BTE Solar: مبدأ ومكونات نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية

مبدأ ومكونات نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية

استخدام الطاقة الشمسية:

سخان المياه الشمسي هو جهاز تسخين يحوّل ضوء الشمس إلى طاقة حرارية، ويسخّن الماء من درجات حرارة منخفضة إلى عالية لتلبية احتياجات الناس اليومية من الماء الساخن. تُصنّف سخانات المياه الشمسية حسب نوعها إلى سخانات مياه شمسية بأنبوب مفرغ وسخانات مياه شمسية مسطحة.

مبدأ العمل:

يمر ضوء الشمس عبر الطبقة الأولى من الزجاج في أنبوب امتصاص الحرارة، ويصطدم بالطبقة السوداء الممتصة للحرارة في الطبقة الثانية، والتي تمتص الطاقة الشمسية. لأن العزل الفراغي بين طبقتي الزجاج يقلل بشكل كبير من انتقال الحرارة (مع استمرار انتقال الحرارة الإشعاعي، إلا أنه يُلغى التوصيل الحراري والحمل الحراري). تنتقل معظم الحرارة إلى الماء داخل الأنبوب الزجاجي، مما يؤدي إلى تسخينه. يصبح الماء الساخن أخف وزنًا ويتدفق لأعلى على طول السطح الساخن للأنبوب الزجاجي إلى خزان تخزين المياه المعزول. يتدفق الماء البارد نسبيًا في الخزان على طول السطح الخلفي للأنبوب الزجاجي لتجديد الماء. تستمر هذه الدورة، مما يؤدي إلى تسخين الماء باستمرار في خزان تخزين المياه المعزول، وبالتالي الحصول على الماء الساخن.

مكونات نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية

1. مجمع الطاقة الشمسية ذو اللوحة المسطحة

هذا هو عنصر تجميع الحرارة في النظام. وظيفته مشابهة لعنصر التسخين في سخان الماء الكهربائي. بخلاف سخانات الماء الكهربائية والغازية، تستخدم المجمعات الشمسية الحرارة الإشعاعية الشمسية، لذا يقتصر وقت التسخين على وصول الإشعاع الشمسي إلى مستوى معين.

حاليًا، يُعدّ الأنبوب المفرغ الزجاجي بالكامل أكثر أنواع المجمعات الشمسية شيوعًا في السوق الصينية. يتكون هذا الأنبوب من أنبوب خارجي وأنبوب داخلي، يُطلى الأنبوب الداخلي بطبقة امتصاص انتقائية. تستخدم المجمعات الشمسية ذات الصفائح المسطحة غشاءً ماصًا للحرارة، مثل الكروم الأسود، على لوح المجمع، ويُلحم الأنبوب المعدني به. تُعد المجمعات الشمسية ذات الصفائح المسطحة أغلى قليلًا من مجمعات الأنابيب المفرغة، إلا أن تكلفتها شهدت ارتفاعًا في السنوات الأخيرة، خاصةً بالنسبة لسخانات المياه الشمسية المثبتة على الشرفات في المباني السكنية الشاهقة. تُصنع الأنابيب المفرغة الزجاجية بالكامل عادةً من زجاج فائق الصلابة عالي البورسليكات بسمك 3.3 متر، ويُطبّق هذا الطلاء الممتص انتقائيًا باستخدام عملية طلاء انتقائية بالرش الفراغي.

2. خزان مياه معزول

وعاء لتخزين الماء الساخن. يجب تخزين الماء الساخن المُجمّع بواسطة أنابيب التجميع في خزان ماء معزول لمنع فقدان الحرارة. يتكون خزان الماء المعزول في سخان الماء الشمسي من خزان داخلي، وطبقة عازلة، وغطاء خزان الماء. تُعد البطانة الداخلية لخزان الماء مكونًا أساسيًا لتخزين الماء الساخن، كما أن متانة مادته ومقاومته للتآكل أمران بالغي الأهمية. تشمل المواد المتاحة الفولاذ المقاوم للصدأ والمينا. تؤثر جودة مادة العزل بشكل مباشر على فعالية العزل الحراري، وهو أمر بالغ الأهمية خاصة في الطقس البارد. تُعد رغوة البولي يوريثان المتكاملة طريقة عزل مفضلة. عادةً ما يكون الغلاف الخارجي مصنوعًا من الفولاذ المطلي بالألوان، أو الفولاذ المجلفن، أو الفولاذ المقاوم للصدأ. يتطلب خزان الماء المعزول عزلًا ممتازًا، ومقاومة للتآكل، وجودة مياه نظيفة.

3. قوس

يدعم هذا الحامل المجمع وخزان المياه المعزول. يجب أن يكون متينًا وثابتًا ومقاومًا للرياح والثلوج والتآكل والصدأ. يُصنع عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ، أو سبائك الألومنيوم، أو الفولاذ المطلي بطبقة خارجية من البلاستيك.

4. توصيل الأنابيب

يقوم سخان المياه الشمسي أولاً بسحب الماء البارد إلى خزان الماء الساخن، ثم ينقل الحرارة عبر المجمع إلى خزان الماء المعزول. يتصل خزان الماء الساخن بخطوط الماء الساخن والبارد الداخلية، مشكلاً حلقة مغلقة للنظام بأكمله. يُعدّ التصميم الجيد لأنابيب الطاقة الشمسية وتوصيلها بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل الأمثل للنظام الشمسي. يجب عزل أنابيب الطاقة الشمسية. في المناطق الشمالية الباردة، يجب تركيب كابلات التدفئة على الجدران الخارجية للأنابيب لضمان استمتاع المستخدمين بتسخين الماء بالطاقة الشمسية حتى في برد الشتاء.

5. مكونات التحكم

دورة تجميع الحرارة المُتحكم بها بفارق درجة الحرارة: يتضمن نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية الأرضية مستشعرًا لدرجة حرارة المجمع ومستشعرًا لدرجة حرارة الماء. بعد امتصاص المجمع للإشعاع الشمسي، ترتفع درجة حرارة أنابيب المجمع. عندما يتجاوز فرق درجة الحرارة بين المجمع وخزان المياه القيمة المحددة، يُصدر نظام الكشف أمرًا، يُشغّل مضخة تدوير لضخ الماء البارد من سخان المياه المركزي إلى المجمع. ثم يعود الماء الساخن إلى خزان المياه، مما يرفع درجة حرارة الماء في الخزان إلى الدرجة المحددة.