تسخين المياه باستخدام الطاقة الشمسية

تسخين المياه بالطاقة الشمسية

تسخين المياه بالطاقة الشمسية هو تحويل ضوء الشمس إلى حرارة لتسخين المياه باستخدام مجمع حرارة شمسية. هناك العديد من الابتكارات بتكلفات متعددة لتوفير الحلول في جميع أنواع المناخ. يُستخدم تسخين المياه بالطاقة الشمسية بصورة واسعة في بعض البيوت السكنية وفي بعض التطبيقات الصناعية. 

المجمع المواجه للشمس يقوم بتسخين مائع التشغيل والذي يمر إلى نظام تخزين للاستخدام في وقت لاحق. قد يكون تسخين المياه بالطاقة الشمسية نشطا أو سلبيا وقد يستخدم المياه فقط أو المياه ومائع التشغيل. وقد يتم تسخين المياه بشكل مباشر أو عن طريق مرايا مركزة للضوء. في الأحجام الكبيرة يمكن أن تركز المرايا ضوء الشمس على مجمّع صغير.

متطلبات التصميم

يتم تحديد نوع وتعقيد وحجم نظام تسخين المياه الشمسي عن طريق:

• درجة الحرارة وكمية المياه المطلوبة من النظام.
• التغيرات في درجات الحرارة المحيطة والإشعاع الشمسي بين الصيف والشتاء.
• التغيرات في درجة حرارة الغرفة خلال دورة الليل والنهار.
• إمكانية التسخين الزائد أو التجميد للمياه الصالحة للشرب أو مائع التجميع

يتم تحديد الحد الأدنى للنظام عن طريق كمية الحرارة أو المياه الساخنة المطلوبة أثناء الشتاء عندما يكون إخراج النظام وحرارة المياه الخارجة أقل ما يمكن. ويتم تحديد الحد الأقصى للنظام عن طريق الحاجة لمنع المياه من كونها ساخنة عن اللازم أو أن تتبخر.

الحماية من التجمد

تمنع طرق الحماية من التجمد حدوث الضرر للنظام بسبب تمدد السوائل المتجمدة. حيث تقوم أنظمة التصريف بصرف السوائل من النظام عندما تتوقف المضخة. كما تستخدم العديد من الأنظمة الغير مباشرة موانع التجمد (مثل البروبيلين جلايكول) في سائل نقل الحرارة.

الحماية من التسخين الزائد

عندما يتوقف استخدام المياه الساخنة ليوم أو اثنين يمكن أن يصل السائل داخل المجمعات والخزانات إلى حرارة عالية في كل الأنظمة بدون أنظمة للتصريف. عندما يصل الخزان في انظمة التصريف إلى الحرارة المطلوبة تتوقف المضخة لتتوقف عملية التسخين وبالتالي تمنع التسخين الزائد للخزان.

تصميم النظام

تشتمل نماذج التصميم على صندوق معزول ومغطى بالزجاج من الأعلى مع مجمع شمسي مسطح مصنوع من المعدن ومتصل بأنانبيب مبدلة للحرارة من النحاس وغامقة اللون أو عدد من الأنابيب المعدنية المحاطة بأسطوانة زجاجية مفرغة من الهواء. في الحالات الصناعية يمكن استخدام مرآة مركزة لتركيز ضوء الشمس على الأنبوبة. يتم تخزين الحرارة في خزان لتخزين المياه الساخنة. يجب أن يكون حجم هذا الخزان أكبر في أنظمة التسخين الشمسي ليقوم بتعويض الطقس السئ.