تعتبر الطاقة الشمسية الأكثر والأنظفِ مقارنة بمصادر الطاقةِ الأخرى، وتتميز بأنها لا تنضبِ، ومنذ فترة ليست بعيدة تم استغلال الطاقة الحرارية التي نحصل عليها من الطاقة الشمسية في أنواع مختلفة من التطبيقات، ومنها تسخين الماء، ومن الفوائد التي شجعت على استخدام الطاقة الشمسية أنها تقلّل مِن الاعتماد على الوقود، ما يخفض انبعاث ثاني أكسيد الكربون الذي يؤدي إلى ما يسمي بظاهرة الاحتباس الحراري المثيرة عالميا للقلقِ.
وتسخين المياه بالطاقة الشمسية هو تحويل ضوء الشمس إلى حرارة لتسخين المياه باستخدام مجمع حرارة شمسية، ويُستخدم تسخين المياه بالطاقة الشمسية بصورة واسعة في بعض البيوت السكنية وفي بعض التطبيقات الصناعية.
مكونات السخان الشمسي
1 – تقوم المجمعات الشمسية بتجميع أشعة الشمس فترتفع درجة حرارتها, وأكثر لواقط حرارة الشمس انتشاراً، المسطحة ولواقط الأنابيب المفرغة.
2- يتكون السخان الشمسي من خزان مياه معزول عزل حراري بسعة تبدأ من 100 حتي 500 لتر، وذلك للاستخدام في الأغراض المنزلية.
3- هيكل معدني بزاوية ميل مثالية يحمل المجمعات الشمسية والخزان المياه.
4- ملف تسخين كهربائي احتياطي يعمل بشكل تلقائي بواسطة حساس يقوم بقياس درجة حرارة المياه في الخزان، و تتراوح قدرة التسخين الكهربائي بين 2 و 4 كيلو وات ساعة في الاستخدامات المنزلية.
5- يتم استخدام هذا الملف في الشتاء، أو عند استهلاك كميات كبيرة من المياه، أو عدم كفاية اللواقط الشمسية.
استخدام الأنابيب المفرغة لتسخين المياه
تمتص الأنابيب المفرغة الطاقة الحرارية، وتحولها إلى طاقة حرارية لتسخين المياه .يتألف كل أنبوب مفرغ من أنبوبين من الزجاج، أحدهما بداخل الآخر.
تثبت نهايتي الأنبوبين مع بعضهما، ويتم تفريغ الهواء الموجود بينهما تحت درجة حرارة عالية ، وينتج عن عملية التفريغ هذه وجود منطقة عزل بين الأنبوبين، ويمنع هذا الفراغ تسرب الطاقة الحرارية التي اكتسبتها المياه، وقف عمليتي التوصيل و الحمل الحراريتين.
تتدفق المياه داخل الأنابيب المفرغة، ما يكسبها الكفاءة, كما أن الخزان يتم وضعه بشكل أفقي أعلى من الأنابيب، ما يسمح بهبوط الماء البارد الموجود في أسفل الخزان الى اللواقط، ليتم تسخينه ويعود الى الخزان.
استخدام السخانات الشمسية المسطحة لتسخين المياه
السخانات الشمسية المسطحة عبارة عن سطح امتصاص يتكون من لوح رقيق جداً من الألومنيوم أو النحاس مدهون بمادة ماصة لأشعة الشمس.
يتدفق الماء المراد تسخينه في مواسير نحاسية داخل هذه اللواقط فيحدث التبادل حراري.
توضع المواسير وسطح الامتصاص داخل هيكل معدني معزول ومحكم الاغلاق من الأعلى بطبقة من الزجاج سمكها 4مم بغرض الاحتفاظ بالحرارة في الداخل وتقليل الفواقد الحرارية.
مساحة المجمعات الشمسية
من الضروري أن تتناسب مساحة المجمعات الشمسية مع سعة السخان، وغالبا نحتاج الي مساحة من 1.2 الي 1.5 م2 لكل 100 لتر سعة للسخان، وهذه المساحة سوف توفر 90٪ من متطلبات المياه الساخنة في الصيف و 60% في الشتاء.
فائدة السخانات المضغوطة
تتحمل السخانات ذات الدائرة المضغوطة ضغط مياه يصل الى 10 بار، لذلك يتم تركيب مضخة للحصول على الماء الساخن تحت ضغط يتساوى مع ضغط الماء البارد القادم من شبكة مواسير الشارع, لذلك تكون عملية خلط الماء البارد و الساخن في الخلاط سهلة عند مكان الاستعمال.
وتعتبر قلة تدفق المياه الساخنة و صعوبة خلطها بالماء البارد خاصة في الأدوار العليا للمبني، أكبر سلبيات سخانات الأنابيب المفرغة الغير مضغوطة، حيث تعتمد الأنابيب المفرغة على وجود السخان الشمسي في أعلى نقطة بالمبنى, ويكون نزول الماء تحت تأثير الجاذبية الارضية فقط.
وتسخين المياه بالطاقة الشمسية هو تحويل ضوء الشمس إلى حرارة لتسخين المياه باستخدام مجمع حرارة شمسية، ويُستخدم تسخين المياه بالطاقة الشمسية بصورة واسعة في بعض البيوت السكنية وفي بعض التطبيقات الصناعية.
مكونات السخان الشمسي
1 – تقوم المجمعات الشمسية بتجميع أشعة الشمس فترتفع درجة حرارتها, وأكثر لواقط حرارة الشمس انتشاراً، المسطحة ولواقط الأنابيب المفرغة.
2- يتكون السخان الشمسي من خزان مياه معزول عزل حراري بسعة تبدأ من 100 حتي 500 لتر، وذلك للاستخدام في الأغراض المنزلية.
3- هيكل معدني بزاوية ميل مثالية يحمل المجمعات الشمسية والخزان المياه.
4- ملف تسخين كهربائي احتياطي يعمل بشكل تلقائي بواسطة حساس يقوم بقياس درجة حرارة المياه في الخزان، و تتراوح قدرة التسخين الكهربائي بين 2 و 4 كيلو وات ساعة في الاستخدامات المنزلية.
5- يتم استخدام هذا الملف في الشتاء، أو عند استهلاك كميات كبيرة من المياه، أو عدم كفاية اللواقط الشمسية.
استخدام الأنابيب المفرغة لتسخين المياه
تمتص الأنابيب المفرغة الطاقة الحرارية، وتحولها إلى طاقة حرارية لتسخين المياه .يتألف كل أنبوب مفرغ من أنبوبين من الزجاج، أحدهما بداخل الآخر.
تثبت نهايتي الأنبوبين مع بعضهما، ويتم تفريغ الهواء الموجود بينهما تحت درجة حرارة عالية ، وينتج عن عملية التفريغ هذه وجود منطقة عزل بين الأنبوبين، ويمنع هذا الفراغ تسرب الطاقة الحرارية التي اكتسبتها المياه، وقف عمليتي التوصيل و الحمل الحراريتين.
تتدفق المياه داخل الأنابيب المفرغة، ما يكسبها الكفاءة, كما أن الخزان يتم وضعه بشكل أفقي أعلى من الأنابيب، ما يسمح بهبوط الماء البارد الموجود في أسفل الخزان الى اللواقط، ليتم تسخينه ويعود الى الخزان.
استخدام السخانات الشمسية المسطحة لتسخين المياه
السخانات الشمسية المسطحة عبارة عن سطح امتصاص يتكون من لوح رقيق جداً من الألومنيوم أو النحاس مدهون بمادة ماصة لأشعة الشمس.
يتدفق الماء المراد تسخينه في مواسير نحاسية داخل هذه اللواقط فيحدث التبادل حراري.
توضع المواسير وسطح الامتصاص داخل هيكل معدني معزول ومحكم الاغلاق من الأعلى بطبقة من الزجاج سمكها 4مم بغرض الاحتفاظ بالحرارة في الداخل وتقليل الفواقد الحرارية.
مساحة المجمعات الشمسية
من الضروري أن تتناسب مساحة المجمعات الشمسية مع سعة السخان، وغالبا نحتاج الي مساحة من 1.2 الي 1.5 م2 لكل 100 لتر سعة للسخان، وهذه المساحة سوف توفر 90٪ من متطلبات المياه الساخنة في الصيف و 60% في الشتاء.
فائدة السخانات المضغوطة
تتحمل السخانات ذات الدائرة المضغوطة ضغط مياه يصل الى 10 بار، لذلك يتم تركيب مضخة للحصول على الماء الساخن تحت ضغط يتساوى مع ضغط الماء البارد القادم من شبكة مواسير الشارع, لذلك تكون عملية خلط الماء البارد و الساخن في الخلاط سهلة عند مكان الاستعمال.
وتعتبر قلة تدفق المياه الساخنة و صعوبة خلطها بالماء البارد خاصة في الأدوار العليا للمبني، أكبر سلبيات سخانات الأنابيب المفرغة الغير مضغوطة، حيث تعتمد الأنابيب المفرغة على وجود السخان الشمسي في أعلى نقطة بالمبنى, ويكون نزول الماء تحت تأثير الجاذبية الارضية فقط.
