تحليل مزايا وعيوب سخانات المياه الشمسية المسطحة

سخان المياه الشمسي المسطح هو جهاز يُسلط فيه ضوء الشمس على سطح المُجمِّع، ويمر عبر صفيحة غطاء شفافة، ثم يُسقط على صفيحة امتصاص الحرارة. تُمتص الحرارة المُولَّدة من الإشعاع الشمسي بكفاءة وتُحوَّل إلى طاقة حرارية بواسطة طبقة غشاء زرقاء أو سوداء عالية الامتصاص ومنخفضة الانبعاثية، ثم تُنقل إلى وسيط نقل الحرارة. يتكون المُجمِّع الشمسي المسطح من أربعة مكونات رئيسية: صفيحة امتصاص الحرارة، وصفيحة غطاء شفافة، وطبقة عازلة، وغلاف خارجي. باستخدام خط أنابيب دائري ومضخة مياه، يُنقل سائل العمل المُسخَّن إلى الماء البارد عبر ملف تبادل حراري، مما يرفع درجة حرارة الماء باستمرار ويُخزَّن الماء الساخن في خزان مياه معزول.

فما هي مزايا وعيوب المجمعات الشمسية المسطحة؟

مزايا سخان المياه الشمسي المسطح

1. سخانات المياه الشمسية ذات الألواح المسطحة مناسبة جدًا لمتطلبات دمج المباني. بفضل خصائصها الهيكلية المستوية، لا يتقيد تصميمها بالشكل أو الحجم، كما أن شكلها وبنيتها مرنان وسهلا التكامل مع مكونات المبنى. بالإضافة إلى ذلك، توفر لوحة التجميع المعدنية سهولة كبيرة في التركيب والصيانة.

٢. كفاءتها الحرارية عالية جدًا. لا تحتوي المجمعات الشمسية المسطحة على فجوات مثل الأنابيب المفرغة. فهي سطح مستمر، وعند تعرضها لأشعة الشمس، يمكن لسطح المجمع بأكمله استقبال ضوء الشمس. لذلك، في ظل نفس مساحة الإضاءة وكثافة أشعة الشمس، يكون متوسط ​​الكفاءة اليومية لسخانات المياه الشمسية المسطحة أعلى بأكثر من ٦٪ من متوسط ​​كفاءة الأنابيب المفرغة.

٣. أداء سخانات المياه الشمسية المسطحة ممتاز في تحمل الضغط. صفيحة امتصاص الحرارة للمجمع الشمسي المسطح مصنوعة من مادة معدنية، كما أن وصلة المجمع بخزان المياه مصنوعة من أجزاء معدنية، مما يسمح له بتحمل ضغط مياه الصنبور ومضخة الدورة الدموية.

٤. الأداء مستقر للغاية. في بعض الأماكن الكبيرة، مثل الفنادق والمسابح والمصانع، يتطلب استخدام سخانات المياه الشمسية عددًا كبيرًا من المجمعات الشمسية لتكوين نظام إمداد مياه واسع النطاق. يستخدم سخان المياه الشمسي الأنبوبي المفرغ مكونات مطاطية للتوصيل، مما يجعل النظام غير مستقر للغاية، بينما يتصل المجمع الشمسي المسطح بالنظام عبر المعدن، مما يجعل النظام مستقرًا للغاية.

مخطط هيكلي لمجمع شمسي مسطح

عيوب المجمعات الشمسية المسطحة

١. يُناسب هذا النظام الاستخدام في المناطق غير المتجمدة، وإلا فقد تستمر مشاكل التجمد في الشتاء. نظرًا لعدم ملء قلب الألواح الشمسية المسطحة بالتفريغ، ورغم استخدام مواد عازلة للحشو، يبقى تأثير العزل غير جيد. بالمقارنة مع الطاقة الشمسية المفرغة، تُبدّد هذه الألواح الحرارة بسرعة وفي درجات حرارة منخفضة في الهواء الطلق شتاءً. مع أن استخدام التدفئة الثانوية يُحلّ مشكلة عدم القدرة على استخدامها شتاءً، إلا أنه يُضيف أيضًا وصلات وسيطة، مما قد يُؤدي إلى فقدان بعض الحرارة.

٢. سيكون هناك فقدان حرارة معين. قلب الألواح الشمسية المسطحة ليس مفرغًا، وتأثير العزل الحراري ليس جيدًا عند استخدامه مع الأجهزة ذات الصلة. بالمقارنة مع الألواح الشمسية ذات الأنابيب المفرغة، فإنها تبدد الحرارة بشكل أسرع في الشتاء.

في الواقع، من بين منتجات الطاقة الشمسية المدمجة في المباني، تُعدّ أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية التجارية ذات الألواح المسطحة منتجاتٍ تجمع بين السلامة والأداء الممتاز. على الرغم من أن مزايا وعيوب المجمعات الشمسية المسطحة لا تزال أكثر وضوحًا مقارنةً بأنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية ذات الأنابيب المفرغة، إلا أن أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية ذات الأنابيب المفرغة لها عيوبٌ مثل انفجار الأنابيب وانعدام الضغط عند استخدامها في المباني الشاهقة. يُعد المجمع الشمسي المسطح المكون الأساسي لتجميع الحرارة في نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية المنفصل المسطح، ويؤثر أداؤه بشكل مباشر على كفاءة الطاقة في نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية بأكمله. لا يقتصر تحسين الأداء الحراري لسخانات المياه الشمسية المسطحة على الاستفادة الكاملة من الطاقة الشمسية فحسب، بل يزيد أيضًا من موثوقيتها. يُعدّ العزل الحراري ومعدل امتصاص الحرارة لجسم امتصاص الحرارة عاملين رئيسيين يؤثران على الأداء الحراري للمجمعات الشمسية المسطحة. وصل معدل امتصاص مواد طلاء جسم امتصاص الحرارة الحالية إلى مستوى 0.92 أو أعلى، وهناك مجال محدود للتحسين. لذلك، يُعد تحسين أداء العزل للمجمعات الشمسية المسطحة عاملاً رئيسيًا في تحسين أدائها الحراري.