آبگرمکن های خورشیدی

آبگرمکن های خورشیدی

دید کلی

برای تولید آب گرم مصرفی در منزل ، مسکونی ، استخر شنا ، کارگاه ، آزمایشگاه تأسیسات حمام می‌توان گرمای خورشید را به توسط جمع کننده‌های تخت خورشیدی دریافت کرد. در یک تأسیسات آب گرم خورشیدی ، یک مایع (آب) در یک ظرف مسطح کم ضخامت که سیاه شده است گرم می‌شود.

آب گرم شده می‌تواند توسط ترموسیفون در لوله‌های مارپیچی جریان پیدا کند. این لوله‌ها بطور مارپیچی در مخزن که می‌خواهند آن را گرم کنند، قرار گرفته و تبادل حرارتی انجام دهند. این نوع آب گرم کن بیش از ۴۰ سال است که در کالیفرنیا مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ولی تشکیل رسوبات در این دستگاه سبب نقص کار آنها است.

تاریخچه

شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف ، به زمان ما قبل تاریخ باز می‌گردد. شاید به دوران سفالگیری ، در آن هنگام رومانیون معابر به کمک جامهای بزرگ طلائی صیقل داده شده و اشعه خورشید جهت رشد کردن آتشدانهای محراب استفاده می‌کردند، زیاد دوران فراعنه صر آمنوفیس سوم (۱۴۱۹-۱۴۵۵ قبل از میلاد) بر اثر تابش خورشید بر مجسمه‌های ناطق ، هواداران آنها و مجسمه‌ها به صدا در می‌آمد. ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونانی (۲۱۲-۲۸۷ ق. م) اولین بار با استفاده از آینه‌های کوچک مربعی شکل با متمرکز کردن نور خورشید بر روی ناوگان رمی ، ناوگان آنها را به آتش کشید. که به همین جهت از ارشمیدس به عنوان بنیانگذار استفاده از تابش خورشید نام می‌برند.

معایب انرژی خورشیدی

خورشید منبع کاملاً متغییری است. یعنی در فصول ، ماهها و ساعات روز و شب متغیر است و چگالی انرژی آن کم است.

محاسنات انرژی خورشیدی

فراوان ـ بی هزینه ـ تقریباً همه جا در دسترس ـ عمر طولانی سیستمهای تبدیلی انرژی خورشیدی نسبتاً ساده است.

ساخت آب گرمکن های خورشیدی

بعضی از پژوهشگران را عقیده بر این است که باید گرد آورنده‌های خورشیدی برای تهیه آب گرم بهداشتی در دسترس همه مردم قرار گیرد. گرد آورنده دارای یک ورقه به رنگ سیاه کدر ، جهت جذب نور می‌باشد. برای جریان آب نیز روشهای مختلفی ممکن است. آب می‌تواند در لوله‌های فلزی نصب شده روی ورقه سیاه، یا بین دو ورق مسطح موازی که فاصله کمی از هم دارند، یا روی یک ورقه مسطح یا موج دار ، یا در اجزای رادیاتورهای کم عمق پوشیده از یک یا دو شیشه قرار داده ‌شود. شیشه‌ها به فاصله ۲ تا ۳ سانتیمتر از هم قرار داده می‌شود. ته و کناره‌های قالب باید از نظر حرارتی عایق بندی شده باشند. توسعه آب گرمکن های خورشیدی در دنیا ادامه دارد. در ایالات متحده ، انگلستان ، روسیه ، فرانسه ، استرالیا ، ژاپن و در بسیاری از کشورهای دیگر آب گرمکن های خورشیدی ساخته می‌شود.

ساختار یا ساختمان آبگرمکن خورشیدی

ساده‌ترین آب گرمکن خورشیدی از یک گردآور تخت (کلکتور) و یک مخزن ذخیره آب تشکیل شده است. شرایط لازم نصب این آب گرمکن آن است که قسمت فوقانی گرد آور پایین‌تر از قسمت تحتانی مخزن ذخیره قرار گیرد و حداقل انحراف گرد آور نسبت به سطح افق ، در حدود ۲۰ درجه رو به جنوب انتخاب شد.

طرز کار

ابتدا مخزن آب گرم و لوله‌های گردآور با آب پر می شوند، هنگامی که خورشید روی سطح گرد آور می‌تابد به تدریج گرم شده و به کندی به طرف مخزن از طرف بالا ذخیره می‌شود، آب سرد مخزن نیز از طریق لوله دیگربه طرف قسمت پایین گردآور جریان یافته تا زمانی که تابش خورشیدی برای گرم کردن آب کفایت کند، این عمل ادامه می‌یابد.

آبگرمکن های خانگی توموسیفونی

الف) با مخزن افقی ساختار و عملکرد این دسته از آبگرمکن های خورشیدی نسبتا ساده می باشد هر آبگرمکن از یک مخزن و تعدادی گردآور (کلکتور) تشکیل شده که عملکرد آن بستگی زیادی به شرایط زمانی و مکانی ( منطقه جغرافیایی) خواهد داشت. صفحات جاذب کلکتورها انرژی تابشی خورشید را جذب و به گرما تبدیل می کند. لوله­های رایزر متصل به این صفحات گرمای جذب شده را به سیال عبوری منتقل می­کند. درصورتیکه سیستم غیر مستقیم باشد، سیال گرم در مخزن ذخیره می شود (متشکل از منبع ذخیره دو جداره ) سیال گرم ( محلول آب و ضد یخ ) وارد جداره خارجی شده و آب مصرفی را گرم می کند.

برای افزایش کارآیی آبگرمکن ها، صفحات جاذب را درون فریمی قرار می دهند و بخش زیرین آن را با عایق مناسب می پوشانند تا تلفات حرارتی آن کاهش یابد. همچنین برای پیشگیری از تلفات حرارتی در سطح فوقانی صفحات جاذب، سطح رویه فریم را معمولا با یک یا دو لایه شیشه ( یا مواد شفاف مشابه) می پوشانند خواص تابشی صفحات جاذب در عملکرد آبگرمکن خورشیدی اثر زیادی دارد برای کارکرد بهتر لازم است صفحات جاذب دارای ضریب جذب بالایی بوده و بر عکس برای اینکه تلفات حرارتی آن کم باشد باید ضریب صدور پائینی داشته باشد به صفحاتی که دارای این ویژگی باشند صفحات منتخب می گویند.

تانک ( مخزن): جداره داخلی تانک از ورق گالوانیزه با ضخامت ۳ میلیمتر و پوسته بیرونی آن از ورق گالوانیزه به ضخامت ۲-۳ میلیمتر ساخته می­شود. همچنین روکش آن از ورق فولادی با ضخامت ۸/۰-۹/۰ میلیمتر همراه با پوشش رنگ الکترواستاتیک می باشد. عایق بندی تانک معمولاًبا فوم تزریقی انجام شده و ظرفیت آن بسته به میران مصرف (سفارش خرید) هر اندازه می تواند باشد. همچنین این مخزن می تواند دارای یک سیستم کمکی ( المنت برقی ۱۲۰۰-۲۰۰۰ وات) جهت گرم کردن آب در روزهای ابری می باشد.

ب) ترموسیفون مستقیم  با سیستم لوله حرارتی استفاده از این سیستم در جاهایی که دمای زیر صفر دارد توصیه نمی شود چرا که سیال گردش داخل کلکتور همان آب مصرفی است و ممکن است در اثر پائین آمدن دما در فصول سرد این آب یخ بزند و سبب ترکیدگی لوله های کلکتور گردد. مخزن سیستم تحت فشار آب شهری نیست و به همین دلیل فشار آب گرم خروجی تابع ارتفاع تانک می باشد.

آبگرمکنهای خانگی پمپی:

این سیستم از یک مخزن ، دو کلکتور و یک پمپ تشکیل یافته است توضیح مربوط به کلکتورهای مخزن این سیستم دقیقا مشابه توضیحات ذکر شده سیستم ترموسیفونی می باشد با این تفاوت که مخزن این سیستم در هر جایی از ساختمان می تواند قرار بگیرد دراینصورت آنرا جدا از کلکتور و در نزدیکترین مکان به محل مصرف قرار می دهند از این نوع سیستم به عنوان سیستم کمکی یا پیش گرمکن نیز می توان بهره گرفت افزودن این پمپ سیرکولاسیون به مدار سبب افزایش راندمان و توان خروجی محصول می گردد.

آبگرمکن های خورشیدی عمومی( سیستم گردش اجباری):

این دسته از آبگرمکنهای خورشیدی لزوما به صورت غیر مستقیمو با مخزن کویل دار می باشد و استفاده از پمپ جهت گردش محلول آب و ضد یخ الزامی می باشد در این سیستم از تعداد زیادی کلکتور ( تعداد آن بستگی به میزان مصرف یا تعداد نفرات استفاده کننده از آن دارد) به صورت سری و موازی استفاده می­گردد که نمای شماتیک آن نمایش داده شده است این سیستم برای گرمایش آب مصرفی مورد نیاز در حمام­ها، استخرها و صنایع گوناکون بکار می رود.

اجزای تشکیل دهنده آبگرمکن های خورشیدی عمومی عبارتند از :

۱- کلکتور در تعداد مشخص بر اساس میزان مصرف آبگرم روزانه ۲- مخازن کویل دار جهت ذخیره آبگرم در حجم زیاد ۳- پمپ های سیرکولاسیون: جهت گردش سیال داخل کلکتورها و تبادل حرارتی با تانک ۴- منبع های انبساط : جهت تعادل سیال ۵- تاسیسات مربوطه : جهت تبادل و انتقال حرارت