آبگرمكن خورشيدي
خورشيد سرمنشاء انرژي است ،انرژي خورشيدي عظيم ترين منبع انرژي در جهان مي باشد. اين انرژي پاك، ارزان و بي پايان بوده و در تمام مناطق كشورمان و جهان قابل مصرف مي باشد. آبگرمكن هاي خورشيدي از طريق جذب انرژي خورشيد توسط صفحات جاذب ( كلكتور ) خود عمل مي نمايند و راندمان گرمايشي آنها برحسب نوع كلكتور آنها متفاوت مي باشد. آبگرم، در تمام ساعات شبانه روز يعني در شبها و روزهاي ابري، در مخزن دوجداره و عايق حرارتي كه دماي آب را تا سه روز بدون تغيير حفظ مي كند، نگهداري مي شود. با استفاده از اين سيستم مي توان هزينه هاي مصرف گاز – گازوئيل و برق را بطور چشمگيري كاهش داد.(ديگر نگران هزينه ي قبوض خود نباشيد!)
همچنين هزينه هاي نگهداري و تعميرات اين سيستمها بسيار پائين و در حد صفر است زيرا هيچ قطعه متحركي نداشته و طول عمر كاركرد سيستمها با كيفيت فني بالا تا 20 سال مي رسد. باتوجه به ظرفيت بالقوه كشورمان از نظر انرژي خورشيدي و تعداد ساعات آفتابي بالايي كه در بسياري از نقاط كشور داريم، همچنين مشكلات زيست محيطي و هزينه بالاي سوختهاي فسيلي، لازم است تا از اين فناوري روز دنيا بهره مند شويم.
آ بگرمكن خانگي خورشيدي
جالب است بدانيد كه گرمايش آب و فضا مجموعاً بيش از 80% انرژي را در ساختمان‌ها مصرف ميكند و بنابراين بيش از يك سوم كل انرژي مصرفي جهان در جهت گرمايش مصرف ميشود. از اين ميان گرمايش آب به طور متوسط 20 تا 30 درصد كل انرژي مصرفي در خانه را مصرف ميكند.بنابراين با استفاده از آبگرمكن خورشيدي ميتوان ساليانه 70% انرژي مورد نياز براي گرمايش آب را تامين كرد.
بخش اصلي يك آبگرمكن خورشيدي كلكتور آن است كه خود شامل يك ورق است كه به‌وسيله تابش كلي خورشيد حرارت يافته و حرارت خود را به يك سيال جذب كننده (مانند آب ) كه داخل لوله در حال جريان است، منتقل ميكند. رنگ اين ورق هميشه تيره انتخاب ميشود و داراي پوشش خاصي است كه بتواند ضريب جذب انرژي را به حداكثر و ضريب پخش را به حداقل برساند. براي رسيدن به دماي بالا، مجموعه ورق و لوله‌ها را در داخل يك جعبه عايق با روكش شيشه قرار مي‌دهند تا از اثر گلخانه‌اي بتوان استفاده كرد.
آبي كه با اين روش گرم ميشود، بر اثر اختلاف دما و با گردش طبيعي وارد يك تانك دوجداره شده و آب مخزن را گرم ميكند. اين آب گرم شده يا به طور مستقيم به مصرف گرمايش خانوار مي‌رسد و يا توسط يك مبدل حرارتي دماي آب مصرفي خانواده را افزايش مي‌دهد. شكل زير طرح ساده اي از اين آبگرمكن را نشان مي‌دهد:
انواع كلكتورهاي خورشيدي
كلكتورهاي تخت Flat-plate collectors
اين كلكتور ساده‌ترين و پر استفاده‌ترين نوع كلكتور به‌شمار ميرود. ساختار آن به شكل يك جعبه مستطيل شكل بوده كه در داخل آن يك صفحه جاذب فلزي از جنس مس يا آلومينيوم با پوششي به رنگ‌هاي خاص است. اين صفحه، جاذب انرژي حرارتي خورشيد است. در زير صفحه، لوله‌هاي كوچكي قرار گرفته كه آب يا سيال انتقال حرارت در آنها جريان دارد. اطراف كلكتور به منظور كاهش اتلاف حرارتي عايق بندي شده است. روي سطح جعبه نيز از پلاستيك شفاف يا شيشه پوشيده شده است.
كلكتورهاي تحت خلا Evacuated-tube collectors
اين كلكتور از تعدادي لوله دو جداره شفاف موازي تشكيل شده است كه در داخل آن يك تيوب با پوششي از ماده جاذب قرار دارد. هوا از فضاي بين دو جداره خارج گرديده وخلا ايجاد شده از اتلاف حرارت جلوگيري ميكند. مزيت اين نوع كلكتور توانايي در ايجاد دماي بالاتر مي‌باشد.
كلكتورهاي سهموي Concentrating collectors
اين كلكتورها سطح آينه اي داشته و براي تجمع انرژي خورشيدي بر روي تيوب جاذب كه شامل سيال انتقال حرارت است، به‌كار ميرود.
ساختار يا ساختمان آب گرمكن خورشيدي
ساده‌ترين آب گرمكن خورشيدي از يك گردآور تخت (كلكتور) و يك مخزن ذخيره آب تشكيل شده است. شرايط لازم نصب اين آب گرمكن آن است كه قسمت فوقاني گرد آور پايين‌تر از قسمت تحتاني مخزن ذخيره قرار گيرد و حداقل انحراف گرد آور نسبت به سطح افق ، در حدود 20 درجه رو به جنوب انتخاب شود.طرز كار
ابتدا مخزن آب گرم با آب سرد پر ميشود و آب داخل لوله‌هاي گردآور ، هنگامي كه خورشيد روي سطح گرد آور مي‌تابد به تدريج گرم شده و به كندي به طرف مخزن از طرف بالا ذخيره ميشود، آب سرد مخزن نيز از طريق لوله ديگربه طرف قسمت پايين گردآور جريان يافته تا زماني كه تابش خورشيدي براي گرم كردن آب كفايت كند، اين عمل ادامه مي‌يابد
اجزاء آبگرمكن خورشيدي
يك آبگرمكن خورشيدي از اجزاء زير تشكيل شده است:1- گردآورنده 2- مخزن ذخيره 3- مبدل گرمايي 4- كنترل كننده هاي اتوماتيك 5- پمپ، لوله ها شيرآلات و اتصالات
آبگرمكن هاي خورشيدي پمپدار
اين دستگاه يك آبگرمكن خورشيدي پمپدار است كه به عنوان جبران ساز قابليت استفاده از سوخت گاز را دارا مي باشد. در اين آبگرمكن، مخزن ذخيره در پائين و در داخل ساختمان قرار ميگيرد و بر روي بام تنها كلكتورهاي خورشيدي نصب مي شوند.مهمترين ويژگيهاي آن به صورت زير است:
مخزن دوطبقه
مخزن اين آبگرمكن به صورت دو طبقه است كه در طبقه اول (مخزن خورشيدي) يك مخزن دوجداره و در طبقه دوم (مخزن گازي) يك مخزن تك جداره دودكش دار قرار دارد. جداره دوم مخزن خورشيدي به وسيله لوله هاي ارتباطي با يك يا دو عدد كلكتور كه در بالاي ساختمان نصب مي شود مرتبط مي گردد و به وسيله يك پمپ سيركولاتور كوچك، سيال عامل مابين كلكتورها و جدره دوم مخزن به گردش در مي آيد. اين دو مخزن به وسيله لوله هاي رابط به يكديگر متصل ميباشند.
سيستم جبران ساز (كمكي)
در اين آبگرمكن، علاوه بر المنت برقي، در فضاي مابين دو مخزن يك مشعل گازي كوچك قرار داده شده است. آب سرد از شبكه لوله كشي شهري ابتدا به مخزن خورشيدي وارد شده و در مجاورت جدار متصل به كلكتورها گرم مي شود. هنگام خروج آب گرم از مخزن به مصرف، آب از مخزن خورشيدي بوسيله لوله هاي ارتباطي وارد مخزن گازي مي شود. در اين حالت در صورتيكه دماي آب ورودي به مخزن گازي به اندازه كافي توسط بخش خورشيدي گرم شده باشد، سنسور مشعل گازي را گرم نگه داشته و گاز روشن نميشود. اما در صورت كمبود دماي آب ورودي از قسمت خورشيدي، مشعل گازي به صورت اتوماتيك روشن شده و كمبود دماي مورد نياز را جبران مي نمايد.
سيستم تخليه (بدون نياز به ضديخ و منبع انبساط)
سيال عامل در اين محصول آب است. در داخل مخزن خورشيدي يك مخزن مخفي به عنوان مخزن تخليه تعبيه شده است. آب گردش كننده در كلكتورها در داخل اين مخزن قراردارد. در زمانيكه پمپ آب با فرمان كنترلر روشن ميشود، بخشي از آب مخزن تخليه به داخل كلكتورها پمپ شده و پس از عبور جداره دوم مخزن، دوباره به مخزن تخليه باز مي گردد. در زمانيكه گردش پمپ با فرمان كنترلر قطع مي شود، آب موجود در كلكتورها به صورت ثقلي به داخل مخزن تخليه باز مي گردد و كلكتورها خالي از آب مي شوند. لذا در زمستانها نيازي به ضد يخ نيست و در تابستانها هم سيستم جوش نمي آورد.
ويژگي و مزايا
*حذف بار مخزن از روي پشت بام*طول عمر بيشتر و اتلاف دماي كمتر
*كارآيي بالا
*زيبايي بيتشر ساختمان (فقط كلكتور بر روي بام است )
*قابليت استفاده از سيستم جبران ساز گازي
*عدم نياز به ضد يخ و منبع انبساط
آبگرمكن هاي خورشيدي ترموسيفوني
اصل ترموسيفون حرارتي
در يك سيكل بسته از سيال، درصورتيكه قسمتي از مدار كه در ارتفاع پائينتر قراردارد گرمتر از قسمت بالاتر باشد، به دليل اينكه چگالي كمتري دارد به سمت بالا حركت ميكند و تداوم اين اختلاف دما و ارتفاع، باعث ايجاد جريان سيال در اين مدار مي شود و سيال به صورت طبيعي و بدون نياز به پمپ به گردش در مي آيد. به اين نوع جريان سيال، جريان ترموسيفوني مي گويند.
از اصل ترموسيفون حرارتي، در آبگرمكن هاي خورشيدي استفاده مي شود. بدين نحو كه يك مخزن دوجداره ذخيره آب را در بالاي كلكتور خورشيدي قرارداده و مابين جدار دوم مخزن ذخيره و لوله هاي كلكتور خورشيدي يك مدار بسته تشكيل مي شود. با تابش خورشيد بر روي سطح كلكتور خورشيدي، سيال داخل آن گرم شده و جريان ترموسيفوني مابين كلكتور و مخزن برقرار مي شود. گردش آب گرم در جداره دوم مخزن سبب گرم شدن آب داخل مخزن اصلي مي گردد و آب گرم با فشار در شبكه جاري مي گردد.
حركت ترموسيفون تا زماني كه انرژي خورشيد موجود باشد ادامه دارد. اين حركت با افول خورشيد متوقف مي شود.
عايق
مخزن ذخيره در آبگرمكن هاي ترموسيفوني بايد به خوبي عايق شود تا در طول شب، آب گرم ذخيره شده در آن گرم بماند. همچنين لوله هاي ارتباطي مابين مخزن و كلكتور نيز بايد به خوبي عايق شوند.ضديخ
در شرايط آب و هوايي سردسير كه روزهايي از سال دماي هوا زير صفر ميرود، بايد براي جلوگيري از يخ زدگي در سيكل بسته كلكتورها از ضديخ مناسب استفاده نمود.سيستم جبران ساز
آبگرمكن هاي خورشيدي به منظور جبران كمبود احتمالي انرژي خورشيد، بايد داراي يك سيستم جبران ساز باشند. سيستم جبران ساز در آبگرمكن هاي خورشيدي ترموسيفوني يك المنت برقي است كه در داخل مخزن اصلي قرار دارد و در مواقع مورد نياز به صورت اتوماتيك روشن ميشود. اين المنت برقي داراي يك ترموستات است كه ميتوان دماي دلخواه را توسط آن تنظيم كرد..
ويژگي ها و مزاياي اين نوع آبگرمكن ها
ساختار ساده و نصب راحت و سريع
كارآيي بالا با سهم خورشيدي روزانه به طور متوسط 60% داراي المنت برقي با تنظيم دماي دلخواه
اين سيستمها به دو دسته مدار باز و بسته تقسيم مي شوند. در سيستم مدار باز ( سيستم مستقيم ) آب به صورت مستقيم در ميان گردآورنده جاري مي باشد. اين سيستم بسيار ساده، كارا و قابل اطمينان بوده ولي در شرايط آب و هوايي سرد و دماهاي زير صفر درجه كارايي خوبي ندارد، و يخ زدن آب داخل لوله ها ممكن است منجر به پارگي آنها شود. در سيستمهاي مدار بسته ( غير مستقيم ) معمولا سيالي غير از آب كه نقطه انجماد پايين تري دارد ( مانند مخلوط پروپيلن گلايكول و آب ) بكار گرفته مي شود.
اين سيستمها دو چرخه جداگانه دارند كه از طريق يك مبدل گرمايي به يكديگر متصل شده اند، و اين مبدل گرما را از سيال داخل گردآورنده به آب مصرفي منزل منتقل مي كند.
مزاياي رقابتي آبگرمكن هاي خورشيدي
امروزه كيفيت و كارايي برتر سيستم هاي آبگرمكن خورشيدي براساس ميزان قدرت جذب انرژي تابشي وهمچنين مقدار سطح اتصال ورقه هاي جاذب و لوله هاي متصل به آنها سنجيده مي شود.
*كارايي بالاي كلكتورهاي خورشيدي
*راندمان بالاي كل سيستم آبگرمكن هاي خورشيدي
*حداقل اتلاف حرارتي در كل سيستم
*تامين آب گرم متوسط 60 درجه سانتيگراد و بالاتر (در صورت نياز مشتري)
* استفاده از عايق هاي حرارتي مناسب و مرغوب
*استفاده از المنت برقي جهت گرم كردن آب در روزهاي ابري كامل
*امكان طراحي مطابق با انواع ساختمانهاي مهندسي ساز
*قابليت طراحي بهينه توسط نرم افزارهاي كامپيوتري
*مقاومت كامل در برابر خوردگي
*داشتن گارانتي براي كل سيستم
دلايل استفاده از سيستم هاي خورشيدي
*انرژي پاك، ارزان، قابل دسترسي، پايان ناپذير و ذخيره منابع انرژي تجديدناپذير* جلوگيري از افزايش گرماي كره زمين و حفاظت محيط زيست
*كاهش 60% در هزينه تأمين آب گرم
*قابل استفاده در همه مكانها از قبيل: منازل،مدارس،خوابگاهاي دانش آموزي و دانشجويي،بيمارستانها،استخرها و كارخانجات
*بازگشت سريع سرمايه با توجه به سياست هاي دولت در اجراي هدفمند كردن يارانه ها
*اجراي سريع و آسان و بي نياز از هرگونه تعمير اساسي
*بي صدا ، بي خطر و ايمن
فرآوري مريم نايب زاده
بخش دانش و زندگي تبيان
منبع :
ifco.ir,energyhouse.ir,net-solar