آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی

آب گرم‌کن‌ها عمده‌ترین نقش غیرنیروگاهی سیستم‌های گرمایی خورشیدی می‌باشد. آبی که توسط آب گرم کن حاصل می‌‌شود برای مثال می‌تواند در موارد زیر مورد استفاده قرار گیرد:

• آب گرم بهداشتی
• گرم کردن فضای ساختمان از طریق گرم کردن آب گرم برای سیستم‌های گرمایشی
• تأمین گرمای مورد برای راه‌اندازی سیستم‌های جذبی جهت تهویه مطبوع و سیستم‌های سرمایشی
• استفاده در آب شیرین‌کن‌ها

انواع آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی

کلکتور، مدار لوله‌کشی و مخزن ذخیره سازی، سه جزء تشکیل دهنده‌ی یک آبگرم‌کن خورشیدی می‌باشند.

آب گرم‌کن‌های خورشیدی به دو دسته‌ی حلقه باز (open loop) یا “مستقیم” و حلقه بسته (close loop) یا “غیرمستقیم” تقسیم می‌شوند که هردوی آن‌ها می‌توانند به دو صورت، یکی با جریان طبیعی مایع (ترموسیفونی) و دیگری با فشار (پمپی) می‌توانند کار کنند که به اولی سیستم‌ پسیو و به دومی، سیستم اکتیو نیز می‌گیوند.

آب‌گرم‌کن‌های حلقه باز یا مستقیم

در سیستم‌های حلقه باز آب گرم مصرفی از خود کلکتورها تأمین می‌شود. درواقع، کلکتورها از مایع جداگانه ای استفاده نمیکنند بلکه از همان آب مصرفی استفاده میکنند. سیستم‌های حقه باز خود در دو نوع می‌باشند:

1.  سیستم حلقه باز با گردش آب اجباری یا سیستم اکتیو
2.  سیستم حلقه باز با گردش طبیعی (ترموسیفونی) یا سیستم پسیو

در شکل زیر می‌توانید دو نوع سیستم آب‌گرم کن حلقه باز یا مستقیم را مشاهده کنید:

یک ترموسیفون (آب گرم‌کن بدون پمپ یا پسیو) به طور دقیق‌تر در شکل زیر قابل مشاهده است که در ادامه بیشتر با آن ها آشنا خواهید شد:

• در مقابل گرمی زیاد محافظت نشده‌اند، مگر اینکه از یک پمپ خروج در آن‌ها استفاده شود.
• در مقابل انجماد در برابر سرما محافظت نشده‌اند، مگر اینکه کلکتورها در برابر یخ زدگی مقاوم شوند.
• کلکتورها آب سنگین را انباشته می‌کنند، مگر اینکه از یک تبدیل یون سبک‌کننده استفاده شود.

آب‌گرم‌کن‌های حلقه بسته یا غیر مستقیم

این آب‌گرم‌کن‌ها بسیار کارآمد و قابل اطمینان می‌باشند و به نگهداری کم‌تری نیاز دارند. همانطور که ذکر شد، این سیستم‌ها از یک مایع جداگانه از آب مصرفی به نام مایع منتقل کننده‌ی گرما (HTF) برای انتقال گرما بهره می‌برد. HFT که گرما را از کلکتور دریافت می‌کند، اصولاً آب و ضدیخ می‌باشد که در یک چرخه‌ی بسته از طریق لوله‌کشی، بین کلکتور و مخزن جریان می‌یابد. HTF که از طریق کلکتور گرم شده است، به سمت مخزن حرکت می‌کند و در آنجا از طریق یک مبدل حرارتی، گرمای خود را به آب داخل مخزن منتقل می‌کند و پس از انتقال گرما و افت دما، به کلکتور باز می‌گردد. پس بدون اینکه با آب مصرفی مخلوط شود، به طور مداوم در این چرخه به گردش در می‌آید.

سیستم‌های پسیو و اکتیو

همانطور که در بالا نیز ذکر شد، سیستم آب‌گرم کن خورشیدی پسیو یا ترموسیفون وابسته به لوله‌های گرمایی برای چرخش آب می‌باشند. سیستم‌های آب‌گرم کن پسیو، دارای هزینه‌ی کم‌تری می‌باشند و نگهداری آن‌ها نیز نسبت به آب‌گرم کن‌های اکتیو آسان‌تر است ولی بازده آن‌ها نسبت به آب‌گرم‌کن‌های اکتیو به میزان قابل توجهی پایین‌تر است و همچنین، مسائلی مانند یخ زدگی یا گرم‌شدن بیش‌از حد، دغدغه‌های اصلی درمورد آن‌ها می‌باشد.

برخلاف سیستم‌های پسیو که از گردش طبیعی آب بهره می‌جویند، سیستم‌های اکتیو از یک یا چند پمپ برای گردش آب گردش سیال عملگر در سیستم استفاده می‌کنند.

هرچند سیستم‌های آب‌گرم‌کن خوشیدی اکتیو گران‌قیمت‌تر هستند ولی داری یک سری مزایا  می‌باشند:

• مخزن ذخیره کننده‌ می‌تواند در مکانی پایین‌تر از کلکتور قرار گیرد در صورتی که در سیستم‌های پسیو، مخزن حتما باید بالاتر از  کلکتور قرار گیرد.
• مخزن ذخیره کننده می‌تواند همیشه خارج از دید باشد.
• مخزن می‌تواند در یک محفظه‌ی ایزوله شده نگهداری شود تا از تلفات گرما جلوگیری شود.
• می‌توان از مخازن Drainback استفاده کرد.
• بازده بسیار بالاتر از سیستم پسیو است.
• سیستم، کنترل پذیری خوبی دارد.

سیستم‌های آب‌گرم‌کن خورشیدی مدرن اکتیو، دارای کنترلرهای الکترونیکی می‌باشند که محدوده‌ی وسیعی از وظایف را انجام می‌دهند مثلاً اصلاح مشخصات برای کنترل سیستم، محاسبه‌ی انرژی صرفه جویی شده از طریق سیستم SWH، اقدامات امنیتی، دسترسی از راه دور و نمایش اطلاعات مختلف از جمله دما.

معروف‌ترین کنترلر پمپ، کنترلر تفاضلی می‌باشد که اختلاف دما بین آب خارج شده از کلکتور و آب داخل مخزن در مجاورت مبدل گرما را اندازه‌گیری می‌کند. در یک سیستم اکتیو رایج، وقتی که دمای داخل کلکتور ۸ تا ۱۰ درجه‌ی سانتی‌گراد گرم‌تر از آب داخل مخزن است، کنترلر پمپ را روشن می‌کند و وقتی اختلاف دما کمتر از ۳ تا ۵ درجه‌ی سانتی‌گراد باشد، پمپ را خاموش می‌کند. در سیستم‌های حلقه باز یا مستقیم، اختلاف دما برای روشن بودن پمپ به ۴ درجه کاهش پیدا می‌کند زیرا در آن سیستم، مبدل گرمایی وجود ندارد.

برخی از سیستم‌های SWH از انرژی یک پانل فتوولتائیک (PV) برای روشن کردن یک یا چند پمپ DC با سرعت متغیر استفاده می‌کنند. برای حصول اطمینان از عملکرد مناسب، پانل فتوولتائیک و پمپ باید متناسب با یکدیگر انتخاب شوند.

یک آب‌گرم‌کن خورشیدی اکتیو، به جای یک پمپ الکتریکی می‌تواند به یک پمپ حبابی (یا پمپ آبفشان) مجهز باشد. این پمپ‌ها، مایع منتقل کننده‌ی گرما (HTF) را از طریق انرژی خورشید بین کلکتور و مخزن به گردش در می‌آورند، بدون اینکه از منبع انرژی خارجی استفاده کنند. در سیستم پمپ حباب، مدار بسته‌ی HTF ، تحت فشار پایین است که منجر به جوشیدن مایع در دماهای پایین و بر اثر تابش نور آفتاب می‌شود (در فشارهای پایین، نقطه‌ی جوش مایع کاهش می‌یابد، به جوشیدن آب حین پر کردن یک سرنگ دقت کنید). حباب‌های بخار از یک پمپ آبفشان، منجر به یک جریان روبه بالا می‌شود.

1- پمپ حبابی

 همانطور که ذکر شد، آب گرم کن های خورشیدی می توانند در حمام ها و استخرها به کار روند. تاکنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور مانند استان خراسان، سیستان و بلوچستان و یزد نصب و راه اندازی شده است.

آشنایی با کاربردهای غیر نیروگاهی انرژی خورشیدی:

• آشنایی با طبیعت انرژی خورشید
• آشنایی با سیستم های گرمایی خورشیدی
• آشنایی با آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی
• آشنایی با گرمایش و سرمایش خورشیدی ساختمان‌ها
• آشنایی با آب شیرین کن خورشیدی
• آشنایی با خشک ‌کن ‌های خورشیدی
• آشنایی با اجاق‌های خورشیدی
• آشنایی با کوره‌ی خورشیدی
• آشنایی با پمپ حرارتی خورشیدی