استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع قابل تجدید و بی‌انتها از آفتاب، از دهه‌ها پیش به عنوان یکی از راه‌های اصلی برای تولید انرژی پاک و پایدار مورد توجه قرار گرفته است. آبگرمکن‌های خورشیدی، به عنوان یک بخش مهم از سیستم‌های تولید انرژی خورشیدی، قادر به تبدیل اشعه‌های خورشیدی به گرما هستند که در انواع مختلف مصارف از جمله گرمایش ساختمان‌ها، تأمین آب گرم مصرفی، تولید بخار برای تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در این مقاله، به بررسی آبگرمکن‌های خورشیدی و نحوه عملکرد آن‌ها، مزایا و معایب مورد نظر، انواع مختلف آبگرمکن‌های خورشیدی و نحوه استفاده از آن‌ها خواهیم پرداخت. با این محتوا از پاک‌آتیه همراه باشید. 

 

آبگرمکن خورشیدی چیست

 

آبگرمکن خورشیدی یک نوع سیستم تبدیل انرژی خورشیدی به گرماست که برای تأمین گرمایش آب مصرفی یا سایر منابع حرارتی در ساختمان‌ها، خانه‌ها، صنایع و تجهیزات مختلف استفاده می‌شود. این سیستم‌ها از اشعه‌های خورشیدی به عنوان منبع اصلی انرژی استفاده می‌کنند و این اشعه‌ها را به گرما تبدیل می‌کنند که به طور معمول برای گرمایش آب مصرفی یا تهیه بخار در فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آبگرمکن‌های خورشیدی با ایجاد انرژی پاک، پایدار و قابل تجدید از طریق تبدیل اشعه‌های خورشیدی به گرما، به عنوان یک راهکار موثر در جهت کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها همچنین به توسعه پایدار و اقتصادی کمک می‌کنند و در مناطقی با تابش خورشید بالا، به ویژه مفیدتر هستند.

 

 

اجزای تشکیل‌دهنده آبگرمکن‌های خورشیدی 

 

آبگرمکن‌های خورشیدی از چندین اجزاء تشکیل شده‌اند که همگی با هم تعامل کرده و برای تولید گرما از اشعه‌های خورشیدی استفاده می‌شوند. این اجزاء عبارتند از:

 

• کلکتور خورشیدی (Solar Collector):

 

کلکتور خورشیدی یکی از اجزاء اساسی در آبگرمکن خورشیدی است که نور خورشید را جذب کرده و آن را به حرارت تبدیل می‌کند. این قسمت از سیستم آبگرمکن خورشیدی برای تبدیل اشعه‌های خورشیدی به گرما، اهمیت بسیاری دارد و نقش کلیدی در عملکرد کل دستگاه ایفا می‌کند.

کلکتور خورشیدی به طور عمده از سطح جذب‌کننده تشکیل شده است که به شکل پنل یا سطح تخت طراحی می‌شود. این سطح معمولاً از موادی تهیه می‌شود که به خوبی اشعه‌های خورشیدی را جذب و به گرما تبدیل می‌کنند. موادی که برای ساخت کلکتورها استفاده می‌شوند، می‌توانند از نوع شیشه، فلز، پلاستیک تقویت‌شده با الیاف، یا ترکیبات مختلف باشند.

کلکتور خورشیدی‌ها ممکن است انواع مختلفی داشته باشند، از جمله کلکتورهای تخت، لوله‌ای، تیوب‌های خورشیدی و غیره. هر نوع کلکتور دارای طراحی و عملکرد خاص خود است که بسته به نیاز و محیط استفاده متفاوت استفاده می‌شود.

 

• مایع حامل (Heat Transfer Fluid): 

 

مایع حامل در آبگرمکن خورشیدی به عنوان واسطه‌ای برای انتقال حرارت از کلکتور خورشیدی به سایر اجزاء سیستم به کار می‌رود. انتخاب مناسب مایع حامل بسیار مهم است زیرا باید ویژگی‌های حرارتی مناسبی داشته باشد تا انتقال حرارت به بهره‌وری بالا انجام شود.

 

ویژگی‌های مهمی که مایع حامل باید داشته باشد، عبارتند از:

• دامنه دمایی مناسب
• ثبات حرارتی
• خلوص
• عدم خوردگی 
• مقاوم نسبت به تغییرات شیمیایی
• سیستم انتقال حرارت موثر 

 

مایع‌های حامل شایع در آبگرمکن‌های خورشیدی عبارتند از آب، آنتی‌فریزها (مخلوط‌های آب و گلیکول یا فریون) و روغن‌های حرارتی. انتخاب مایع حامل باید با توجه به نیازها و شرایط محیطی انجام شود تا بهترین عملکرد و بهره‌وری حاصل شود.

 

• مبدل حرارتی (Heat Exchanger):

 

مبدل حرارتی یکی از اجزاء اصلی در آبگرمکن‌های خورشیدی است که در فرآیند تبدیل اشعه‌های خورشیدی به گرما و گرمایش آب نقش دارد. این بخش به تبدیل حرارت از مایع حامل (Heat Transfer Fluid) که در کلکتور خورشیدی گرم می‌شود، به آب مصرفی یا مایع حرارتی دیگری که در مخزن ذخیره آب قرار دارد، می‌پردازد. 

 

مبدل حرارتی معمولاً دارای ساختاری است که حرارت از یک مایع به مایع دیگر منتقل می‌کند بدون اینکه آنها با یکدیگر ترکیب شوند. در آبگرمکن خورشیدی، این مبدل حرارتی می‌تواند به دو صورت عمل کند:

 

۱. مبدل حرارتی با تابلوهای لوله‌ای (Coil Heat Exchanger): در این نوع مبدل حرارتی، لوله‌هایی درون مخزن ذخیره آب قرار دارند که مایع حامل گرمایی از آنها عبور می‌کند. حرارت از مایع حامل به دیواره لوله‌ها منتقل می‌شود و در نتیجه آب موجود در مخزن ذخیره آب گرم می‌شود.

 

۲. مبدل حرارتی با پوسته و لوله (Shell and Tube Heat Exchanger): در این نوع مبدل حرارتی، مایع حامل از داخل لوله‌های بلند درون یک پوسته به آب مخزن ذخیره آب منتقل می‌شود. حرارت از مایع حامل از دیواره لوله‌ها به آب منتقل می‌شود.

 

استفاده از مبدل حرارتی در آبگرمکن خورشیدی، تضمین می‌کند که آب مصرفی تحت تأثیر مستقیم اشعه‌های خورشیدی قرار نگیرد و به نوعی محافظت از کیفیت آب انجام می‌شود.

 

• مخزن ذخیره آب (Water Storage Tank): 

 

مخزن ذخیره آب در آبگرمکن خورشیدی به عنوان یکی از اجزاء مهم و اساسی این سیستم وظایف زیر را داراست:

 

• ذخیره‌سازی آب گرم
• تأمین پایدار آب گرم
• حفظ حرارت
• کنترل دما

 

مخازن ذخیره آب معمولاً از مواد عایق حرارتی تهیه می‌شوند تا از افت حرارت ناشی از تابش خورشید و انتقال حرارت به محیط خارجی جلوگیری شود. این مخازن می‌توانند با ظرفیت‌ها و اندازه‌های مختلف تولید شوند تا به نیازهای مختلف خانواده‌ها یا سیستم‌های صنعتی پاسخ دهند.

 

• لوله‌ها و اتصالات:

 

این لوله‌ها برای انتقال مایع حامل از کلکتور خورشیدی به مبدل حرارتی و از آنجا به مخزن ذخیره آب استفاده می‌شوند.

 

• عایق‌ها: 

 

عایق‌ها برای حفظ حرارت در سیستم استفاده می‌شوند تا از افت حرارت غیرضروری جلوگیری کنند.

 

• سیستم کنترل: 

 

این سیستم ممکن است شامل سنسورها و کنترلرها باشد که عملکرد دستگاه را بهینه‌سازی می‌کنند.

 

همه این اجزاء با همکاری و هماهنگی خود، اشعه‌های خورشیدی را به حرارت تبدیل می‌کنند و گرمای مورد نیاز را تأمین می‌کنند. این ترکیب اجزاء باعث ایجاد یک سیستم کارآمد برای تولید انرژی گرمایشی از خورشید می‌شود.

 

نحوه کار آبگرمکن‌های خورشیدی 

 

نحوه کار آبگرمکن‌های خورشیدی به این صورت است:

 

۱. جذب اشعه خورشیدی: کلکتورهای خورشیدی که در آبگرمکن خورشیدی قرار دارند، اشعه‌های خورشیدی را جذب می‌کنند. این کلکتورها از موادی تشکیل شده‌اند که به خوبی اشعه‌های خورشیدی را جذب و به گرما تبدیل می‌کنند.

 

۲. تولید گرما: اشعه‌های خورشیدی که توسط کلکتورها جذب می‌شوند، حرارت تولید می‌کنند. این حرارت به مایع حامل (معمولاً آب یا مایع حرارتی دیگر) منتقل می‌شود که از لوله‌های جذب‌کننده عبور می‌کند.

 

۳. انتقال حرارت به مبدل حرارتی: مایع حامل، پس از جذب حرارت از کلکتورها، به مبدل حرارتی منتقل می‌شود. در مبدل حرارتی، حرارت از مایع حامل به آب مصرفی یا مایع حرارتی دیگری منتقل می‌شود.

 

۴. انتقال حرارت به مخزن ذخیره آب: حرارت از مبدل حرارتی به مخزن ذخیره آب انتقال می‌یابد. این حرارت باعث گرم شدن آب در مخزن می‌شود.

 

۵. ذخیره آب گرم: آب گرم در مخزن ذخیره آب جمع‌آوری و ذخیره می‌شود تا در هنگام نیاز به گرما مصرف شود. مخزن ذخیره آب با استفاده از عایق‌های حرارتی به منظور حفظ حرارت آب گرم در داخل مخزن از افت حرارت جلوگیری می‌کند.

 

۶. استفاده از آب گرم: آب گرم ذخیره شده در مخزن به منظور مصارف گرمایشی یا آب گرم مصرفی در ساختمان‌ها، خانه‌ها یا صنایع استفاده می‌شود.

 

۷. تجدید تأمین: در صورتی که تابش خورشید کافی نباشد، مخزن ذخیره آب می‌تواند به عنوان منبع تأمین آب گرم به مدت معین بهره‌برداری کند. در این حالت، معمولاً سیستم گرمایشی تکمیلی مثل گرمایش گازی یا الکتریکی به کمک مخزن ذخیره آب فعال می‌شود.

 

این نحوه کار به‌طور کلی نشان‌دهنده فرآیند تبدیل اشعه‌های خورشیدی به گرما و تأمین آب گرم برای مصارف مختلف است.

 

انواع آبگرمکن‌های خورشیدی 

 

آبگرمکن‌های خورشیدی در تنوع‌های مختلفی با توجه به طراحی، استفاده، تکنولوژی و منطقه جغرافیایی موجود هستند. در ادامه به برخی از انواع آبگرمکن‌های خورشیدی اشاره شده است:

 

• آبگرمکن‌های خورشیدی تجمیعی (Batch Solar Water Heaters): 

 

در این نوع، مخزن آب گرم به طور مستقل در واحد خورشیدی قرار دارد. آب در مخزن ذخیره می‌شود و تا زمانی که نیاز به استفاده داریم، گرمی را حفظ می‌کند. این نوع مناسب برای مصارف خانگی یا کوچک ترین مصارف صنعتی است.

 

• آبگرمکن‌های خورشیدی جریانی (Flow Solar Water Heaters): 

 

در این نوع، آب به طور مداوم از کلکتورهای خورشیدی به مخزن آبگرمکن جریان دارد و به میزان نیاز، گرما به آب اضافه می‌شود. این نوع برای مصارف بزرگتر صنعتی یا تجاری مناسب است.

 

• آبگرمکن‌های خورشیدی فشاری (Pressurized Solar Water Heaters): 

 

در این نوع، مخزن آبگرمکن فشار داشته و به طور مستقیم با شبکه آب سرد و گرم متصل است. این نوع مناسب برای استفاده در سیستم‌های گرمایشی و آب گرم مرکزی است.

 

• آبگرمکن‌های خورشیدی غیر فشاری (Non-Pressurized Solar Water Heaters): 

 

در این نوع، مخزن آبگرمکن فشار ندارد و معمولاً در محیط‌های باز و در کشورهایی با اقلیم گرم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

• آبگرمکن‌های خورشیدی شیشه‌ای (Evacuated Tube Solar Water Heaters): 

 

در این نوع، لوله‌های خورشیدی با شیشه‌های جوش داده‌شده پوشانده شده‌اند که باعث افزایش بهره‌وری از اشعه‌های خورشیدی می‌شود. این نوع در مناطقی با دماهای پایین مناسب است.

 

• آبگرمکن‌های خورشیدی تلفیقی (Hybrid Solar Water Heaters): 

 

این نوع آبگرمکن‌ها از منابع انرژی دیگر مانند گاز یا الکتریسیته نیز بهره می‌برند تا در شرایط تابش کم خورشید نیز آب گرم تأمین شود.

 

این تنوع نشان‌دهنده متناسب‌سازی آبگرمکن‌های خورشیدی با نیازها، منابع و شرایط محیطی مختلف است. هر نوع مزایا و محدودیت‌های خود را دارد و انتخاب مناسب نوع متناسب با نیاز‌های شما و مشخصات محیطی مورد نظر اهمیت دارد.

 

 

سخن آخر

 

آبگرمکن‌های خورشیدی نه تنها امکان گرمایش آب را با استفاده از انرژی خورشید فراهم می‌کنند، بلکه در مسیر پایداری و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز بسیار مؤثر هستند. در آینده، با گسترش و بهبود فناوری‌های آبگرمکن خورشیدی، می‌توان انتظار داشت که این راهکارهای سبز، به یکی از راه‌های اصلی تأمین انرژی حرارتی در جوامع جهانی تبدیل شوند. با افزایش آگاهی جامعه و تامین منابع لازم، می‌توان از آبگرمکن‌های خورشیدی بهره‌برداری بیشتری کرد و گام مهمی در سوی تحقق پایداری و حفظ محیط زیست برداشت.

 

در این مقاله به بررسی و معرفی آبگرمکن‎‌های خورشیدی پرداختیم. می‌توانید با مراجعه به بخش مقاله‌ها در سایت پاک آتیه در مورد این موضوع اطلاعات بیشتری کسب کنید.