استفاده از آبگرمکن های خورشیدی از بهترین روش ها در بهینه سازی مصرف انرژی و جلوگیری از استفاده بی‌رویه از سوخت های فسیلی و دیگر انرژی ها می‌باشد.
آب گرمکن های خورشیدی یکی ازموثرترین طرح های استفاده عمومی و آسان از انرژی خورشید برای تأمین آبگرم مصرفی در بخش خانگی و صنعتی است، بطوریکه دمای سطح کولکتورهای جاذب انرژی خورشیدی تا حدود ۱۰۰ درجه سانتی گراد و دمای آب گرم تولیدی در مدلهای با راندمان بالا تا حدود ۷۰ درجه سانتیگراد افزایش می یابد. این فرایند تامین انرژی به حدی موثر و کارآمد است که حتی کشوری مثل آلمان که یکی از کشورهای واقع در بخش شمالی اروپاست، دارای اولین تکنولوژی آبگرمکن های خورشیدی و پیشروترین تولیدکننده آن است.
سیستمهای گرمایش خورشیدی (غیر نیروگاهی)
آب گرمکن خورشیدی
آبگرمکن ها اصلی‌ترین سیستم مورد استفاده در کاربردهای غیر نیروگاهی خورشیدی می‌باشند.
همانطور که از نام آن پیداست این سیستم‌ها برای گرم کردن آب مورد استتفاده قرار می گیرد.
آب گرم تولید شده می تواند برای :
· آب گرم بهداشتی
· گرم کردن فضای ساختمانی یا تأمین آب پیش گرم برای سیستم های گرمایشی
· تأمین گرمای مورد نیاز برای راه اندازی سیستمهای جذبی، جهت تهویه مطبوع و سیستم های سرمایشی استفاده در خشک‌کن‌ها و آب شیرین‌کن‌ها و غیره مورد استفاده قرار گیرد.
طرز کار آبگرمکن خورشیدی:
آبگرمکن‌ها از سه بخش اصلی تشکیل می شوند، شامل :
۱) کلکتور
۲) مدار لوله کشی
۳) مخزن ذخیره حرارتی
در اغلب آبگرمکن‌های امروزی سیال عامل که محلول آب و ضد یخ است در یک سیکل بسته بین مخزن و کلکتور توسط مدار لوله کشی در جریان است. کلکتور انرژی حرارتی خورشید را جذب کرده و به سیال عامل منتقل می کند سیال گرم شده بسمت منبع ذخیره حرکت کرده و در آنجا پس از عبور از یک مبدل حرارتی، گرمای خود را به آب داخل مخزن منتقل می کند و پس از سرد شدن به کلکتور باز می گردد و بدین ترتیب بدون اینکه با آب مصرفی مخلوط شود، دائماً در یک سیکل بسته در حال حرکت است. آبگرمکن‌های خورشیدی به دو دسته، آبگرمکن‌های مدار باز و مدار بسته طبقه بندی میشوند که هر یک به دو صورت ترموسیفونی)جریان طبیعی( یا پمپی (اجباری) می‌توانند کار نمایند.
در سیستمهای مدار باز، آبی که جهت تأمین آب گرم مصرفی مورد استفاده می‌باشد مستقیماً از تانک ذخیره کلکتورها، پمپ می‌شود. دو نوع سیستم مدار باز داریم :
۱) ترموسیفون
۲) گردش اجباری (پمپ)
وقتیکه دمای سیال داخل کلکتورها بیشتر از دمای تانک ذخیره باشد، آب گرم شده به طرف مخزن ذخیره هدایت می‌شود. سیستم تخلیه از پایین شامل دریچه‌ای است که آب داخل کلکتورها را وقتی به ۳۸ درجه سانتیگراد می‌رسد تخلیه می‌کند. وقتیکه دما کمتراز ۳۸ درجه سانتیگراد باشد، سیستم بصورت اتوماتیک، آب را از تانک ذخیره به سمت کلکتورها پمپ می کند. یک سیستم مدار بسته بسیار کارآمد و قابل اطمینان بوده و به نگهداری کمتری احتیاج دارد (مثلا مواد ضد یخ بکار رفته در سیستم هر ۲ سال یکبار به بازرسی نیاز دارد). در این سیستم، به دلیل استفاده از مایع ضدیخ احتمال خنک شدن سریع و انجماد وجود ندارد و بسیار قابل اعتماد و قابل استفاده در محدوده وسیعی می‌باشد. البته در این سیستم کلکتورها حتما باید بالاتر از تانک انتقال حرارت نصب شوند. در سیستمهای باز، قدرت پمپ برابر است با مجموع اصطکاک داخل لوله ها و اختلاف ارتفاع بین کلکتور و مخزن ذخیره، در صورتیکه در سیستمهای بسته قدرت پمپ تنها برابر است با مجموع اصطکاک داخلی لوله ها. استفاده از آبگرمکن‌های خورشیدی برای مناطق پرتابش و دور از شبکه سراسری مناسب می باشد.
انواع کلکتورهای خورشیدی :
۱ )کلکتورهای نوع صفحه تخت (Flat Plate Collectors FPC)
۲ )کلکتورهای لوله خلاء (ETC Evacuated tube collectors)
این کلکتورها اغلب بصورت ثابت در محل خود نصب میشوند و نیازی به دنبال کردن خورشید ندارند.
کلکتورهای تخت
کلکتورهای تخت دارای یک جذب کننده‌ی تیره می‌باشند که با یک سیال (آب و ضدیخ) کار می‌کند. یک کلکتور تخت دارای اجزاء زیر می‌باشد.
· صفحه‌ی شفاف که ممکن است یک یا چند لایه و از جنس شیشه یا از جنس مواد دیاترموس (عبور دهنده پرتو) باشد.
· لوله‌ها یا گذرگاه‌هایی برای عبور سیال.
· صفحه‌ی جذب کننده که می‌تواند صاف موج‌دار یا شیاردار باشد که معمولاً در رنگ تیره بوده و لوله‌ها و گذرگاه‌ها به آن متصل میشوند.
· منیفولدها یا هدرهایی برای عبور و تخلیه سیال ناقل حرارت که معمولاً در قسمت بالا و پایین کلکتور نصب شده‌اند.
· عایق‌بندی دستگاه جهت کاهش تلفات گرمایی که معمولاً شامل اطراف و پشت کلکتور و لوله‌های می‌باشد.
· قاب مخصوص که اجزای کلکتور را در خود جای داده‌اند و از آن‌ها در برابر گرد و غبار و و رطوبت و دیگر عومل خارجی محافظت می‌کنند.
کلکتورهای لوله خلاء
کلکتورهای لوله خلاء دارای اجزاء زیر می‌باشد :
۱) مخزن جمع آوری
۲) عایق پشم شیشه
۳) لوله های مسی
۴) قاب از جنس فولاد ضد زنگ
۵) لوله جذب کننده انرژی خورشید
۶) لوله های انتقال حرارت (لوله گرمایی)
مزایای سیستمهای گرمایش خورشیدی
· حفاظت محیط زیست
· کاهش هزینه های انرژی گرمایی
· تامین آب گرم متوسط ۶۰ درجه سانتیگراد و بالاتر
· راندمان بالای کل سیستم آبگرمکن های خورشیدی (جذب بالای ۹۰% تابش)
· افزایش ضریب اطمینان و ایمنی
· کاربرد آسان و راحت
· دسترسی همیشگی به منبع انرژی
· حداقل اتلاف حرارتی در کل سیستم
· ذخیره منابع انرژی تجدید ناپذیر
کنترلر سیستمهای خورشیدی
سیستم های کنترل آب گرم خورشیدی جهت عملکرد بهتر سیستم و ثبت دماها و مقادیر مختلف برای محاسبه میزان صرفه‌جویی در مصرف انرژی ، در سیستمهای خورشیدی استفاده می‌شود.
مزایای سیستم کنترلی :
· کنترل سیستم خورشیدی جهت تنظیم عملکرد پمپ.
· ثبت مقادیر مختلف جهت محاسبه میزان صرفه‌جویی در انرژی و استفاده‌های ثانویه.
· حفاظت از سیستم در مقابل یخ زدگی یا جوش آمدن سیال مبدل در سیستم.
مخزن ذخیره‌سازی آبگرم سیستمهای خورشیدی
جهت ذخیره سازی آب گرم شده توسط کلکتور ها در ظرفیت‌های متنوع جهت مصارف مختلف از جمله : مسکونی ، تجاری ، صنعتی و …
این منبع‌ها دارای ۲ یا ۳ کویل بوده و قابل اتصال به سیستم پشتیبانی (موتورخانه یا پکیج) می‌باشند. همچنین قابل استفاده در سیکل‌های پیش گرمایش جهت مصارف صنعتی نیز می‌باشند.