مقاله

سیستم های آب گرم خورشیدی

آب گرم خورشیدی

سیستم های آب گرم خورشیدی

زمان طولانی که قبض برق یا گاز واقعاً بزرگی دریافت می کنید ، ممکن است افکار شما به صفحه های خورشیدی تبدیل شود. آیا می توانستید تمام توان مورد نیاز خود را از خورشید بدست آورید؟ میلیون ها نفر در حال حاضر انرژی خود را از این طریق دریافت می کنند ، گرچه بیشتر به شکل گرما به جای برق هستند. تابلوهای خورشیدی (که سلولهای خورشیدی یا سلولهای فتوولتائیک نیز نامیده می شوند) که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کنند فقط محبوبیت زیادی پیدا می کنند. پانل های حرارتی خورشیدی، که از نور خورشید برای تولید آب گرم استفاده می کنند ، چندین دهه است که معمول است. حتی در شرایط آب و هوایی نسبتاً سرد و شمالی ، سیستم های آب گرم خورشیدی می توانند مقادیر قابل توجهی از قبض سوخت شما را کاهش دهند. سیستم های معمولی تولید هر چیزی ۱۰-۹۰ درصد از آب گرم خود را و پرداخت را برای خود در حدود ۱۰-۱۵ سال (حتی زودتر اگر شما در حال استفاده از آنها برای چیزی شبیه به یک شنا استخر). بیایید نگاهی دقیق تر از مقاله که به نحوه عملکرد آنها بیندازیم!

نحوه ساختن سیستم گرمایش خورشیدی

 

عکس لوله های ورودی و خروج جمع کننده حرارتی خورشیدی روی یک سقف.

عکس: لوله هایی که آب گرم را از یک جمع کننده طبقه بالا ، خورشیدی و حرارتی به داخل خانه شما منتقل می کنند. مهر و موم های لاستیکی محکم (قلاده) از ورود باران سرد نیز جلوگیری می کند!

تصور کنید که شما یک مخترع مسئولیت ایجاد سیستمی هستید که می تواند تمام آب گرم مورد نیاز خانه شما را گرم کند. احتمالاً متوجه شده اید که آب برای گرم شدن مدت زمان زیادی طول می کشد؟ به این دلیل که انرژی گرما را بسیار خوب نگه می دارد . ما می گوییم از ظرفیت گرمای ویژه بالایی برخوردار است و به همین دلیل از آن برای انتقال انرژی گرما در سیستم های گرمایش مرکزی استفاده می کنیم. بنابراین آیا می توانیم یک سیستم گرمایش خورشیدی ساده را با استفاده از آب به تنهایی ابداع کنیم؟

یک بطری پلاستیکی پر از آب سرد را در یک پنجره ، در خورشید بایستید ، و در مدت چند ساعت کاملاً قابل توجه گرم می شود. مشکل اینجاست که اگر خانه ای پر از مردم داشته باشید ، یک بطری آب خیلی دور نمی شود. چگونه می توانید آب گرم بیشتری تهیه کنید؟ ساده ترین راه حل این است که بطری های زیادی را با آب پر کنید و آنها را به صورت ردیف روی پنجره خود قرار دهید.

یا شاید شما می توانید حیله گر تر باشید. چه می شود اگر از هر قسمت انتهایی یک بطری پلاستیکی و لوله های نصب شده را از بالا و پایین قطع کنید ، لوله ها را درون مخزن آب گرم منزل خود تغذیه کنید تا یک مدار کامل آب ایجاد شود. حالا یک پمپ را در جایی در آن حلقه قرار دهید تا آب بی وقفه گردش کند. چه اتفاقی خواهد افتاد این است که نور خورشید به طور منظم تمام آب گرم موجود در مخزن شما را گرم می کند (گرچه هرگز به خصوص گرم نمی شود زیرا بطری های پلاستیکی که روی لبه های پنجره ایستاده اند ، در جمع آوری گرما درخشش چندانی ندارند). اما ، از نظر تئوری ، شما یک سیستم گرمایش خورشیدی در اینجا دارید که یک میلیون مایل با آن چیزی که مردم در خانه های خود نصب کرده اند فاصله نیست. بسیار خام است ، اما دقیقا به همان روش کار می کند.

قطعات سیستم گرم آب خورشیدی

 

در عمل ، سیستم های گرمایش خورشیدی کمی پیچیده تر از این هستند. اینها بخش اصلی هستند:

جمع کننده

 

عکس جمع کننده حرارتی خورشیدی با صفحه صاف در پشت بام خانه.

عکس: یک پانل معمولی آب گرم خورشیدی از یک جمع کننده صفحه تخت مانند این استفاده می کند.

این اسم فنی برای صفحه بزرگ سیاه است که در پشت بام شما نشسته است. خانه های کوچکتر (یا خانه های دارای آب و هوای گرم) می توانند با پنل های بسیار کوچکتر از خانه های بزرگتر (یا خانه هایی که در آب و هوای سردتر هستند) از بین بروند. به طور معمول کلکسیونرها در اندازه از حدود ۱۵-۱۵ متر مربع (۲۰-۱۶۰ پوند مربع) متفاوت هستند. جای تعجب نیست که کلکسیونرها روی سقفهایی که منظره مستقیم و بدون انسداد خورشید را دارند (با چند درخت یا ساختمان در راه) کارآمدترین کار را انجام می دهند. به طور کلی ، دو نوع جمع کننده وجود دارد که به عنوان صفحه مسطح و لوله تخلیه شده شناخته می شوند.

جمع کننده های صفحه تخت

صفحات مسطح ساده ترین جمع کننده ها هستند: در ابتدایی ترین آنها ، چیزی بیش از لوله های آب وجود ندارد که از طریق جعبه های فلزی کم عمق و با شیشه های ضخیم سیاه پوشانده می شوند . شیشه گرما را جمع می کند و آنها را به دام می اندازد (مانند گلخانه) ، که آب در بین لوله ها جاری می شود و به مخزن آب گرم شما منتقل می شود.

لوله های تخلیه شده

اینها کمی پیچیده تر است. آنها مانند ردیف چراغ های نواری فلورسنت جانبی به یکدیگر به نظر می رسند ، به جز اینکه آنها به جای بیرون کشیدن نور ، جذب می کنند. هر لوله در ردیف در واقع از دو لوله شیشه ای ، یک داخلی و یک خارجی ساخته شده است که با یک خلاء عایق (مانند فلاسک های خلاء) از هم جدا می شوند.) لوله داخلی با ماده شیمیایی جذب نور پوشیده شده است و با یک هادی مس و مایعی فرار که گرم می شود ، تبخیر می شود ، حرارت خود را تا لوله داخلی به دستگاه جمع آوری (که به آن منیفولد گفته می شود) در قسمت بالا ، جایی که آن را می چسباند ، پوشانده است. و به انتهای لوله برمی گردد و گرما بیشتری می گیرد. مانیفولد گرما را از کل ردیف لوله ها جمع می کند و آن را به مخزن آب گرم شما انتقال می دهد. بر خلاف جمع کننده های صفحه مسطح ، لوله های تخلیه شده اجازه نمی دهند دوباره گرمای زیادی به بیرون برود ، بنابراین آنها کارآمدتر هستند. با این حال ، از آنجا که آنها کمی پیشرفته تر و پیشرفته تر هستند ، معمولاً بسیار گران تر هستند.

عکس جمع کننده حرارتی خورشیدی لوله تخلیه شده در سقف خانه. آثار هنری ثبت اختراع از ثبت اختراع ایالات متحده 4،474،170 نشان دهنده اجزای اصلی پانل آب گرم خورشیدی از نوع لوله تخلیه شده.
عکس: یک جمع کننده لوله تخلیه شده. توجه داشته باشید منیفولد خاکستری را در بالا و لوله سفید آب که از درون آن جریان دارد. عکس توسط کنت بولارد ، با تقدیر از خدمات پارک ملی ایالات متحده و وزارت انرژی ایالات متحده / آزمایشگاه انرژی تجدیدپذیر ملی (DOE / NREL). اثر هنری: نحوه کار: تعدادی از لوله های موازی ، تخلیه شده (آبی) انرژی خورشیدی متمرکز را از بازتابنده های پارابولیک در هر طرف (زرد) دریافت می کنند ، که آنها را به مبدل حرارتی و منیفولد (قهوه ای) ارسال می کنند ، که از طریق آن آب گرم (یا مقداری مایع دیگر) از لوله های ورودی و خروجی جریان دارد. 

چگونه یک جمع کننده لوله تخلیه شده کار می کند.

آثار هنری: نگاهی دقیق تر به نحوه کار یک جمع کننده لوله تخلیه شده. ۱) مس موجود در لوله داخلی گرمای خورشید را جذب کرده و مایع فرار را تبخیر می کند. ۲) مایع تبخیر شده در لوله از قسمت بالای منیفولد بالا می رود و گرمای خود را از دست می دهد. ۳) آب از طریق مانیفولد گرمای تمام لوله های وصل شده به آن را از بین می برد. ۴) مایع برای تکرار فرایند ، به لوله متراکم شده و به پایین می افتد.

مخزن آب گرم

 

اگر جایی برای ذخیره آن ندارید ، دیگر نیازی به جمع آوری گرما از پشت بام نیست. با خوشبختی ، خانه شما در حال حاضر دارای مخزن آب گرم (مگر اینکه شما یک بویلر به اصطلاح “شانه” بنزین داشته باشید که باعث ایجاد آب داغ فوری می شود) که می تواند برای ذخیره گرما از جمع کننده شما استفاده شود. این نوعی باتری “آب گرم” است که شما در مواقع مناسب اقتصادی (معمولاً در شب) گرم می کنید که در طول روز آماده استفاده است. اگر مخزن آب گرم ندارید ، باید یکی از آنها را نصب کنید. هرچه تعداد افراد خانواده شما بیشتر باشد ، مخزن بیشتری نیاز خواهید داشت. یک مخزن معمولی برای یک خانه خانوادگی ممکن است در حدود ۱۰۰-۲۰۰ لیتر (۳۰-۶۰ گالن) باشد.

مبدل حرارتی

 

به طور معمول ، پانل های خورشیدی با انتقال گرما از جمع کننده به مخزن از طریق یک مدار جداگانه و یک مبدل حرارتی کار می کنند . گرمای جمع آوری شده توسط پنل ، آب (یا روغن یا مایعات دیگر) را که از طریق مدار لوله ها درون یک کویل مس درون مخزن آب گرم شما جریان می یابد ، گرم می کند. سپس گرما درون مخزن آب گرم منتقل می شود و آب خنک شده (یا مایعات) برای جمع آوری گرما بیشتر به جمع کننده برمی گردد. آب جمع کننده هرگز به مخزن شما تخلیه نمی شود: به هیچ وجه آب موجود در پشت بام شما از طریق شیر آب خارج نمی شود!

عکس جمع کننده های انرژی خورشیدی-حرارتی با استفاده از آینه ها و لوله های آب.

عکس: یک سیستم آب گرم خورشیدی متفاوت و بسیار بزرگتر. این یکی از آینه های پارابولیک برای جمع آوری انرژی خورشید و تمرکز آن بر روی لوله های آب که از طریق مراکز خود عبور می کنند ، استفاده می کند. در پس زمینه (آب زندان جفرسون در گلدن ، کلرادو) آب به داخل ساختمان پمپ می شود. 

پمپ

 

آب به طور کامل بین جمع کننده و مخزن جریان نمی یابد: برای گردش آن به پمپ برقی کوچکی احتیاج دارید . اگر از برق معمولی برای گردش آب استفاده می کنید ، انرژی مصرف شده توسط پمپ ، برخی از مزیت های استفاده از انرژی خورشیدی-حرارتی را جبران می کند ، سود حاصل از ساخت شما را کاهش می دهد و زمان بازپرداخت را طولانی تر می کند. هوشمندانه ، برخی از سیستمهای حرارتی خورشیدی به جای آن از پمپهای خورشیدی-الکتریکی (فتوولتائیک) استفاده می کنند ، به این معنی که آنها کاملاً با انرژی تجدید پذیر کار می کنند . نکته خوب در مورد طرحی مانند این است که پمپ خورشیدی در روزهای واقعاً آفتابی فعال است (هنگامی که بیشتر آب گرم تولید می شود) و در روزهای سرد و کسل کننده کمتر فعال می شوند (هنگامی که شاید شما پانل خورشیدی خود را نمی خواهید. اصلاً کار کردن)

سیستم کنترل

 

اگر اواسط زمستان است و سقف شما در حال یخ زدگی است ، آخرین چیزی که می خواهید انتقال یخ زدگی آب سرد به مخزن آب گرم شما است! بنابراین به طور کلی یک سیستم کنترلی متصل به یک صفحه خورشیدی حرارتی با یک دریچه وجود دارد که می تواند مدار آب را در هوای سرد خاموش کند. یک سیستم کنترل معمولی ممکن است برخی یا همه موارد زیر را شامل شود: پمپ ، فلومتر ، فشارسنج ، دماسنج (بنابراین می بینید که آب چقدر گرم است) و ترموستات (برای خاموش کردن پمپ در صورت گرم شدن آب).

پانل های خورشیدی-حرارتی چگونه کار می کنند

 

در تئوری

 

در اینجا خلاصه ای ساده از نحوه کار پانل های آب گرم خورشیدی پشت بام آورده شده است:

نمودار نشان می دهد که چگونه یک صفحه خورشیدی آب گرم را در پشت بام خانه ایجاد می کند.

  1. در ساده ترین پانل ها ، Sun آب را که از طریق کلکتور (تابلو روی سقف شما) در جریان است ، جریان می دهد.
  2. آب خارج شده از جمع کننده ، گرمتر از آب ورودی به آن است و گرمای خود را به سمت مخزن آب گرم شما منتقل می کند.
  3. آب در واقع وارد مخزن شما نمی شود و آن را پر می کند. درعوض ، در یک لوله از یک طرف مخزن و از لوله دیگر در طرف دیگر جریان می یابد و از طریق سیم پیچ لوله های مسی ( مبدل حرارتی ) درون مخزن عبور می کند و از طریق آن گرما خود را تسلیم می کند.
  4. شما می توانید در هر زمان و بدون اینکه روی عملکرد پانل تأثیر بگذارد ، آب گرم را از مخزن خالی کنید. از آنجا که پانل همیشه گرما ایجاد نمی کند ، مخزن شما به منبع دیگری برای گرم کردن نیز نیاز دارد – معمولاً به یک دیگ بخار یا بخاری غوطه وری برق.
  5. آب سرد حاصل از مبدل حرارتی برای گرفتن گرمای بیشتر به تابلو بازگشت.
  6. پمپ الکتریکی (توسط منبع تغذیه معمولی شما یا توسط یک سلول خورشیدی الکتریکی (فتوولتائیک) روی پشت بام تغذیه می شود) آب را از طریق مدار بین کلکتور و مخزن آب در حال حرکت می کند.

در عمل

 

نمودار نشانگر یک سیستم آب گرم خورشیدی تک لوله ای معمولی ، از حق ثبت 4191329 توسط شرکت Solartech Systems

آثار هنری: سیستم گرمایش خورشیدی تک لوله

البته ، این کمی پیچیده تر از این است! چه می شود اگر زمستان باشد و گرمای خورشیدی مفیدی در خارج وجود ندارد؟ شما نمی خواهید که منظومه شمسی آب سرد را به درون خانه شما پمپ کند ، اما هنوز به آب گرم احتیاج دارید و اگر واقعاً سرد باشد ، چه می شود؟ شما نیاز دارید که سیستم خورشیدی خود را از یخ زدگی متوقف کنید ، بنابراین مفید است که گهگاه آب گرم از خانه خود را از طریق آن پمپ کنید. به همین دلیل است که یک منظومه شمسی معمولی با دو مدار آب در هم تنیده بیشتر شبیه به این سیستم خواهد بود. یکی (بنفش) همانطور که در بالا و پایین دیدیم داخل یک مخزن در داخل خانه شما آب را از طریق صفحه خورشیدی پمپ می کند. این اتصال به یک مدار دوم (قرمز) با یک مخزن آب گرم معمولی است که می تواند توسط برق ، کوره گاز طبیعی یا برخی از شکل های استاندارد دیگر گرم شود. در روزهای گرم ، شما به طور مؤثر آب گرم را در مدار بنفش ضبط می کنید و سپس آن را در اطراف مدار قرمز به داخل خانه خود منحرف می کنید. در روزهای سرد می توانید مدار بنفش را با استفاده از دریچه های مختلف خاموش کنید یا آب را از مدار قرمز از طریق مدار بنفش منحرف کنید تا از انجماد آن جلوگیری شود.

خورشیدی حرارتی چقدر خوب است؟

 

” ... یکی از موثرترین و کارآمدترین اقداماتی که دولت می تواند انجام دهد تشویق استفاده از سیستم های آب گرم خورشیدی است – روشی کاملاً پیشرفته و نسبتاً کم با استفاده از انرژی خورشید.”

لری هانتر ، نیویورک تایمز (Op Ed) ، ۲۰۰۹

Solar hot-water systems از نظر بهره وری خالص ، پانل های حرارتی خورشیدی بیش از سه برابر (۵۰ درصد یا بیشتر) در زمان برداشت انرژی از پانل های خورشیدی-الکتریکی (فتوولتائیک) (به طور معمول در حدود ۱۵ درصد) کارایی دارند ، اما این بدان معنی نیست که آنها سه برابر هستند. بهتر: همه چیز به آنچه شما از انرژی خورشیدی می خواهید بستگی دارد. اگر در نوع خانواده خانوادگی زندگی می کنید که مردم تمام وقت حمام و دوش می گیرند ، خصوصاً در تابستان ، حرارتی خورشیدی حس کاملی دارد. یک سیستم مناسب باید قادر به تولید نیمی از دو سوم از کل نیازهای آب گرم سالانه یک خانه باشد (تمام آب گرم شما در ارتفاع تابستان و در زمستان بسیار کمتر). اشکال بارز حرارتی خورشیدی این است که چیزی جز آب گرم تولید نمی کند و شما فقط می توانید با آن کار زیادی انجام دهید. بر خلاف فتوولتائیک ، پانل های خورشیدی حرارتی می توانند به شما کمک می کند خانه خود را گرم کنید یا به صورت الکتریسیته ، با کیفیت بالا و با کیفیت بالا تولید کنید. مدت زمان بازپرداخت معمولی برای گرمای خورشیدی (هنگامی که سرمایه اولیه شما برای پس انداز سوخت خود را پرداخت کرده است) حدود یک دهه است و دامنه آن بین ۵ تا ۱۵ سال (بسته به هزینه سوخت شما صرفه جویی می کنید ، چقدر خورشید) خانه شما می شود ، و چه مقدار آب گرم استفاده می کنید).

در اینجا مقایسه ای بسیار نادرست از زمان بازپرداخت انواع مختلف انرژی سبز است. این بستگی کامل به آنچه شما در حال نصب هستید ، چه چیزی را جایگزین می کنید ، چه نوع سوخت موجود در عوض از آن استفاده نمی کنید ، چقدر از سیستم های قدیمی و جدید و سایر عوامل مختلف (مانند مشوق های مالیاتی) استفاده کرده اید ، بنابراین لطفاً ارقام را به معنای واقعی کلمه نگیرید.

اندازه گرفتن بازپرداخت
آب گرم خورشیدی ۵-۳۰ سال
ولتاژ عکس خورشیدی ۸-۲۵ سال
عایق کف ۲-۵ سال
عایق دیواره حفره ۲-۳ سال
توربین بادی کوچک ۵-۱۵ سال
پمپ حرارتی منبع زمین ۱۰-۵۰ سال
مشعل چوب ۲-۵ سال

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا