محتويات المقال
كيف تعمل الطاقة الشمسية لتسخين الماء حيث تحولت الطاقة الشمسية إلى مصدر رئيسي للطاقة، وهي تعكس تغييرا جذريا في كيفية استخدامنا للطاقة، بفضل التطور التكنولوجي، نبحث باستمرار عن بدائل نظيفة للطاقة، وهذا يعني أنه من المهم استكشاف مختلف أنواع الطاقة الشمسية المتاحة، تقليديا كانت الكهرباء تأتي من مصادر الوقود الأحفوري مثل الفحم والغاز الطبيعي، ولكن لا يمكن أن يستمر هذا النمط بسبب تأثيره البيئي لذا، نسعى إلى التحول نحو استخدام مصادر طاقة نظيفة، وهنا تبرز أهمية الطاقة الشمسية كبديل بيئي.
كيف تعمل الطاقة الشمسية لتسخين الماء
تسخين الماء باستخدام الطاقة الشمسية هو عملية شائعة تجدها في أي منزل من المنازل، ولكن تعتمد بشكل كامل على امتصاص الحرارة من أشعة الشمس ونقلها إلى الماء في النظام، تقوم أشعة الشمس بتسخين المياه في جامع الحرارة، ثم يتم نقل الحرارة إلى الماء في الخزان بطريقتين، إما عن طريق مبادل حراري ينقل الحرارة من الماء المسخن في جامع الأشعة إلى الماء البارد في الخزان، أو بتسخين الماء في جامع الأشعة ونقله مباشرة إلى الخزان،يستند هذا الأمر على القوانين الفيزيائية، حيث يصعد الماء الساخن إلى الأعلى ويهبط الماء البارد إلى الأسفل، مما يؤدي إلى تسخين الماء داخل الخزان بشكل كامل.
- تم إنشاء أول محطة للطاقة الشمسية الحرارية في المعادي، مصر، ولكن لم يتم استخدام مجمعات الألواح المسطحة لتسخين المياه بالطاقة الشمسية سواء في فلوريدا أو في جنوب كاليفورنيا حتى عشرينيات القرن الماضي.
- عادة ما نشاهد هذا النوع من التقنيات في المنازل والمؤسسات التجارية والصناعية، حيث يتم تسخين سائل التبريد باستخدام مجمع مواجه للشمس، وينتقل ذلك إلى نظام تخزين يتم فيه تسخين المياه المحيطة بالأنابيب التي تحتوي على سائل التبريد.
- بالنسبة لطاقة التسخين الشمسي، بلغت القدرة الإجمالية 472 جيجا واط في عام 2017، حيث تتصدر الصين والولايات المتحدة وتركيا قائمة الدول الرائدة في هذا المجال ومع ذلك، فإن الأفراد في بعض البلدان مثل باربادوس والنمسا وقبرص يمتلكون حصة كبيرة من السوق.
- تتناسب كفاءة هذه الأنظمة مع كمية الحرارة المتوفرة من الشمس، لذلك تكون البلدان ذات المناخ الدافئ والمشمس هي الأكثر استفادة منها، وبالتالي، يمكن أن يكون تسخين المياه باستخدام الطاقة الشمسية فعالا جدا من حيث التكلفة في المناطق التي ترتفع فيها درجات الحرارة، مما يقلل من أوقات استرداد الاستثمار في تركيب هذه الأنظمة.
أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية النشطة
أنظمة الدوران المباشر وتعمل فيها المضخات على تدوير المياه المنزلية من خلال المجمعات، وتُعتبر هذه الأنظمة موثوقة وفعالة في مختلف الظروف الجوية نظرًا لندرة حدوث تجمد المياه.
أنظمة الدوران غير المباشر وتقوم مضخات هذه الأنظمة بتدوير سائل غير متجمد لنقل الحرارة من خلال المجمعات والمبادل الحراري، وهذه الأنظمة شائعة الاستخدام في المناطق ذات درجات حرارة منخفضة.
اقرأ أيضًا: أخر الأسعار لألواح الطاقة الشمسية بأنواعها في السعودية
أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية السلبية
- تظهر الأنظمة السلبية غالبا موثوقية أكبر وقدرة على الاستمرار لفترات أطول
- تتميز بتكلفة أقل مقارنة بالأنظمة النشطة، ورغم ذلك، فقد تكون غير فعالة في بعض الحالات.
تضمن الأنظمة السلبية نوعين أساسيين:
- أنظمة تخزين مجمعة متكاملة تتألف من خزان تخزين مغطى بمادة شفافة تسمح للشمس بتسخين الماء، يتدفق الماء بعد ذلك من الخزان إلى نظام السباكة.
- أنظمة “ثيرمو سيفون” يتم تسخين الماء في مجمع على السطح ثم يتدفق عبر نظام السباكة.
سخانات الطاقة الشمسية
تقتضي معظم سخانات المياه الشمسية وجود خزان تخزين معزول بشكل جيد، حيث تشتمل هذه الخزانات على منافذ إضافية متصلة بالمجمع في الأنظمة المؤلفة من خزانين، يقوم السخان الشمسي بتسخين المياه مسبقا قبل دخولها إلى السخان التقليدي، أما في الأنظمة ذات الخزان الواحد، يتم دمج السخان الاحتياطي مع التخزين الشمسي في خزان واحد.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مجمعات الطاقة الشمسية المستخدمة للتطبيقات السكنية:
- جامع لوحة مسطحة يتألف من صناديق معزولة تحتوي على لوحة امتصاص داكنة مغطاة بزجاجة أو بلاستيكية، ويحتوي عادةً على لوحة واحدة أو أكثر، أما مجمعات الألواح المسطحة غير اللامعة فتحتوي على صفيحة امتصاص داكنة مصنوعة من المعدن أو البوليمر، وغالبا ما تستخدم لتسخين المسابح الشمسية دون غطاء.
- أنظمة تجميع وتخزين متكاملة يتميز هذا النوع بوجود خزانات أو أنابيب سوداء داخل صندوق زجاجي معزول، حيث يمر الماء البارد أولا عبر المجمع الشمسي الذي يسخن الماء مسبقًا، ثم يتوجه الماء إلى السخان الاحتياطي التقليدي، مما يوفر مصدرًا موثوقًا للمياه الساخنة.
- مجمعات الطاقة الشمسية الأنبوبية المفرغة يتميز هذا النوع بصفوف متوازية من الأنابيب الزجاجية الشفافة، حيث يتكون كل أنبوب من أنبوب زجاجي خارجي وأنبوب امتصاص معدني متصل بوصلات أخرى، ويمنع طلاء هذه الوصلات فقدان الحرارة الإشعاعية ويتيح امتصاص الطاقة الشمسية.
اقرأ أيضًا: مشاريع الطاقة الشمسية في المملكة العربية السعودية
متطلبات تركيب سخانات الطاقة الشمسية
- تحديد الموقع المناسب للتركيب.
- توفير مساحة كافية.
- تحديد السعة اللترية المناسبة.
- توفير عناصر السلامة اللازمة.
في الختام، نكون قد استعرضنا كيفية عمل الطاقة الشمسية لتسخين الماء وأنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية النشطة والسلبية، وأنواع مجمعات الطاقة الشمسية، ومتطلبات تركيب السخانات الشمسية، يظهر أن الطاقة الشمسية تلعب دورا بارزا في عمل السخانات المنزلية لتدفئة المياه للاستخدام المنزلي.
