تكنولوجيا تسخين الماء باستخدام الطاقة الشمسية
تعد عملية تسخين الماء بالطاقة الشمسية من الحلول الشائعة في العديد من المنازل، حيث يمكن أن توفر ما بين 10% إلى 90% من احتياجاتها من الماء الساخن. تعتمد هذه التقنية على امتصاص الحرارة الناتجة من أشعة الشمس ونقلها إلى الماء الموجود في النظام. حيث تقوم أشعة الشمس بتسخين الماء المتدفق في جامع الحرارة، وتُنقل هذه الحرارة إلى الماء المخزن في الخزان بطرق متعددة. أولاً، يتم تسخين الماء داخل جامع الأشعة ليُدخل بعد ذلك إلى مبادل حراري متواجد داخل الخزان، حيث تمر الماء الساخن على المبادل الحراري، مما يؤدي إلى نقل الحرارة إلى الماء البارد في الخزان. أما الطريقة الثانية، فتشمل تسخين الماء في الجامع ثم نقله مباشرةً إلى الخزان، حيث يعتمد مبدأ الارتفاع الطبيعي على القوانين الفيزيائية، بحيث يرتفع الماء الساخن إلى الأعلى ويهبط الماء البارد إلى الأسفل حتى يتم تسخين كامل المحتوى داخل الخزان.
أنظمة سخانات الماء بالطاقة الشمسية
تصنف سخانات المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية وفقًا لجمع أشعة الشمس وتنوع نظام تدوير المياه. يمكن أن تختلف أساليب امتصاص الحرارة ونقلها إلى الماء الموجود في الخزان، ولكن جميعها تعمل وفق نفس المبادئ الأساسية. وهنا نستعرض تصنيفات وأنواع السخانات الشمسية:
حسب نوع جامع الأشعة
يقوم جامع الأشعة بامتصاص الحرارة من ضوء الشمس ونقلها إلى الماء في النظام، ويتضمن ثلاثة أنواع رئيسية كما يلي:
- نظام التخزين الكامل: يتكون من أنابيب ذات لون داكن مثبتة داخل صندوق معزول، حيث تقوم بتسخين المياه واحتجازها في الجامع حتى يتم استخدامها.
- الألواح المسطحة: يتكون هذا النظام من أنابيب نحاسية موضوعة داخل صندوق يحتوي على ألواح داكنة، التي تعمل على امتصاص الحرارة ونقلها إلى الأنابيب، مما يؤدي إلى تسخين الماء داخل الجامع.
- الأنظمة الأنابيب المفرغة: تعتبر هذه الطريقة من أكثر أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية كفاءة، حيث تتكون من أنابيب معدنية تحوي سائل الماء أو سائل نقل الحرارة مغلفة بأنبوب زجاجي بفجوة صغيرة تمنع فقد الحرارة، ثم تُنقل هذه الحرارة إلى المياه لتسخينها.
حسب نظام تدوير المياه
يتم تصنيف السخانات الشمسية أيضًا بناءً على نظام تدوير المياه الخاص بها:
- النظام المباشر: حيث يتم تسخين المياه واستخدامها مباشرةً من الجامع دون الحاجة إلى تخزينها في خزان منفصل.
- النظام المغلق أو غير المباشر: يحتوي هذا النظام على سائل نقل حرارة غير متجمد، حيث يقوم بتسخين هذا السائل ثم ينقله إلى مبادل حراري موجود في خزان خارجي، حيث يتم هناك نقل الحرارة إلى المياه داخل الخزان.
- الأنظمة النشطة وغير النشطة: تستخدم الأنظمة النشطة مضخات لنقل المياه بين الجامع والخزان، بينما تعتمد الأنظمة غير النشطة على الحمل الحراري لنقل المياه الساخنة ذهابًا وإيابًا بين الجامع.