‌ها "آب سخت" گفته می‌شود. آب سخت احتمال ته‌نشین شدن مواد معدنی را در سیستم گرم‌کننده خورشیدی افزاش می‌دهد و آب را به اصطلاح آهکی می‌کند. با استفاده از موادی به نام نرم‌کننده‌ آب یا یک محلول اسیدی ملایم (مانند سرکه) و به گردش درآوردن آن در میان کلکتور، در فاصله زمانی هر 3 تا 5 سال یک‌بار یا در زمان مورد نیاز می‌توان از این اتفاق جلوگیری کرد.

•    خوردگی

 ورود اکسیژن به داخل لوله‌های سیستم گرمایش خورشیدی باعث ایجاد زنگ‌زدگی در آهن و مواد متشکل از فولاد می‌گردد. برای جلوگیری از خوردگی در این سیستم‌ها باید از ترکیب موادی چون مس، برنز، برنج، فولاد ضدزنگ، پلاستیک و لاستیک در ساخت لوله‌‌ها و پلاستیک یا شیشه در ساخت پوشش مخزن استفاده شود.

سرمایه‌گذاری روی آب‌گرم‌کن خورشیدی

خرید و نصب یک آب‌گرم‌کن خورشیدی معمولاً هزینه بیش‌تری نسبت به آب‌گرم‌کن معمولی دارد اما با نصب یک آب‌گرم‌کن خورشیدی می‌توان هزینه‌های مصرف گاز و برق را در دراز مدت به طور چشم‌گیری کاهش داد. به طور متوسط با نصب یک آب‌گرم‌کن خورشیدی هزینه قبض یک خانه 50 تا 80 درصد کاهش می‌یابد.

 به علت عمر بالای این سیستم‌ها نیازی به جایگزینی قطعات وجود ندارد و چون از هیچ‌گونه قطعه متحرکی در آن‌ها استفاده نمی‌شود، استهلاک آن‌ها بسیار پایین بوده و طول عمر کاری آن‌ها به بالای 20 سال می‌رسد. در نتیجه هزینه‌های نگه‌داری و تعمیرات این سیستم‌ها بسیار پایین است.

هم‌چنین به دلیل مجانی بودن نور خورشید از کمبود سوخت در آینده و افزایش قیمت آن جلوگیری می‌شود. 

علاوه بر مسئله‌ی کاهش هزینه‌ها، به علت وجود یک مخزن ذخیره در این آب‌گرم‌کن‌ها، می‌توان از آب گرم مصرفی در ساعاتی که نور خورشید در دسترس نیست نیز بهره‌مند شد. اگر انرژی خورشید در مدتی طولانی در دسترس نباشد، می‌توان از یک سیستم الکتریکی کمکی استفاده کرد.

………….
انرژی خورشیدی عظیم‌ترین منبع انرژی در جهان است که پایانی بر آن نیست. این انرژی پاک و ارزان را جدی‌تر بگیریم. 

منابع:
https://www.energy.gov/energysaver/articles/everything-you-wanted-know-about-solar-water-heating-systems

https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_water_heating

مطالب مرتبط:

صفحات خورشیدی چگونه کار می کنند؟

چرا از صفحات خورشیدی در ساختمان ها استفاده کنیم؟

10 کاربرد مهم انرژی خورشیدی