سخان المياه بالطاقة الشمسية هو نوع من جامع تتراكم الإشعاع الشمسي، وتحويلها إلى الحرارة، وتنتج الماء الساخن لاحتياجات المستهلكين. إن فكرة استخدام الطاقة الشمسية لتسخين المياه قد نشأت لفترة طويلة. لذلك، تم إنشاء النموذج الأولي لسخان المياه بالطاقة الشمسية الحديثة في القرن السابع عشر في سويسرا. حتى الآن، هذه الطريقة لتسخين المياه تحظى بشعبية كبيرة. القائد العالمي في استخدام وإنتاج سخانات الطاقة الشمسية تقليديا الصين. في هذا البلد، تستخدم 60 مليون أسرة للطاقة الشمسية لتسخين المياه. وفي إسرائيل، 85٪ من الشقق لديها سخانات للطاقة الشمسية. علاوة على ذلك، يتم تنظيم استخدامها بموجب القانون، والذي كان ساري المفعول منذ عام 1976، ويلزم ببناء الإسكان باستخدام هذه الأنظمة.
مخطط النظام الكهروضوئي الشمسي.
سخانات المياه لديها العديد من المزايا. أولا، يسمحون بذلك إذا لم يتم التخلص منها على الإطلاق، ثم تقلل بشكل كبير من استهلاك شركات الطاقة التقليدية، مثل الغاز والكهرباء. ثانيا، أنها تقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في المبلغ، بما يتناسب بشكل مباشر مع الطاقة المقلية، وبالتالي تقليل تأثير الدفيئة.
باك لتسخين المياه بأيديهم
مخطط الوحدات الشمسية.
سخان الطاقة الشمسية الأكثر شيوعا هو دش صيفي. يمكنك بناء مثل هذا النظام المائي الساخن بأيديك. إنه سهل تماما. أساسها خزان للمياه، التي يتم تسخينها بواسطة الإشعاع الشمسي. على الرغم من امرائه، فإن مثل هذا الهيكل قادر تماما على إرضاء الحاجة إلى الماء الساخن في الموسم الدافئ.
العيب الأكبر لهذه الطريقة للتدفئة هو أنه على الرغم من درجة حرارة المياه العالية بما فيه الكفاية في الخزان خلال اليوم (أحيانا ما يصل إلى 45 درجة مئوية)، فإنه يقع بين عشية وضحاها. من أجل الحد من فقدان الحرارة في الليل، من الضروري إما عزل الخزان بين عشية وضحاها، أو دمج بقايا الماء الساخن في خزان دافئ. يمكن أن يكون مثل هذا الخزان بمثابة غازات غازية أو غلايات كهربائية، وتستخدم على نطاق واسع في الأسر. يتم تبرير اختيار الغلاية كمحرك أقراص أيضا لأنه في يوم غائم، لن يتم الاحماء الماء في الخزان 30 درجة مئوية، وفي أي حال يجب أن يدفع.
سيكون هذا السخان الذي أدلى به يديه بمثابة طريقة موثوقة واقتصادية للشفاء في الصيف وسوف تدفع بسرعة لنفسها.
اختيار هذا النوع من سخان الطاقة الشمسية، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار العديد من العيوب:
- الحاجة إلى ملء اليومية ودمج الخزان؛
- في يوم غائم، لا يتم تسخين المياه في الخزان فوق 30 درجة مئوية.
مقالة حول الموضوع: مستشعر الحرارة: كيفية توصيل ترموستات
تركيب خزان المياه
مخطط لنظام تسخين المياه Heliosystem.
لبناء خزان المياه بالطاقة الشمسية، سنحتاج ذلك:
- خزان التدفئة.
- سخان مياه؛
- أنابيب المياه مع ثلاثة رافعات؛
- مستشعر مستوى المياه.
يمكنك استخدام أي خزان مياه كدخول تدفئة: برميل الصلب، مكعب أو حتى أنبوب قطر كبير. ومع ذلك، فإن أكثر الأهم ملاءمة للتثبيت والاستخدام هو خزان بولي إيثيلين خاص للروح الصيفية بحجم يصل إلى 300 لتر. لديها شكل مسطح، ووزن خفيف، باللون الأسود، وليس الصدأ. كل هذا يوفر امتصاص الحرارة الرشيد والتثبيت البسيط بأيديهم. للحصول على إمدادات المياه، يجب تحديد أنابيب Metalplastic أو Polypropylene للمياه الباردة. يتم إرفاق مستشعر مستوى المياه على غطاء الخزان ويستخدم للسيطرة على مستوى التعبئة. يتم عرض نظام التركيب والتشغيل لهذا النظام في الشكل.
لملء خزان التدفئة، من الضروري إغلاق الرافعة 3. رافعة 1 و 2 لا تزال في الموضع المفتوح. بعد ملء السعة، يتم تداخل السباكة الضغط من قبل رافعة 1. في نهاية اليوم، يتم دمج الماء الساخن في المرجل عن طريق فتح الرافعة 3. إذا كان السخان ليس ضروريا، يجب أن تكون الرافعة 3 متداخلة واستخدام غلاية في الوضع العادي.
نظام تسخين المياه السلبي باستخدام جامع الطاقة الشمسية
مخطط مبدأ التشغيل وجهاز البطارية الشمسية.
إذا تم استخدام خزان تسخين المياه حصريا في موسم الدافئ، فإن المجمع الشمسي من النوع السلبي يجعل من الممكن تمديد فترة استخدام الطاقة الشمسية من مارس إلى أكتوبر. يسمى هذا النظام السلبي لأن المضخة لا تستخدم في تصميمها. الحاجة إلى رسم الماء عن طريق الغلاية في هذه الحالة أيضا. ومع ذلك، فإن وفورات الطاقة الكبيرة لا جدال فيها.
العنصر الرئيسي في نظام تسخين المياه مثل جامع الطاقة الشمسية. من أجل تحقيق أقصى قدر من مؤشرات الأداء لهذا العنصر، إلى جانب موثوقية وبساطة التجميع، ينبغي إيلاء اهتمام خاص للمبادل الحراري. أظهرت الممارسة أن الصلب أو أنابيب النحاس ذات الجدران رقيقة هي أفضل مادة مبادل حراري. يستخدم استخدام الأنابيب البلاستيكية المعدنية أيضا، لكن ناقصهم هو احتمال التشوه عند التعرض للحرارة الشمسية، وكذلك احتمال تسرب المياه بسبب مجموعة متنوعة من المركبات. إذا كان هناك ثلاجة قديمة وغير ضرورية في المنزل، فكلها بدلا من الأنابيب التي يمكنك استخدام سربنتينه.
تجميع وتركيب سخان المياه بالطاقة الشمسية باستخدام خرطوم الحديقة بأيديك
مخطط شبكة الطاقة عند استخدام الألواح الشمسية.
لتقليل تكلفة بناء جامع شمسي وتقليل وزنها، يمكن استبدال الأنابيب المعدنية بخراطيم حديقة بسيطة، مما أدى إلى التواء في دوامة بأيديهم. مصلحته هي عدم وجود مركبات إضافية، مما يلغي التسرب، وتكلفة منخفضة، وإمكانية تلخيص المياه من جامع المجمع مباشرة إلى خط الأنابيب.
المادة حول هذا الموضوع: هل من الممكن تطوير خلفية الطلاء Fliesline
لبناء سخان المياه بالطاقة الشمسية مع جامع من خرطوم الحديقة سنحتاج:
- زجاج النافذة؛
- خرطوم الحديقة؛
- البولي بروبيلين أو ورقة البولي الخليوي للقاعدة.
مادة خرطوم - مطاط أو معزز PVC. القطر الداخلي - لا تقل عن 19 ملم للحد من مستوى المقاومة الهيدروليكية. سمك جدار الخراطيم لا يقل عن 2.5 ملم. عند اختيار لون لإعطاء الأفضلية للنغمات السوداء أو المظلمة لتحسين الحرارة. يجب اختيار الزجاج من خلال النافذة، دون طلاء انتقائي، حيث أن فيلم البوليمر والزجاج العضوي ضعيف الإشعاع طويل الأمواج، وما يسمى I-CLESS يعكس Shortwave. عند الاختيار بين التزجيج واحد ومضاعف، يجب أن تسترشد القاعدة بالقاعدة: إذا تم استخدام المدفأة في كثير من الأحيان في الموسم الدافئ، فمن الأفضل أن تعطي التفضيل مزيجا واحدا إذا كان موسم البرد مزدوج. يمكن إغلاق الفجوة بين الرغوة والزجاج بأيديهم باستخدام السيليكون أو الغراء المائي أو وسادة رغوة بسيطة. المسافة بين الزجاج والخرطوم 1.2- 2 ملم.
يكمن مبدأ عمل هذا سخان المياه في نوع من الفخ الحراري: تقع أشعة الشمس من خلال الزجاج، يتم تسخين الخراطيم، والذي، بدوره، يعطي أيضا الحرارة، المستمر داخل السكن سخان المياه تحت حالة ضيق. كأساس لسخان المياه، بدلا من ورقة رغوة، إطار خشبي ذو قاع صلب وطبقة بين القاع والجسم في شكل رقائق وسجادة مطاطية يمكن استخدامها.
يصور تركيب سخان المياه بالطاقة الشمسية من خرطوم الحديقة في الرسم البياني.
عند تثبيت سخان المياه، يجب أن تعرف بيديك أن الغلاية يجب أن يكون على مستوى لا يقل عن 60 سم أعلى من الحافة العلوية للمجمع الشمسي لتوفير تأثير ثنائي ثابت. يجب أن يكون طول أنبوب التوريد بين المجمع والغلاية قصيرا للحد من قوة الاحتكاك عند التدفق بالماء.
مخطط لفائف للغلاية.
للحد من فقدان الحرارة، يجب معزول استنتاجات خرطوم وخط الأنابيب حراريا. للعزل الحراري في الداخل، وكذلك في أجزاء قصيرة من خط الأنابيب، يمكن استخدام عزل رغوة البولي إيثيلين لهذه الأغراض لهذه الأغراض. للعزل الحراري للاستنتاجات والخطوط الخارجية لأكثر من 3 أمتار، من الأفضل استخدام رغوة البولي يوريثين احباط. لتوصيل الخرطوم بخط الأنابيب، يتم استخدام المشبك لأنابيب المطاط.
تحتاج أولا إلى ملء الخراطيم بالماء وإطلاق الهواء خارجها: نحن نغلق الرافعة 2 وفتح رافعة الماء الساخن 6. يسقط الماء من إمدادات المياه الضغط 1 في جامع الطاقة الشمسية 1. عندما تختفي فقاعات الهواء، سنختفي في مياه الصرف، نستنتج أنه لا يوجد اختناقات مرورية جوية في المجمع. ثم نفتح الرافعة 2، والمياه الباردة تحت تأثير تأثير الحرارة يدخل السخان. لإيقاف عمل المجمع، تداخل رافعة 3. ناقص سخان المياه بالطاقة الشمسية هو الحاجة إلى تشغيل وإيقاف إمدادات المياه بشكل دوري لمجمع الرافعة 3، وكذلك استخدام المرجل للشفاء بالمياه نهاية اليوم في الطقس الغائم وأثناء موسم البرد. خلاف ذلك، فإنه يتوقف عن التعميم.
المادة حول هذا الموضوع: كيفية إزالة خلفية الفينيل بسرعة من الجدران
حساب أداء سخان المياه السلبي
لحساب أداء سخان المياه السلبي، ستكون هناك حاجة للمؤشرات التالية:- قطر خرطوم.
- درجة حرارة الهواء؛
- متوسط عدد الساعات المشمسة للفترة.
ومن المعروف أن 1 متر من الخرطوم، والقطر الخارجي الذي يبلغ طوله 25 ملم، في درجة حرارة الهواء +25 درجة مئوية في يوم مشمس مع ارتفاع درجات الحرارة 3.5 لتر من الماء إلى درجة حرارة +45 ºС، وزيادة في درجة حرارة الهواء إلى +32 ºС تحت نفس الشروط - +50 ºС. يبلغ متوسط المؤشر السنوي لعدد أشعة الشمس لموسكو ومنطقة موسكو 5.5 ساعة، مع مراعاة الأيام الغائمة. وبالتالي، مع طول الخرطوم 10 م في المجمع، سيكون الأداء: 3.5 * 10 * 5.5 = 192.5 لتر من الماء الساخن. الحد الأدنى لدرجة حرارة الهواء التي يكون لها عمل جامع مفيد، هو +5 ºС. عندما تنخفض درجة الحرارة، يجب دمج المياه من المجمع.
كفاءة استخدام سخان المياه بالطاقة الشمسية
هناك رأي مفاده أن روسيا ليست مناسبة لاستخدام الطاقة الشمسية للشفاء بالماء بسبب مناخ بارد بما فيه الكفاية. ولكن هذا ليس هو الحال. من أجل تحديد ما إذا كانت سخانات الطاقة الشمسية فعالة في خطوط العرض لدينا، سنعمل مع هذا المفهوم كعطلة (كمية الطاقة الشمسية التي تسقط على سطح الأرض). على أراضي روسيا، يتراوح معدل الإرشاد السنوي من 800 إلى 1900 كيلو واط / م 2. في منطقة موسكو، هذا المؤشر هو 1100 كيلو واط ساعة / M2. على سبيل المثال، في ألمانيا، مع مؤشر تعشق مماثل، تغطي هذه الأنظمة المساحة الإجمالية لأكثر من 6 ملايين م 2.
سخانات الطاقة الشمسية قابلة للتطبيق بالكامل في متوسط خطوط العرض في بلدنا. إنهم قادرون على توفير ما يصل إلى 60٪ من الكهرباء. وفقا للدراسات التي أجراها المعهد الألماني فيزياء البناء، فإن متوسط عائلة 4 أشخاص يستهلك ما متوسطه 4400 كيلو واط ساعة في السنة. هذه الكميات من الطاقة يمكن أن تنتج وحدات شمسية مع مساحة 34 م 2 فقط. وحتى إذا كان سخان المياه بالطاقة الشمسية التي أدلى بها أيديها سترجع المجال إلى التناظرية للإنتاج الصناعي، فإن مدخرات الطاقة لا تزال ملموسة.