يعمل نظام التسخين في سخانات المياه الشمسية بطريقة مختلفة، فهي مع بساطتها تحتاج طريقة معينة للتركيب والفهم، لذلك أعددنا لكم هذا الموضوع حول ما هو نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية وتركيبه.
تعرف هل يعمل سخان المياه بالطاقة الشمسية في الشتاء
كيفية عمل تسخين الماء بالطاقة الشمسية
هناك عدة أنظمة تعتمد عليها أنواع سخانات المياه الشمسية المختلفة عرضها لكم في فقرات الموضوع القادمة، ولكن في هذه الفقرة نوضح لكم ما هو نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية بشكل عام ومبدأ عمله:
أولًا مبدأ عمل سخانات المياه بالطاقة الشمسية
فكرة عمل السخان الشمسي غير معقدة ويمكن تبسيط شرحها كالاتي:
- يتم تحويل طاقة الشمس إلى طاقة حرارية من خلال السخان الشمسي، حيث تتم عملية تسخين المياه بواسطته باستخدام أشعة الشمس فقط.
- يتم تثبيت السخان الشمسي أعلى المباني بزاوية ميل معينة ويتم توصيله بخط المياه البارد والساخن بالمنشأ ليقوم بمهمة تسخين المياه.
- تقوم السخانات الشمسية بتقديم توفيرًا كبيراً في الطاقة مع الحفاظ على نسبة الاكسجين الطبيعية، وذلك لأن يتم استخدام ألواح من ضمن مكونات السخانات الشمسية.
ثانيًا مكونات السخانات الشمسية ووظيفة كل مكون:
وفقًا لما جاء في بعض الرسوم الهندسية للسخان الشمسي فإنه يتكون من:
- مجمعات شمسية تقوم بتجميع أشعة الشمس فترتفع درجة حرارتها.
- يتم جمع أشعة الشمس باستخدام «اللواقط»، وهناك نوعان منها وهي اللواقط المسطحة Flat Plate Collectors و لواقط الأنابيب المفرغة Vacuum Tubes Collectors.
- يتضمن السخان الشمسي خزان معزول عزل حراري وسعة تبدأ من 100 حتى 500 لتر في الاستخدامات المنزلية.
- يحيط بالسخان هيكل تثبيت معدني يحمل المجمعات الشمسية والخزان معا، ويجب أن يتم التثبيت بما يحقق زاوية ميل مثالية كما هو الحال في الألواح الشمسية.
- وعن تسخين المياه داخل السخان الشمسي، فهناك ملف تسخين كهربائي احتياطي يعمل بصورة تلقائية بواسطة حساس يقوم بقياس درجة حرارة المياه في الخزان، وتتراوح قدرة هذا الملف بين 2 و4 كيلو وات ساعة لمعظم الاستخدامات المنزلية.
- ويتم استخدام هذا المصدر التقليدي للكهرباء في الشتاء أو في حال زيادة كبيرة ومؤقتة في استهلاك المياه مع عدم وجود لواقط شمسية كافية.
السخانات الشمسية وانواعها
قبل أن نشرح لكم ما هو نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية نوضح لكم أولًا أنواع السخانات الشمسية:
1- سخان الأنابيب الحرارية
هذه هي أبسط أنواع السخانات الشمسية المتاحة، يمكن وصفها ببساطة بأنها دبابة تحت ضوء الشمس، ويتم تسخينه وتخزينه دفعة واحدة في كل مرة، تُعرف أيضًا باسم “ICS” أو “المجمّع المتكامل والتخزين”، يمكن لهذا النوع من السخانات الشمسية أن يسخن الماء بما يكفي لمساعدتك دون استخدام السخانات الكهربائية، خاصةً بعد الظهر المشمس.
يقدم كمية مناسبة من المياه الساخنة للأسر المكونة من 2-3 ويمكن أن يكون استثمارًا ممتازًا منخفض التكلفة، ولكن نظرًا لأنها تحتفظ بمخزن المياه الساخنة على السطح طوال الليل فمن الضروري أن يكون خزان التخزين مغلقًا بالكامل. يُنصح أيضًا بأن يكون ما يقرب من ثلث أنابيب التجميع مكشوفة فوق العزل لمنع حمل الماء الساخن مرة أخرى إلى الغلاف الجوي بمثابة نوع من الإشعاع العكسي.
2- السخان الشمسي المسطح Flat Plate
تم استخدام السخان الشمسي المسطح Flat Plate على نطاق واسع منذ منتصف القرن العشرين وما زالوا وهو يتكون مجمع شمسى مدهون بمواد عالية الامتصاص ويتكون من شيت من النحاس من، متصل بالقنوات الطولية التي يمر بها الماء أو سائل التبادل الحراري، يتم تغليف هذا في غلاف معدني يحيط به حماية صلبة للمساعدة في الاحتفاظ بالحرارة المجمعة ويتم تأمينه بواسطة لوح من الزجاج الحراري.
أنظمة FPC تدوم طويلاً لأنها معدنية، لكن بعض الناس يرى ان التكلفه عاليه، لذلك يميلون إلى أن يكونوا في جانب باهظ الثمن قليلاً، تعمل بسلاسة جيدة حتى في المناطق الأكثر برودة مع درجات حرارة دون الصفر ولكنها تحتاج إلى حل إضافي مضاد للتجمد وبالتالي زيادة التكلفة الإجمالية.
3- أنظمة تسخين مجمع الأنابيب المفرغة
تعد أنظمة التدفئة ETC أحدث نسبيًا في السوق، وتعرف عالمنا عليها في أواخر السبعينيات، تتكون الأنابيب المفرغة الأكثر استخدامًا من أنبوب حراري يحيط به أنبوب زجاجي تحت فراغ، يتألف هذا الأنبوب الزجاجي كذلك من طبقتين من الزجاج، تقع بين هذه الطبقات الهواء الذي يتم إخلاؤه، يتم ممارسة بعض الضغط الإضافي على الأنبوب الحراري للسماح للسائل (الماء) بالتسخين بسرعة، حتى في درجات حرارة منخفضة (حوالي 70-80 فهرنهايت).
فقاعات الماء هي إشارة إلى أن المجمع قد جمع الحرارة إلى أقصى إمكاناته.
ثم يتم امتصاص هذه الحرارة عن طريق الماء أو أي سوائل أخرى تتدفق عبر الأنبوب الداخلي.
أنظمة التدفئة هذه هشة للغاية ولكنها أرخص من أنظمة التدفئة FPC.
وهي مفضلة للمناطق الأكثر برودة حيث تكون درجة الحرارة دون الصفر.
ومع ذلك في الأماكن ذات المياه المالحة يجب تمرير المياه من خلال نظام FPC لتحلية المياه قبل معالجتها باستخدام نظام ETC.
ما هو نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية
هناك أربع أنظمة أساسية تعمل بهم سخانات الطاقة الشمسية، في ما يلي نوضح لكم ما هو نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية:
-
ما هو نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية بالتداول المباشر:
تقوم هذه الأنظمة بضخ المياه من التخزين إلى المجمعات خلال الساعات المشمسة، ومن ثم يتم الحصول على الحماية من التجمد عن طريق إعادة تدوير الماء الساخن من خزان التخزين، أو عن طريق شطف المجمعات (تصريف لأسفل)، نظرًا لأن نظام إعادة التدوير يزيد من استخدام الطاقة، بينما يقلل التدفق من ساعات التشغيل، يتم استخدام أنظمة الدوران المباشر فقط في المناطق التي تكون فيها درجات حرارة التجمد نادرة، ولن يكون هو الاختيار الأنسب في حالة تركيبه في منطقة بها درجة حرارة منخفضة حد التجمد.
-
ما هو نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية بالتصريف لأسفل:
هذه الأنظمة هي بشكل عام أنظمة تسخين المياه غير المباشرة، يتم تداول المياه المعالجة أو غير المعالجة من خلال حلقة مغلقة، ويتم نقل الحرارة إلى مياه الشرب من خلال مبادل حراري، عندما لا تتوافر حرارة شمسية يتم تجفيف مائع المجمع بواسطة الجاذبية لتجنب حلقات التجمد والحمل الحراري التي تقلل فيها المياه المجمعة من درجة حرارة الماء المخزن، وهذا النظام هو الأنسب للمناطق التي تغيب عنها الشمس لفترات.
-
ما هو نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية غير المباشرة:
في هذه الأنظمة يتم تدوير السوائل المحمية بالتجميد من خلال حلقة مغلقة ويتم نقل حرارتها إلى مياه الشرب من خلال مبادل حراري بكفاءة 80 إلى 90 بالمائة، أكثر السوائل استخدامًا للحماية من التجمد هي محاليل ماء إيثيلين جليكول وحلول ماء بروبيلين جليكول، وهو النظام الأنسب للمناطق التي تنخفض بها درجات الحرارة حد التجمد.
-
ما هو نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية بأنظمة الهواء:
في هذا النظام غير المباشر تقوم المجمعات بتسخين الهواء الذي يتم تحريكه بواسطة مروحة من خلال مبادل حراري من الهواء إلى الماء ثم يتم استخدام المياه للاحتياجات المنزلية أو الخدمية.تكون كفاءة المبادل الحراري في نطاق 50٪.
تتطلب الأنظمة التي تعمل بالدوران المباشر أو بالحرارة أو المضخات التي يتم تنشيطها صيانة أعلى في الأجواء المتجمدة، بعامة تعتبر أنظمة الهواء والماء غير المباشرة هي الأنسب، في حين أن أنظمة الطاقة الشمسية الهوائية على الرغم من أنها ليست بنفس كفاءة أنظمة المياه.
وبهذا نكون قد أجبنا لكم على سؤال ما هو نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية تفصيليًا.
