آبگرمکن خورشیدی چیست چطور کار میکند؟ (بررسی انواع، مزایا و معایب)
م. کوهشاری
تیر 12, 1405
50298
با قطع شدن پی در پی برق در روزهای گرم تابستان، کاهش وابستگی به برق شهری آرزوی هر ایرانی است. شما که نمیتوانید قید بسیاری از لوازم برقی یا حتی گازی خانه را بزنید، اما میتوانید به تجهیزاتی فکر کنید که بتوانند نبود برق و گاز شهری را برایتان جبران کنند. از طرفی هر ماه با رقمهای سرسامآور برق و گاز هم روبرو نمیشوید. آبگرمکن خورشیدی یکی از این تجهیزات است که با استفاده از انرژی خورشید آب را گرم میکند و به برق یا گاز بسیار کمتری نسبت به آبگرمکنهای معمولی نیاز دارد. حالا بیایید در ادامه بیشتر این دستگاه را معرفی کنیم.
آبگرمکن خورشیدی چیست؟
همانطور که میدانید گرم کردن آب بخش قابلتوجهی از مصرف انرژی خانگی را به خود اختصاص میدهد و حتی برای گرمایش فضا و تأمین آب گرم موردنیاز حمام، دوش و سایر مصارف روزانه استفاده میشود.
آبگرمکن خورشیدی از پنلها یا کلکتورهای خورشیدی نصبشده روی سقف، گرمای خورشید را جذب میکند. سبعد این گرما را برای گرم کردن آب به کار میبرد و آب گرم را در یک مخزن با عایق حرارتی قوی ذخیره میکند. حالا هر زمان که در خانه یا محل کار به آب گرم نیاز داشته باشید، کافی است شیر را باز کنید تا بدون مصرف برق و گاز از آن استفاده کنید.
گفتنی است بیشتر سیستمهای آبگرمکن خورشیدی به یک سیستم کمکی برقی یا گازی هم مجهز هستند تا در روزهای ابری، همچنان آب گرم موردنیاز خانه را تأمین کنند. این سیستم به صورت خودکار دمای آب را در سطح مطلوب حفظ کرده و بدون نیاز به تنظیمات دستی، تأمین آب گرم را در تمام شرایط آب و هوایی تضمین میکند.
طبق گفته سایت palmetto با نصب این آبگرمکن به طور متوسط، هزینه گرمایش آب خانه ۵۰ تا ۸۰ درصد کاهش مییابد.
آبگرمکن خورشیدی چگونه کار میکند؟
از آنجا که گرم کردن آب به انرژی گرمایی زیادی دارد، هزینه مصرف برق یا گاز را افزایش میدهد. اما حالا استفاده از آبگرمکن خورشیدی این وابستگی را کاهش میدهد. زیرا این سیستم انرژی حرارتی خورشید را به طور مستقیم جذب کرده و برای گرم کردن آب به کار میگیرد. در نتیجه، کمتر تحت تأثیر افزایش قیمت برق و گاز قرار میگیرید.
این آبگرمکنها از کلکتورهای حرارتی خورشیدی برای جذب گرما و انتقال آن به آب استفاده میشود. نکته مهم این است که کلکتورهای حرارتی خورشیدی در این آبگرمکنها با پنلهای خورشیدی فتوولتائیک (PV) متفاوتند و نباید آنها را با هم اشتباه بگیرید.
تفاوت آبگرمکن خورشیدی با صفحه های خورشیدی چیست؟
شاید فکر کنید آبگرمکنهای خورشیدی و پنلهای خورشیدی یک معنا میدهند هر چند هر دو از انرژی خورشید استفاده میکنند، اما عملکرد و کاربرد آنها با هم متفاوت است. آبگرمکن خورشیدی با استفاده از کلکتورهای حرارتی یا لولههای خلأ، انرژی خورشید را مستقیم به گرما تبدیل کرده و برای گرم کردن آب به کار میگیرد.
در مقابل، پنلهای خورشیدی یا پنلهای فتوولتائیک (PV) نور خورشید را به برق تبدیل میکنند و این برق برای تأمین انرژی وسایل برقی ساختمان مورد استفاده قرار میگیرد. در واقع پنلهای فتوولتائیک نور خورشید را به برق تبدیل میکنند و شما میتوانید از این برق برای گرم کردن آب، روشن کردن چراغهای خانه و وسایل برقی استفاده کنید.
اما کلکتورهای حرارتی خورشیدی در این آبگرمکنها، سیستمهای مستقل هستند که بدون تولید برق، گرمای خورشید را فقط برای گرم کردن آب به کار میگیرند. به همین دلیل، اگر هدف شما فقط تأمین آب گرم باشد، باید از آبگرمکن خورشیدی استفاده کنید.
اما اگر قصد تولید برق و کاهش مصرف انرژی الکتریکی را دارید، پنلهای خورشیدی را پیشنهاد میدهیم. البته برخی ترجیح میدهند هر دو سیستم را نصب کنند تا هم برق و هم آب گرم موردنیاز از انرژی پاک خورشید تأمین شود.
آبگرمکن خورشیدی از چه قطعاتی تشکیل شده؟
یک آبگرمکن خورشیدی از سه بخش اصلی شامل کلکتورهای حراتی خورشیدی، سیستم انتقال حرارت و مخزن ذخیره آب تشکیل شده است. اما اگر قرار باشد دقیقتر به این دستگاه نگاه کنیم از قطعات بیشتری تشکیل شده است که عبارتند از:
کلکتور خورشیدی یا لولههای خلأ
کلکتور مهمترین قطعه در این نوع آبگرمکنهاست که وظیفه جذب انرژی خورشید را بر عهده دارد. در مدلهای لوله خلأ، به جای کلکتور، لولههای شیشهای دوجداره که بین آنها فضای خلأ وجود دارد، گرمای خورشید را با کمترین اتلاف جذب میکنند. در مدلهای صفحه تخت نیز یک صفحه جاذب حرارت این وظیفه را برعهده دارد.
مخزن ذخیره آب گرم
آبی که توسط آبگرمکن گرم میشود، بعد از عبور از کلکتور وارد مخزن شده و تا زمان مصرف در آن نگهداری میشود. گفتنی است که مخزن دستگاه یک عایق حرارتی است تا بتواند دمای آب را برای ساعتهای طولانی حفظ کند. ظرفیت مخزن بسته به نیاز مصرفکننده بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ لیتر یا بیشتر است.
لولهها و اتصالات آبگرمکن
در این دستگاه لولهها مسیر انتقال آب یا سیال گرمشده بین کلکتور و مخزن را فراهم میکنند. انتخاب لوله مناسب اهمیت زیادی دارد، زیرا این لولهها باید در برابر دمای بالا، فشار آب، تابش مستقیم خورشید و شرایط محیطی مقاوم باشند. به همین دلیل لوله مسی بهترین و رایجترین گزینه برای آبگرمکنهای خورشیدی است. زیرا مس رسانایی حرارتی بسیار بالایی دارد و گرما را خیلی سریع منتقل میکند. از طرف دیگر در برابر خوردگی، زنگزدگی و دمای بالا مقاومت زیادی دارد و عمر مفید آن بیش از ۲۰ سال است.
در برخی مدلها، به خصوص برای اتصالات یا لولههای انعطافپذیر، از استیل ضدزنگ استفاده میشود. این لولهها در برابر فشار، رطوبت و خوردگی مقاوم هستند و برای مناطقی با کیفیت آب پایین یا رطوبت بالا انتخاب مناسبی به شمار میروند.
پایه نگهدارنده
پایه نگهدارنده همانطور که از اسمش مشخص است، کلکتور و مخزن را در زاویه مناسب نسبت به خورشید نگه میدارد تا بتواند نور را به مستقیم دریافت کند. استحکام این قسمت اهمیت زیادی دارد، زیرا باید وزن تجهیزات را تحمل کند و در برابر باد، باران و سایر شرایط محیطی مقاوم باشد.
یک نکته مهم در مورد پایه نگهدارنده آبگرمکن خورشیدی، داشتن زاویه صحیح نصب است که باعث افزایش بازدهی سیستم میشود.
سیستم گردش آب (ترموسیفون یا پمپ)
در بسیاری از آبگرمکنهای خانگی، گردش آب به صورت طبیعی و با استفاده از اختلاف چگالی آب گرم و سرد انجام میشود که به آن سیستم ترموسیفون گفته میشود. در مدلهای بزرگتر یا ساختمانهای چندطبقه، از پمپ سیرکولاتور برای گردش بهتر آب و افزایش راندمان استفاده میشود.
سیستم گردش آب یا همان ترموسیفون در ابگرمکنهای خورشیدی نیز وجود دارد تا گردش آب را آسانتر کند.
عایق حرارتی آبگرمکن
عایق حرارتی در اطراف مخزن و گاهی لولههای دستگاه قرار میگیرد تا از اتلاف گرمای آب جلوگیری کند. هرچه کیفیت عایق بیشتر باشد، آب برای مدت طولانیتری گرم باقی میماند و نیاز به گرم کردن مجدد کاهش پیدا میکند. این موضوع باعث صرفهجویی در مصرف انرژی میشود.
حتی در برخی از مدلها از عایق لوله مسی نیز استفاده میشود تا از هدر رفتن گرمای آب به طور کامل جلوگیری شود.
سیستم کنترل و تجهیزات ایمنی
برخی مدلهای پیشرفته به کنترلر هوشمند، سنسور دما، شیر اطمینان، شیر هواگیری و فلوتر مجهز هستند. این تجهیزات عملکرد سیستم را کنترل و از افزایش بیش از حد فشار یا دما جلوگیری میکنند و ایمنی و راندمان آبگرمکن را افزایش میدهند.
سیستم گرمایش کمکی
در مناطقی که تابش خورشید کافی نیست (برای مثال شهرهای شمال کشور) یا در روزهای ابری و زمستان، برخی آبگرمکنهای خورشیدی از المنت برقی یا مشعل گازی به عنوان سیستم پشتیبان استفاده میکنند. همانطور که بالاتر هم گفتیم این قسمت به طور خودکار در صورت کاهش دمای آب فعال میشود تا آب گرم مورد نیاز ساختمان همیشه در دسترس باشد.
انواع آبگرمکن خورشیدی
به طور کلی، آبگرمکنهای خورشیدی بر اساس نوع عملکرد و فناوری به چند دسته تقسیم میشوند که هر کدام کاربردها، مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارند. انواع این آبگرمکنها عبارتند از:
آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی
در این نوع، گردش آب به صورت طبیعی و بدون استفاده از پمپ انجام میشود. همانطور که میدانید آب گرم که سبکتر است و به راحتی به سمت مخزن حرکت میکند و آب سرد که سنگینتر است، جای آن را میگیرد. این مدل ابگرمکن خورشیدی به دلیل ساختار ساده، هزینه نگهداری پایین و عدم نیاز به برق، برای مصارف خانگی مناسب است.
آبگرمکن خورشیدی پمپدار
در این سیستم، یک پمپ وظیفه انتقال آب یا سیال بین کلکتور و مخزن را بر عهده دارد. استفاده از کنترلر و سنسورهای دما باعث میشود عملکرد سیستم بهینهتر عمل کند. این مدل آبگرمکن بیشتر برای ساختمانهای چندطبقه، مجتمعهای مسکونی، هتلها و مراکز صنعتی که مصرف آب گرم بالایی دارند، پیشنهاد میشود.
آبگرمکن خورشیدی پروانه ای
این نوع آبگرمکن ظرفیت بالایی دارد که برای تأمین آب گرم در مکانهایی با مصرف زیاد طراحی شده است. برخلاف مدلهای خانگی که از یک مخزن و تعداد محدودی لوله خلأ تشکیل میشوند، در این سیستم چندین کلکتور یا ردیف لولههای خلأ به صورت موازی در کنار یکدیگر نصب میشوند. به دلیل نحوه چیدمان این کلکتورها که ظاهری شبیه به بالهای پروانه ایجاد میکند که علت نامگذاری آن به همین دلیل است.
عملکرد این سیستم مشابه سایر آبگرمکنهای خورشیدی است. لولههای خلأ یا کلکتورها انرژی خورشید را جذب کرده و آن را به گرما تبدیل میکنند. سپس این گرما به آب یا سیال انتقال حرارت منتقل میشود و آب گرم در مخزن ذخیره میشود. در مدلهای بزرگ، بیشتر از پمپ، کنترلر هوشمند و مبدل حرارتی نیز برای افزایش راندمان و کنترل بهتر سیستم استفاده میشود.
آبگرمکن خورشیدی لوله خلأ
این نوع ابگرمکن برای جذب و حفظ گرما از لولههای شیشهای دوجداره با فضای خلأ استفاده میکند. از آنجا که لولههای خلأ اتلاف حرارت بسیار کمی دارند، برای روزهای سرد یا نیمهابری بازدهی مناسبی دارند. به همین دلیل، این نوع از پرکاربردترین آبگرمکنهای خورشیدی در مناطق پربارش است.
آبگرمکنهای خورشیدی صفحه تخت
در این نوع ابگرمکن، یک صفحه فلزی جاذب حرارت درون یک محفظه شیشهای قرار دارد و انرژی خورشید را جذب میکند. آب یا سیال از داخل لولههای متصل به این صفحه عبور میکند و سپس با کمک انرژی خورشید گرم میشود. ناگفته نماند آبگرمکنهای صفحه تخت دوام بالایی دارند و در مناطق گرم و آفتابی عملکرد بسیار خوبی از خود نشان میدهند.
آبگرمکن خورشیدی مدار باز
در سیستم مدار باز، آب مصرفی به طور مستقیم وارد کلکتور شده و بعد از گرم شدن به مخزن منتقل میشود. این مدل ساختار سادهتر و قیمت پایینتری دارد. اما در مناطق سردسیر که احتمال یخزدگی آب در روزهای سرد سال وجود دارد، گزینه مناسبی نیست.
آبگرمکن خورشیدی مدار بسته
در این سیستم، به جای آب مصرفی از یک سیال انتقال حرارت (مانند محلول ضدیخ) استفاده میشود. گرمای این سیال از طریق مبدل حرارتی به آب داخل مخزن منتقل میشود. آبگرمکنهای مداربسته برای مناطق سردسیر مناسبترند. زیرا از یخزدگی و آسیب دیدن لولهها جلوگیری میکنند.
مزایا و معایب ابگرمکنهای خورشیدی
حالا قبل از اینکه برای نصب آبگرمکن خورشیدی تصمیم قطعی خود را بگیرید، بهتر است با مزایا و معایب آن نیز آشنا شوید. مهمترین مزایای این آبگرمکنها عبارتند از:
کاهش هزینههای انرژی
اولین و مهمترین مزیت این ابگرمکنها کاهش مصرف برق و گاز خانواده است تا دیگر مجبور به پرداخت هزینههای گزاف نباشید. اگر سیستم گرمایشی خانه هم از طریق آب گرم و رادیاتور است که تا حد زیادی در این هزینهها نیز صرفهجویی کردهاید.
سازگار با محیط زیست
آبگرمکن خورشیدی برای تولید آب گرم از سوختهای فسیلی استفاده نمیکند که نتیجه آن کاهش انتشار گازهای گلخانهای و آلودگی هواست. استفاده از آبگرمکن خورشیدی گامی مؤثر در حفظ محیط زیست و توسعه انرژیهای پاک است.
عمر مفید بالا
اگر آبگرمکنهای خورشیدی درست نصب و استفاده شوند، بین ۱۵ تا ۲۵ سال عمر میکنند. بسیاری از قطعات اصلی دستگاه مانند مخزن و کلکتورها نیز دوام بالایی دارند و به تعمیرات مکرر نیاز ندارند. از طرفی مجبور نیستید به طور مرتب لولههای دستگاه را به دلیل گرفتگی آب سرویس کنید.
همچنین باید گفت این سیستم قطعات متحرک کمی دارد، به همین دلیل احتمال خرابی آن نسبت به بسیاری از تجهیزات گرمایشی کمتر است. با انجام سرویسهای دورهای ساده، میتوان عملکرد دستگاه را برای سالها حفظ کنید.
معایب آبگرمکنهای خورشیدی چیست؟
البته معایب آبگرمکن خورشیدی را هم باید در نظر داشته باشید که عبارتند از:
هزینه خرید و نصب آبگرمکن خورشیدی بیشتر از آبگرمکنهای گازی یا برقی است. البته این هزینه در بلندمدت و با کاهش مصرف انرژی تا حد زیادی جبران میشود.
همچنین عملکرد این سیستم به شدت تابش خورشید بستگی دارد. پس در روزهای ابری یا مناطقی با ساعات آفتابی کم، بازدهی دستگاه کاهش پیدا میکند و ممکن است به سیستم گرمایش کمکی نیاز باشد.
نصب کلکتورها یا لولههای خلأ باید اصولی و درست انجام شود تا بیشترین میزان نور مستقیم خورشید را دریافت کنند. بنابراین وجود سقف یا فضای باز مناسب یکی از پیشنیازهای نصب این سیستم است. پس اگر زاویه نصب، جهت قرارگیری کلکتورها یا کیفیت عایقکاری به درستی انتخاب نشود، راندمان آبگرمکن کاهش پیدا میکند. به همین دلیل نصب اصولی توسط افراد متخصص اهمیت زیادی دارد.
مراحل نصب آبگرمکن خورشیدی
حالا که متوجه شدید نصب درست کلکتورهای دستگاه اهمیت زیادی دارد تا بیشترین انرژی را از خورشید دریافت کنند، باید با انتخاب محل مناسب، رعایت اصول فنی و تنظیم صحیح تجهیزات بازدهی آن را به حداکثر برسانید. مراحل نصب ابگرمکن خورشیدی عبارتند از:
مرحله اول انتخاب محل مناسب نصب
در ابتدا باید محلی را انتخاب کنید که در طول روز بیشترین میزان تابش مستقیم خورشید را دریافت میکند. در این رابطه ما پشت بام یا فضای باز بدون سایه را پیشنهاد می دهیم که بهترین گزینه است. همچنین باید فضای کافی برای نصب مخزن، کلکتورها و انجام سرویسهای دورهای را هم در نظر داشته باشید.
مرحله دوم نصب پایه نگهدارنده
در قدم دوم باید پایه فلزی دستگاه را روی سطحی محکم و تراز نصب کنید. همانطور که بالاتر هم گفتیم استحکام پایه اهمیت زیادی دارد. زیرا باید وزن مخزن پر از آب و کلکتورها را تحمل کند و در برابر باد و سایر شرایط محیطی مقاوم باشد. زاویه نصب نیز باید متناسب با موقعیت جغرافیایی تنظیم شود و تابش مستقیم آفتاب روی کلکتورها را در نظر داشته باشید.
مرحله سوم نصب کلکتورها یا لولههای خلأ
در این مرحله، باید کلکتور صفحه تخت یا لولههای خلأ را روی پایه نصب کنید. دقت داشته باشید جهت قرارگیری کلکتورها باید به نحوی باشد که بیشترین تابش خورشید را در طول روز دریافت کنند. نصب صحیح این بخش بر روی راندمان گرمایی سیستم تاثیر مستقیمی دارد.
مرحله چهارم نصب مخزن ذخیره آب
مخزن ذخیره در محل تعیینشده روی پایه قرار میگیرد که پیشتر در مورد آن صحبت کردیم. به یاد داشته باشید که مخزن باید به طور کامل تراز شده باشد تا در زمان گردش آب دچار مشکل نشوید. همچنین اتصالات ورودی و خروجی آن برای مراحل بعدی آماده شوند.
مرحله پنجم اتصال لولهها و تجهیزات
در این مرحله باید لولههای انتقال آب سرد و آب گرم، شیرآلات، اتصالات و در صورت نیاز پمپ یا مبدل حرارتی را به سیستم متصل کنید. توصیه ما این است برای جلوگیری از اتلاف انرژی، لولههای آب گرم را با عایق لوله مسی بپوشانید تا در روزهای سرد همچنان آب گرم داشته باشید.
مرحله ششم نصب تجهیزات کنترلی و ایمنی
در مدلهای پیشرفته این آبگرمکنها از تجهیزاتی مانند سنسور دما، کنترلر، شیر اطمینان، شیر هواگیری و سیستم گرمایش کمکی استفاده میشود که باید در این مرحله نصب شوند. این تجهیزات به افزایش ایمنی، کنترل بهتر عملکرد و جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار یا دما کمک میکنند.
مرحله هفتم آبگیری و بررسی نشتی
بعد از تکمیل اتصالات، سیستم را از آب پر کرده و تمام لولهها، اتصالات و مخزن را از نظر وجود نشتی بررسی کنید. در صورت مشاهده هرگونه نشتی، باید قبل از راهاندازی نهایی آن را برطرف کنید.
مرحله آخر راهاندازی و آزمایش عملکرد
در آخرین مرحله، باید عملکرد آبگرمکن خورشیدی را تست کنید تا از عملکرد صحیح آن مطمئن شوید. برای این کار گردش آب، افزایش دمای مخزن، عملکرد تجهیزات کنترلی و سیستم پشتیبان (در صورت وجود) را بررسی کنید تا مطمئن شوید دستگاه به درستی نصب شده و آماده کار کردن است. بعد از این مرحله، آبگرمکن شما میتواند با استفاده از انرژی خورشید، آب گرم موردنیاز ساختمان را به صورت پایدار تأمین کند.
در آخر
آنچه در مورد نحوه عملکرد، انواع و مزایا و معایب آبگرمکن خورشیدی گفتیم، اطلاعات مفیدی را در اختیار شما قرار میدهد. فقط در آخر اشاره کنیم این آبگرمکنها از نظر کاربرد به دو گروه اصلی تقسیم میشوند که شامل مدلهای خانگی و صنعتی هستند. آبگرمکنهای خانگی با ظرفیت بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ لیتر شاخته میشوند و برای منازل و ویلاها مناسب هستند. اما برای مراکز صنعتی و بزرگ باید از مدلهای صنعتی با ظرفیتهای بالاتر استفاده کنید. این نوع آبگرمکنها به صورت سیستمهای مرکزی طراحی میشوند و برای هتلها، بیمارستانها، استخرها، کارخانهها و سایر مراکز با مصرف زیاد آب گرم مناسب هستند.
