تسخين الماء بالطاقة الشمسية

تتميز الطاقة الشمسية بأنها الأكثر نظافة وفعالية مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى، وتتميز بعدم النضوب، وتم استخدام الطاقة الحرارية المستمدة من الطاقة الشمسية في مجالات مختلفة، مثل تسخين الماء، وتخفيض اعتمادنا على الوقود، مما يقلل من انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري المثيرة للقلق عالميا.

تسخين المياه بالطاقة الشمسية يعني تحويل ضوء الشمس إلى حرارة لتسخين المياه باستخدام مجمع حرارة شمسية، ويتم استخدام تسخين المياه بالطاقة الشمسية على نطاق واسع في بعض المنازل وبعض التطبيقات الصناعية.

مكونات السخان الشمسي

تقوم الألواح الشمسية بتجميع ضوء الشمس وزيادة درجة حرارته، واللواقط الشمسية الشائعة هي الألواح المسطحة والأنابيب الفارغة.

يتكون السخان الشمسي من خزان معزول حراريًا للمياه بسعة تتراوح بين ١٠٠ و ٥٠٠ لتر، ويستخدم عادة في المنازل.
يتميز الهيكل المعدني بزاوية ميل مثالية ويحمل المجمعات الشمسية وخزان المياه.

يحتوي الملف الكهربائي الاحتياطي لتسخين المياه في الخزان على حساس يقيس درجة حرارة المياه، ويمكن أن تتراوح قدرته بين 2 و 4 كيلو وات ساعة للاستخدام المنزلي.

يستخدم هذا الملف في فصل الشتاء أو عند استهلاك كميات كبيرة من المياه أو عدم كفاية اللواقط الشمسية.

استخدام الأنابيب المفرغة لتسخين المياه

تساعد الأنابيب المفرغة في امتصاص الطاقة الحرارية وتحويلها إلى طاقة حرارية لتسخين المياه، وتتكون كل أنبوب مفرغ من اثنين من الأنابيب الزجاجية، حيث يتم وضع أحدهما داخل الآخر.

تتم إحكام تثبيت نهايتي الأنبوبين مع بعضهما، ويتم فراغ الهواء الموجود بينهما تحت درجة حرارة عالية، ويتكوّن بذلك منطقة عزل بين الأنبوبين، والتي تمنع تسرب الطاقة الحرارية التي اكتسبتها المياه، وتوفّر عمليتي التوصيل والحمل الحراريتين.

يتم تدفق المياه داخل الأنابيب المفرغة، مما يزيد من كفاءتها. ويتم وضع الخزان أفقيا فوق الأنابيب، مما يسمح بنزول الماء البارد الموجود في أسفل الخزان إلى اللواقط ليتم تسخينه والعودة إلى الخزان.

استخدام السخانات الشمسية المسطحة لتسخين المياه

السخانات الشمسية المسطحة تتألف من سطح امتصاص مصنوع من لوح رقيق جدًا من الألومنيوم أو النحاس المغطى بمادة ممتصة لأشعة الشمس.

يتم تدفق الماء الذي يراد تسخينه في مواسير نحاسية داخل هذه اللواقط ليحدث التبادل الحراري.

يتم وضع المواسير وسطح الامتصاص داخل هيكل معدني معزول ومحكم الإغلاق من الأعلى بطبقة زجاجية سمكها 4 مم للحفاظ على الحرارة داخل الهيكل وتقليل الفواقد الحرارية.

مساحة المجمعات الشمسية

يجب أن تكون مساحة المجمعات الشمسية متناسبة مع سعة السخان، حيث نحتاج عادة إلى مساحة تتراوح بين 1.2 إلى 1.5 متر مربع لكل 100 لتر من سعة السخان، وستوفر هذه المساحة 90٪ من احتياجات المياه الساخنة في الصيف و 60٪ في الشتاء.

فائدة السخانات المضغوطة

تحمل السخانات المضغوطة ضغط مياه يصل إلى 10 بار، لذلك يتم تركيب مضخة للحصول على الماء الساخن تحت ضغط مماثل للماء البارد القادم من شبكة المياه في الشارع، وبذلك يتسهل خلط الماء البارد والساخن في الخلاط عند استخدامه.

تعتبر قلة تدفق المياه الساخنة وصعوبة خلطها بالماء البارد، خاصة في الأدوار العليا للمبنى، أكبر سلبيات سخانات الأنابيب المفرغة غير المضغوطة. حيث تعتمد الأنابيب المفرغة على وجود السخان الشمسي في أعلى نقطة بالمبنى، ويكون نزول الماء تحت تأثير الجاذبية الأرضية فقط.