سخان ماء شمسي

يمكن تصنيف أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية بعدة طرق. إحدى الطرق الأساسية للتمييز بين السخانات الشمسية تعتمد على ما يتم تسخينه في مجمعات الطاقة الشمسية الخاصة بها. وهذا ينتج فئتين متميزتين: الأنظمة المباشرة وغير المباشرة. تقوم أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية المباشرة، والتي تسمى أيضًا أنظمة الحلقة المفتوحة، بتدوير المياه المنزلية، التي نستخدمها للاستحمام وغسل أيدينا، من خزان المياه إلى المجمعات وبالعكس. من ناحية أخرى، تستخدم سخانات المياه الشمسية ذات الحلقة المغلقة أو غير المباشرة مبادلًا حراريًا لفصل الماء عن سائل نقل الحرارة، وهو عادة مضاد للتجمد يدور في المجمعات ونظام الأنابيب. على الرغم من أنها أكثر تكلفة وصعبة الصيانة، إلا أن الأنظمة غير المباشرة تعمل بشكل موثوق في الظروف شديدة البرودة أو الحرارة. يمنع سائل نقل الحرارة التجمد وارتفاع درجة الحرارة.

الجهاز الكهربائياستنادًا إلى ما إذا كانت القوة الخارجية مستخدمة في نظام التدوير، يمكن تصنيف سخان المياه الشمسي إلى أنظمة نشطة وسلبية. تستخدم أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية النشطة مضخات لتوزيع المياه المنزلية أو مضادات التجمد من خلال النظام. كما أنها تنظم العملية الشاملة باستخدام وحدات التحكم الإلكترونية، وأنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية السلبية والإيجابية المباشرة، والتي يعتبر جهاز التحكم في درجة الحرارة هو المكون الرئيسي فيها. يقوم جهاز التحكم في درجة الحرارة بمراقبة الفرق في درجة الحرارة بين السائل الخارج من المجمع الشمسي والماء في خزان التخزين. عادةً ما تقوم وحدة التحكم بتشغيل المضخة عندما يكون السائل (المياه المنزلية أو مانع التجمد) في المُجمِّع حوالي 5-8 درجة مئوية أكثر دفئًا من الماء الموجود في الخزان، وتقوم بإيقاف تشغيل المضخة عندما يقترب فرق درجة الحرارة من {{2} } درجة مئوية. تمنع عملية التحكم هذه المضخة من الدوران كثيرًا وتمنع ارتفاع درجة حرارة الماء الموجود في الخزان.
نظرًا لأنها لا تستخدم أي مضخات، تعتمد سخانات المياه الشمسية السلبية حصريًا على قوى الحمل الحراري الطبيعية المدفوعة بالحرارة والجاذبية لتدوير الماء أو سائل نقل الحرارة عبر النظام. نظرًا لأن الماء الدافئ يرتفع ويسقط الماء البارد في الحمل الحراري، فيجب دائمًا وضع خزان التخزين فوق مجمعات الطاقة الشمسية. على الرغم من أن أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية السلبية تكلف أقل من الأنظمة النشطة، حوالي 20%-50%، ولا تتطلب أي صيانة، إلا أنها غير فعالة نسبيًا ويمكن أن تسخن أو تتجمد. توفر الأنظمة النشطة أيضًا مزيدًا من الحرية في تصميم النظام وتسمح بالتحكم الدقيق في درجة الحرارة، مما يجعل تجربة سخان المياه بالطاقة الشمسية مريحة قدر الإمكان.

قد تعتقد أننا قد بحثنا بالفعل في الكثير من أنواع تسخين المياه بالطاقة الشمسية وأن الأنظمة النشطة المباشرة والسلبية وغير المباشرة وغير المباشرة تصف بدقة جميع اختياراتك. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض الفئات الفرعية لاستكشافها. يمكن تقسيم أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية المباشرة السلبية إلى نوعين بناءً على مكان تخزين المياه. تجمع أنظمة تخزين المجمع المتكاملة (ICS) بين مجمع الطاقة الشمسية وخزان التخزين. توجد الخزانات المدمجة في صندوق زجاجي معزول يواجه الشمس، ويمتص الإشعاع الشمسي وبالتالي يسخن الماء. نظرًا لأنه يتم تخزين المياه في الخارج، فإن هذا النظام مناسب فقط للمناخات الأكثر دفئًا حيث يكون فقدان الحرارة قليلًا طوال الليل.
من ناحية أخرى، لا تقوم أنظمة ثيرموسيفون بتخزين المياه في المجمع. يقومون بتدوير المياه بدون مضخات إلى خزان تخزين داخلي أو خارجي تم تركيبه فوق المجمعات. يتدفق الماء بشكل طبيعي عبر النظام: يرتفع الماء الدافئ إلى الخزان ويسقط الماء البارد إلى المجمعات للتدفئة. تعد أنظمة Thermosyphon أكثر تكلفة من أنظمة ICS، ولكنها تعمل بشكل أفضل في المناخ البارد. بشكل عام، سخان المياه الشمسي السلبي غير المباشر هو نظام سيفون حراري يستخدم مضاد التجمد.

في أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية غير المباشرة النشطة، يمكن إضافة خزان تصريف لتحسين الأداء. في هذه الأنظمة، لا يتم ضغط أنابيب المجمع وتتضمن خزان تصريف مفتوح موجود في مساحة مكيفة أو شبه مكيفة. إذا أصبح الجو ساخنًا جدًا في المجمع، يتم إيقاف تشغيل المضخة ويتم تصريف سائل مضاد التجمد إلى خزان الصرف الخلفي. لكي يحدث هذا دون ضغط إضافي، يجب أن تنحدر جميع الأنابيب الموجودة فوق خزان الصرف، بما في ذلك المجمعات، إلى الأسفل. عندما يصل الفرق في درجة الحرارة إلى المستوى الطبيعي، تقوم المضخة بتدوير سائل نقل الحرارة مرة أخرى إلى مجمع أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية النشطة. لذلك، يمنع نظام التصريف الخلفي النشط الأضرار المرتبطة بالحرارة للمجمع أو سائل مضاد التجمد مع ضمان عدم ارتفاع درجة حرارة الماء. في سخانات المياه بالطاقة الشمسية المباشرة النشطة، يتجنب نظام التصريف الخلفي فقدان الكثير من الحرارة ليلاً لأن الماء يستنزف مرة أخرى إلى الخزان الداخلي. علاوة على ذلك، لا تتطلب أنظمة التصريف أي صيانة. لسوء الحظ، نظرًا لمزاياها العديدة، تعد أنظمة التصريف النشط هي أغلى أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية.