تحقیق در مورد آبگرمکن خورشیدی

ستاره | سرویس علوم – آبگرمکن خورشیدی عبارت است از دستگاهی با قابلیت مهار نور خورشید و گرم کردن آب لوله کشی، به نحوی که بتوان از آب آن برای استحمام، دوش گرفتن و … بهره برد. این دستگاه اساساً دارای قسمت‌های زیر است:

• یک صفحه حرارتی (جمع کننده نور خورشید)، که در پشت بام کار گذاشته می‌شود.
• یک منبع برای ذخیره آب گرم؛
• و لوازم فرعی مانند پمپ چرخان، که انرژی خورشیدی را از جمع کننده گرفته و به منبع آب گرم هدایت می‌کند؛ و همچنین یک تنظیم کننده میزان حرارت.

در هر صورت، این دستگاه به یک سیستم پشتیبان حرارتی نیاز دارد تا در هنگام عدم وجود روشنایی کافی از آن استفاده کند.

 

 

روش عملکرد آبگرمکن خورشیدی

سیستم آبگرمکن خورشیدی از سه قسمت اصلی تشکیل شده است:
۱. یک یا چند جمع کننده خورشیدی (لوله یا  پنل)، که معمولاً در پشت بام نصب می‌شود؛
۲. یک پمپ متصل به کنترل کننده؛ 
۳. یک سیلندر آب گرم با دو سیم پیچ حرارتی – که به نام سیلندر سیم پیچ دوگانه شناخته می‌شود.

جمع کننده، انرژی خورشیدی دریافتی از نور آفتاب را برای گرم کردن مایع حرارتی (آب همراه با ضد یخ) بکار می‌گیرد. اگر مایع داخل جمع کننده از آب داخل سیلندر گرمتر باشد، کنترل کننده با استفاده از سیم پیچ سیلندر، پمپ را فعال می‌کند. به این ترتیب آب گرم داخل سیلندر پمپاژ شده و از آن برای استحمام و استفاده شیر‌های آب گرم بهره برده می‌شود. دومین سیم پیچ حرارتی در سیلندر به یک دیگ بخار پشتیبان (برای مثال، دیگ بخار گاز) متصل است تا در هنگام عدم وجود نور خورشید مکفی، آب گرم را تأمین نماید.

 

 

جمع کننده خورشیدی

جمع کننده قسمتی از سیستم آبگرمکن خورشیدی است. وظیفه این دستگاه عبارت است از جمع آوری گرمای ناشی از نور خورشید و انتقال آن به آب. “جعبه گرما”ی قدیمی، یک منبع بازیافت شده آب گرم، نمونه‌ای بسیار ساده از جمع کننده‌ها محسوب می‌شود. این دستگاه از روکش خود جدا شده، دارای رنگ سیاه بوده و به وسیله یک جعبه دارای درب شیشه‌ای به خوبی عایق بندی شده است. بنابراین، هرچند دستگاهی بسیار ابتدایی به شمار می‌آید، اما در واقع سیستمی کارآمد با ساختار و طریقه نصب آسان است که می‌شود برای سرمایه گذاری‌های بسیار کوچک از آن بهره برد. صرف نظر از اینکه سیستم خانگی فعال یا غیرفعال است، آب گرمکن از یکی از سه نوع جمع کننده خورشیدی را استفاده می‌کند: صفحه مسطح، سیستم جمع آوری – ذخیره یکپارچه، یا جمع کننده‌های خورشیدی استوانه تخلیه شده.

قسمت بعدی جمع کننده جعبه گرم است. این دستگاه عبارت است از یک صفحه جذب سیاه رنگ که پرتو‌های خورشیدی را جمع آوری می‌کند. عموماً این جمع کننده‌ها دارای یک صفحه جذب تیره هستند که زیر یک یا چند شیشه یا روکش پلاستیکی شفاف کار گذاشته شده است. وظیفه این صفحه انتقال گرمای خورشیدی به لوله آب مسی است. آب در حین عبور از میان صفحه جذب توسط نور خورشید گرم می‌شود. عایق بندی موجود به حفظ گرما در داخل جعبه یاری می‌رساند. این امر در انتقال مقدار بیشتری از آب گرم برای جعبه گرما فوق العاده است. جمع کننده‌های صفحه جذب نسبت به جعبه گرمای ابتدایی دارای مشخصات و وزن بسیار کمتری هستند. به همین دلیل راه حل‌های جذاب و کم هزینه تری برای منازل مسکونی محسوب می‌شود (و به ویژه گزینه به صرفه تری برای استخر‌های شنای آب گرم هستند).

 

 

پیشرفته‌ترین فناوری آبگرمکن خورشیدی، جمع کننده استوانه تخلیه شده است. این سیستم از ردیف‌های موازی استوانه‌های شیشه‌ای شفاف، جذب کننده‌های فلزی و باله‌های روپوشدار ساخته شده است. این جمع کننده‌های پیشرفته از پرتو‌ها استفاده می‌کنند و اتلاف حرارت را به حدأقل می‌رسانند. برخی از انواع آن‌ها نیز استوانه‌های شیشه‌ای را در داخل شیشه‌ها بکار می‌گیرند و یا اینکه دارای یک جذب کننده فلزی متصل به باله هستند. درباره نوع اخیر باید گفت که روکش باله انرژی خورشیدی را جذب می‌کند، و در عین حال مانع اتلاف گرما نیز می‌شود. یک خلأ در داخل استوانه‌ها ساخته شده است که اتلاف گرمای رسانا و کنسانتره را محدود می‌کند. این نوع اتلاف گرما موجب از دست رفتن شدید کارآمدی سیستم‌های جمع کننده‌های اصلیتر می‌شود. استوانه تخلیه شده یا جمع کننده‌های سبک خلأ می‌توانند آب را تا دما‌های بسیار بالا، که بعضی اوقات به ۳۰۰ درجه فارنهایت می‌رسد، گرم کنند.

سیستم‌های منبع جمع کننده یکپارچه نیز از یک جعبه لعاب و عایق بندی شده بهره می‌گیرند، اما در عوض صفحه‌های جذب از یک یا چند استوانه یا منبع سیاه برای گرم کردن آب استفاده می‌کنند. آب از پیش گرم شده به آب گرم کن پشتیبان مرسوم فرستاده شده و انبار می‌شود. اما لوله‌های بیرون از خانه در معرض انجماد قرار دارند، پس این نوع برای مناطق سردسیر، که زمستان‌های بسیار سختی دارند، مناسب نیست.

 

منابع انبار آب گرمکن‌های خورشیدی

منابع انبار آب گرمکن‌های خورشیدی به خوبی عایق بندی شده و دارای ورودی‌ها و خروجی‌های متصل به جمع کننده هستند. سیستم‌های تک منبعه از ترکیب منبع انبار خورشیدی/حرارتی پشتیبان استفاده می‌کنند. سیستم‌های دو منبعه نیز دارای آبگرمکن خورشیدی هستند که قبل از انتقال آن به آب گرمکن عادی، آب را گرم می‌کند.