سخان شمسي

تصميم النظام

علاوةً على ذلك، تشتمل نماذج التصميم على صندوق معزول ومغطى بالزجاج من الأعلى مع مجمع شمسي مسطح مصنوع من المعدن ومتصل بأنانبيب مبدلة للحرارة من النحاس وغامقة اللون أو عدد من الأنابيب المعدنية المحاطة بأسطوانة زجاجية مفرغة من الهواء. في الحالات الصناعية يمكن استخدام مرآة مركزة لتركيز ضوء الشمس على الأنبوبة. يتم تخزين الحرارة في خزان لتخزين المياه الساخنة. يجب أن يكون حجم هذا الخزان أكبر في أنظمة التسخين الشمسي ليقوم بتعويض الطقس السئ.

• المراجع
• انظر كذلك
• الطاقة الشمسية
• طاقة شمسية حرارية
• مجمع الطاقة الشمسية الحرارية
• لوح ضوئي
• محطة نورا للطاقة الشمسية

متطلبات التصميم

• يتم تحديد نوع وتعقيد وحجم نظام تسخين المياه الشمسي عن طريق:
• درجة الحرارة وكمية المياه المطلوبة من النظام.
• التغيرات في درجات الحرارة المحيطة والإشعاع الشمسي بين الصيف والشتاء.
• التغيرات في درجة حرارة الغرفة خلال دورة الليل والنهار.
• إمكانية التسخين الزائد أو التجميد للمياه الصالحة للشرب أو مائع التجميع

وفي هذا الصدد، يتم تحديد الحد الأدنى للنظام عن طريق كمية الحرارة أو المياه الساخنة المطلوبة أثناء الشتاء عندما يكون إخراج النظام وحرارة المياه الخارجة أقل ما يمكن. ويتم تحديد الحد الأقصى للنظام عن طريق الحاجة لمنع المياه من كونها ساخنة عن اللازم أو أن تتبخر.

التاريخ

ومن جهة أخرى، يعود تاريخ المجمعات الشمسية في الولايات المتحدة إلى قبل عام 1900 والمتمثل في خزان مدهون بالأسود وموضوع فوق الأسطح. قام فرانك شومان ببناء أول محطة طاقة حرارية شمسية في العالم في المعادي بمصر لتوفير الطاقة إلى محرك بقوة 60-70 حصان والذي قام بضخ 6000 جالونا من المياه في الدقيقة من نهر النيل إلى حقول القطن المجاورة.

علاوةً على ذلك، يتم استخدام الطاقة الشمسية في التسخين في الوقت الحالي في النمسا وكندا والصين وألمانيا والهند وإسرائيل واليابان والبرتغال ورومانيا وإسبانيا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة.

أمريكا اللاتينية

إضافةً إلى ذلك، طورت كولومبيا صناعة محلية لتسخين المياه عن طريق الطاقة الشمسية نظرا لجهود وتصميمات لاس جافيوتاس. وسعيا إلى تخفيض التكلفة في البيوت المحلية قام الفريق بدراسة أفضل الأنظمة من إسرائيل وقام ببعض التعديلات لتناسب الصناعة المحلية بحيث تكون في مدن مثل باجوتا والتي تسطع عليها الشمس أكثر من 200 يوم سنويا. حقق النظام نجاحا باهرا لدرجة أن لاس جافيوتا قدم ضمانا 25 عاما عند التقديم في سنة 1984. تم تقديم أكثر من 40000 نظاما وما زالوا يعملون حتى الآن بعد ربع قرن.

الحماية من التسخين الزائد

في هذا الإطار، عندما يتوقف استخدام المياه الساخنة ليوم أو اثنين يمكن أن يصل السائل داخل المجمعات والخزانات إلى حرارة عالية في كل الأنظمة بدون أنظمة للتصريف. عندما يصل الخزان في انظمة التصريف إلى الحرارة المطلوبة تتوقف المضخة لتتوقف عملية التسخين وبالتالي تمنع التسخين الزائد للخزان.

آسيا

وفي السياق ذاته، يوجد في أستراليا الكثير من التشريعات الخاصة بالدولة أو الخاصة بالولاية بخصوص استخدام الطاقة الشمسية والتي بدأت في عام 1997.

بعد عام 1960 انتشرت هذه الأنظمة في اليابان.

إضافةً إلى ذلك، أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية منتشرة في الصين حيث تتوافر النماذج المحلية بتكلفة قرابة 1500 يوان (235 دولار أمريكي) بتكلفة على وجه التقريب 80% أقل من الدول الغربية لنفس الحجم. ويوجد على الأقل 30 مليون بيتا في الصين يحتوي على نظام لتسخين المياه بالطاقة الشمسية.

الحماية من التجمد

كذلك، تمنع طرق الحماية من التجمد حدوث الضرر للنظام بسبب تمدد السوائل المتجمدة. حيث تقوم أنظمة التصريف بصرف السوائل من النظام عندما تتوقف المضخة. كما تستعمل الكثير من الأنظمة غير المباشرة موانع التجمد (مثل البروبيلين جلايكول) في سائل نقل الحرارة.

حوض المتوسط

ومن جهة أخرى، تُستعمل أنظمة التسخين المسطحة على نطاق واسع في إسرائيل. في الخمسينات حدث نقص في الوقود مما دفع الحكومة إلى منع تسخين المياه بين العاشرة مساء والسادسة صباحا. بنى ليفي يسار أول مسخن مياه شمسي إسرائيلي وفي عام 1953 أطلقت شركة نيريا أول مصنع إسرائيلي لتسخين المياه بالطاقة الشمسية. وبحلول عام 1967 كان يستعمل مسخنات المياه الشمسية 20% من السكان. وبعد أزمة الطاقة في السبعينات اضطرت إسرائيل إلى إضافة مسخنات المياه الشمسية في كل البيوت الجديدة. وكنتيجة لذلك أصبحت إسرائيل دولة رائدة عالميا في استخدام الطاقة الشمسية بحوالي 85% من البيوت تستعمل الطاقة الشمسية والذي يوفر على الدولة نحو مليوني برميل من البترول كل عام.

إضافةً إلى ذلك، إسرائيل وقبرص واليونان هي الدول الرائدة في استخدام أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية لتوفير الطاقة إلى 30-40% من البيوت.