آبگرمکن های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

تهیه و تنظیم: پیمان متفکری

کارشناس مکانیک اداره کل استاندارد و تحقیقات صنعتی استان بوشهر

آبگرمکنهای خورشیدی
- آبگرمکنهای خورشیدی چگونه کار می کنند؟

در سیستمهای آبگرمکن خورشیدی، آب مصرفی یا بطور مستقیم با عبور از کلکتور گرم میشود (سیستمهای گردش مستقیم) یا اینکه بطور غیر مستقیم و توسط یک مبدل حرارتی که خود در یک سیکل بسته توسط سیال داخل کلکتور گرم شده است، گرما میگیرد (سیستم گردش غیر مستقیم). سیال عامل نیز یا به صورت طبیعی ( غیر فعال یا پسیو) جابجا میشود یا اینکه بصورت اجباری به گردش در میآید (فعال یا اکتیو). گردش طبیعی سیال عامل بر اثر پدیده ترموسیفون بوجود میآید در حالیکه برای گردش اجباری این سیال از یک پمپ استفاده میشود. غیر از سیستمهای ترموسیفون و سیستمهایی که کلکتور و منبع ذخیره یکپارچه دارند
. برای جلوگیری از یخ زدگی کلکتور در سیستمهای مستقیم از گردش معکوس(recirculation) یا تخلیه (drain-down) و در سیستمهای غیر مستقیم از تخلیه برگشتی (drain-back) استفاده می‌شود
1-آبگرمکن های خورشیدی ترموسیفونی:

از اصل ترموسیفون حرارتی، در آبگرمکن های خورشیدی استفاده می شود. بدین نحو که یک مخزن دوجداره ذخیره آب را در بالای کلکتور خورشیدی قرارداده و مابین جدار دوم مخزن ذخیره و لوله های کلکتور خورشیدی یک مدار بسته تشکیل می شود. با تابش خورشید بر روی سطح کلکتور خورشیدی، سیال داخل آن گرم شده و جریان ترموسیفونی مابین کلکتور و مخزن برقرار می شود. سیال موجود در کلکتورها در اثر خاصیت رسانایی گرم شده در اثر اختلاف چگالی که ناشی از اختلاف دمای سیال گرم و سرد می باشد خاصیت ترموسیفون بوجود آمده و بنا به این خاصیت سیال گرم به بالا حرکت کرده و به منبع ذخیره وارد می گرددد گردش آب گرم در جداره دوم مخزن سبب گرم شدن آب داخل مخزن اصلی می گردد و آب گرم با فشار در شبکه جاری می گردد.
حرکت ترموسیفون تا زمانی که انرژی خورشید موجود باشد ادامه دارد. این حرکت با افول خورشید متوقف می شود.

لوله‌های خلاء (واکیوم)
عامل جذب کننده داخل لوله خلاء تشعشع خورشید را جذب و مایع داخل آنرا گرم می‌کند. این عمل مانند عمل پانل خورشیدی است. تشعشعات اضافی از صفحه انعکاس نور واقع در پشت لوله‌ها جذب می‌شود. زاویه تابش خورشید در هر جهت باشد شکل مدور لوله خلاء باعث می‌شود نور خورشید مستقیماً به عامل جذب کننده برسد. حتی در روزهای ابری وقتی که نور خورشید از زاویه‌های مختلف می‌آید کلکتور لوله خلاء می‌تواند بسیار فعال باشد.
کلکتور خورشیدی با پانل تخت
این کلکتور شامل جعبه‌ای با پوشش شیشه‌ای است. در این جعبه تعدادی لوله مسی با بال‌های مسی متصل به آنها وجود دارد. سطح آن با ماده‌ای سیاهرنگ که برای جذب اشعه خورشید طراحی شده است پوشش داده می‌شود.
کلکتور سهموی : Concentrating Collector
این کلکتور‌ها سطح آینه ای داشته و برای تجمع انرژی خورشیدی بر روی تیوب جاذب که شامل سیال انتقال حرارت است، بکار می‌رود.
سیال عامل : آب با پروپلین گلیکول ( ضد یخ )
کلکتور
نوع : کلکتور مسطح ( تخت)
مساحت کلکتور : 2 متر مربع ( 2*1 متر)
مساحت صفحه جاذب : حدود 6/1 متر مربع
جنس صفحه شفاف: شیشه کم آهن ( فلوت )
تعداد صفحات شفاف : 1 عدد
ضخامت صفحه شفاف: 4 میلیمتر
جنس لوله های رایزر: مس یا آلومینیوم
تعداد لوله های رایزر: 145 میلیمتر
ضریب اتلاف گرمائی کلکتور : 8 w/m-°C
راندمان کلکتور:
مدل مسی : %42
مدل آلومینیوم اکسترود شده : %43
مدل آلومینیومی: %46
عایق کلکتور:
جنس عایق: پشم و شیشه با روکش آلومینیوم
ضخامت عایق: 2 اینچ
قاب کلکتور:
جنس: آلومینیوم اکسترود شده BS6063
رنگ : آندایز نقره ای
فریم : دو جداره جهت کاهش اتلاف انرژی
ورق زیر فریم : فولاد گالوانیزه با ضخامت 6/0 میلیمتر
قاب شیشه ای : آلومینیوم اکسترود شده BS6063
رنگ قاب : آندایز نقره ای
لاستیک شیشه :
جنس : لاستیک تسمه ای اسفنجی مقاوم در برابر شعله U.V
ابعاد : 5*20 میلیمتر
بررسیهای انجام گرفته دمای قابل دسترسی بوسیله کلکتورهای مسطح متداول به صورت متوسط تا حدود 90 درجه سلسیوس در فصول گرم سال و 60 درجه سلسیوس در فصول سرد سال می‌باشد
1 آب‌گرمکن‌های ترموسیفونی و پمپی مدار باز (مناطق گرم و آفتابی ر طول سال) - صفحات جاذب و لوله‌های داخلی از جنس مس -شیب 30 درجه و به طرف جنوب -ابعاد صفحه 1×2 مترمربع که توسط لوله به منبع ذخیره 200 لیتری متصل می‌شود. (در آب‌گرمکنهای ترموسیفونی ارتفاع سطح زیرین منبع ذخیره در حدود 50 cm بیشتر از بالاترین نقطه سطح کلکتور می‌باشد. - کلیه وسایل عایق‌بندی می‌باشد. - فلومتر جهت کنترل آب درون منبع -2 آب‌گرم‌کن‌های توموسیفوین و پمپی مداربسته (مناطقی که در طول سال یخبندان دارند.) - آب گرم‌کن‌های ترموسیفونی مداربسته احتیاج به ضد یخ دارند.
سیستم جبران ساز (کمکی)
آبگرمکن های خورشیدی به منظور جبران کمبود احتمالی انرژی خورشید، باید دارای یک سیستم جبران ساز باشند. سیستم جبران ساز در آبگرمکن های خورشیدی ترموسیفونی یک المنت برقی است که در داخل مخزن اصلی قرار دارد و در مواقع مورد نیاز به صورت اتوماتیک روشن میشود. این المنت برقی دارای یک ترموستات است که میتوان دمای دلخواه را توسط آن تنظیم کرد.
سیستم جبران ساز (کمکی)
در این آبگرمکن، علاوه بر المنت برقی، در فضای مابین دو مخزن یک مشعل گازی کوچک قرار داده شده است. آب سرد از شبکه لوله کشی شهری ابتدا به مخزن خورشیدی وارد شده و در مجاورت جدار متصل به کلکتورها گرم می شود. هنگام خروج آب گرم از مخزن به مصرف، آب از مخزن خورشیدی بوسیله لوله های ارتباطی وارد مخزن گازی می شود. در این حالت در صورتیکه دمای آب ورودی به مخزن گازی به اندازه کافی توسط بخش خورشیدی گرم شده باشد، سنسور مشعل گازی را گرم نگه داشته و گاز روشن نمیشود. اما در صورت کمبود دمای آب ورودی از قسمت خورشیدی، مشعل گازی به صورت اتوماتیک روشن شده و کمبود دمای مورد نیاز را جبران می نماید.
یک یا چند صفحه شفاف شیشه ای یا از جنس مواد دیاترموس (عبور دهنده پرتو)

نحوه قرار گیری و اجزای کلکتورهای FPC چگونه می باشد؟
این کلکتورها باید رو به خط استوا نصب شوند، بطوریکه در نیمکره شمالی به سمت جنوب و در نیمکره جنوبی بسمت شمال قرار گیرند. زاویه شیب مناسب برای این کلکتورها برابر با عرض جغرافیایی منطقه نصب است که بسته به نوع سیستم، این زاویه بین 5 تا 10 درجه افزایش یا کاهش می یابد.
سیستم تخلیه (بدون نیاز به ضدیخ و منبع انبساط) (drain back)
سیال عامل در این محصول آب است. در داخل مخزن خورشیدی یک مخزن مخفی به عنوان مخزن تخلیه تعبیه شده است. آب گردش کننده در کلکتورها در داخل این مخزن قراردارد. در زمانیکه پمپ آب با فرمان کنترلر روشن میشود، بخشی از آب مخزن تخلیه به داخل کلکتورها پمپ شده و پس از عبور جداره دوم مخزن، دوباره به مخزن تخلیه باز می گردد. در زمانیکه گردش پمپ با فرمان کنترلر قطع می شود، آب موجود در کلکتورها به صورت ثقلی به داخل مخزن تخلیه باز می گردد و کلکتورها خالی از آب می شوند. لذا در زمستانها نیازی به ضد یخ نیست و در تابستانها هم سیستم جوش نمی آورد.
ب) آبگرمکن های پمپی ( سیستم با گردش اجباری یا مدار باز)
در این دسته از آبگرمکنهای خورشیدی که معمولاð بصورت غیر مستقیم ( با تعداد کلکتور بالا و مخزن دو جداره ) می باشد جهت انجام بهتر عمل سیرکولاسیون از یک پمپ استفاده می شود این آبگرمکن ها معمولاð جهت سیستم های بزرگ به کار می رود همچنین در سیستم های خانگی نیز کاربرد دارد.
در ین حالت مخزن ذخیره درهر محلی از ساختمان و نسب به کلکتورها می تواند قرار بگیرد.
پمپ را در مسیر ورود محلول سرد به کلکتورها قرار می دهند این محلول پس از گرم شدن توسط صفحات جاذب کلکتورها برگشت می کند. این نوع از سیستم های خورشیدی به دلیل افزودن یک پمپ سیرکولاسیون به مدار گردش سیال به میزان قابل توجهی راندمان وتوان خروجی را بهبود می بخشد. در این نوع سیستم منبع ذخیره جدا از کلکتورها ودر نزدیکترین مکان به محل مصرف نصب می گردد.
همچنین این سیستم مجهز به یک کنترلر دما می باشد که این کنترلر درمواقع نیاز به پمپ دستور قطع و وصل می دهد.
به این ترتیب که این کنترلر دما اختلاف دمای بین خروجی کلکتور و ورودی به مخزن را اندازه می گیرد و پس از مقایسه با اختلاف دمای تنظیم شده روی این کنترلر که می تواند بین 1 تا 10 درجه تتظیم گردد فرمان قطع یا وصل شدن عمل سیرکولاسیون ( خاموش یا روشن کردن پمپ ) در مدار را می دهد

تانک ( مخزن)
جداره داخلی تانک از ورق گالوانیزه با ضخامت 3 میلیمتر و پوسته بیرونی آن از ورق گالوانیزه به ضخامت 2-3 میلیمتر ساخته شده است.
همچنین روکش آن از ورق فولادی با ضخامت 8/0-9/0 میلیمتر همراه با پوشش رنگ الکترواستاتیک می باشد. عایق بندی تانک با فوم تزریقی انجام شده

آبگرمکن های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

مطالب مشابه :

محاسبات کلکتور تخت خورشیدی

عوامل موثر بر پایداری شیب

آبگرمکن های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

بررسی زهکش و زهکشها

وزارت علوم تحقیقات و فناوری دانشگاه جامع علمی کاربردی مرکز آموزش جهادکشاورزی فارس گروه آبیاری ومناب

گرم کن های خورشیدی

تنظیم شرایط محیطی بر اساس اقلیم شهر قم

مقدمه ای درباره زهکشی