بررسی سیستم گرمایش آب برای کاربردهای انرژی خورشیدی : انرژی خورشیدی یکی از انرژی های تجدید پذیر پرکاربرد است که می توان با استخراج مستقیم انرژی از نور خورشید یا به طور غیرمستقیم از آن استفاده کرد. از طرف دیگر سیستم گرمایش آب خورشیدی یکی از کاربردهای انرژی خورشیدی است که مورد توجه بسیاری از محققان در این زمینه قرار گرفته است. جمع کننده های خورشیدی ، مخازن ذخیره سازی و مایعات انتقال حرارت سه جزء اصلی در کاربردهای آبگرمکن خورشیدی هستند که در این مقاله بررسی می شوند. در این مقاله به بررسی آخرین تحولات و پیشرفت آبگرمکن خورشیدی بر اساس سه مؤلفه اساسی است که ممکن است بر عملکرد حرارتی سیستم تأثیر بگذارد. همچنین ، توسعه انواع مختلفی از جمع کننده های خورشیدی در بخاری آب خورشیدی ، از جمله هر دو جمع کننده غیر متمرکز (جمع کننده صفحه تخت ، جمع کننده لوله تخلیه شده) و جمع کننده های جمع کننده (بازتابنده ظرف سهمی ، جمع کننده از طریق آب شیرین) را بررسی می کند. همه اینها از نظر بهینه سازی نوری ، کاهش اتلاف گرما ، تقویت گرما و مکانیسم های مختلف ردیابی خورشید مورد مطالعه قرار می گیرند. در بین جمع کننده های غیر متمرکز و تمرکز ، جمع کننده های بازتابنده ظرف سهمی بهترین عملکرد کلی را نشان می دهند.
کاربردهای انرژی خورشیدی
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم‌های مختلف استفاده می‌شود که عبارت‌اند از:
1) استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی.
2) تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک.
استفاده از انرژی حرارتی خورشید
این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی می‌باشد.
بررسی سیستم گرمایش آب برای کاربردهای انرژی خورشیدی
کاربردهای نیروگاهی انرژی خورشیدی
تأسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شود این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:
– نیروگاههایی که گیرنده آنها آینه‌های سهموی ناودانی هستند
– نیروگاههایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه‌های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می‌شود. (دریافت کننده مرکزی)
– نیروگاههایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) می‌باشد
قبل از توضیح در خصوص نیروگاه خورشیدی بهتر است شرح مختصری از نحوه کارکرد نیروگاههای تولید الکتریسیته داده شود. بهتر است بدانیم در هر نیروگاهی اعم از نیروگاههای آبی، نیروگاههای بخاری و نیروگاههای گازی برای تولید برق از ژنراتورهای الکتریکی استفاده می‌شود که با چرخیدن این ژنراتورها برق تولید می‌شود. این ژنراتورهای الکتریکی انرژی دورانی خود را از دستگاهی بنام توربین تأمین می‌کنند. بدین ترتیب می‌توان گفت که ژنراتورها انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. تأمین کننده انرژی جنبشی ژنراتورها، توربینها هستند توربینها انواع مختلف دارند در نیروگاههای بخاری توربینهایی وجود دارند که بخار با فشار و دمای بسیار بالا وارد آنها شده و موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین می‌گردد. در نیروگاههای آبی که روی سدها نصب می‌شوند انرژی پتانسیل موجود در آب موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین می‌شود.
نجوه کارکرد نیروگاه آبی و نیروگاه حرارتی
بدین ترتیب می‌توان گفت در نیروگاههای آبی انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود، در نیروگاههای حرارتی بر اثر سوختن سوختهای فسیلی مانند مازوت، آب موجود در سیستم بسته نیروگاه داخل دیگ بخار (بویلر) به بخار تبدیل می‌شود و بدین ترتیب انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود در نیروگاههای گازی توربینهایی وجود دارد که بطور مستقیم بر اثر سوختن گاز به حرکت درآمده و ژنراتور را می‌گرداند و انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود. و اما در نیروگاههای حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخشهای خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربینها است یا به عبارت دیگر می‌توان گفت که این نوع نیروگاهها شامل دو قسمت هستند:
– سیستم خورشیدی که پرتوهای خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده تولید بخار می‌نماید.
– سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاههای حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل می‌کند.
بررسی سیستم گرمایش آب برای کاربردهای انرژی خورشیدی
کلکتور سیستم انرژی خورشیدی
کلکتور از مهمترین بخشهای سیستم انرژی خورشیدی است. کلکتور نوع خاصی از مبدل حرارتی است که تشعشع خورشیدی را به گرما تبدیل و به سیال عامل ( آب یا هوا) انتقال می دهد. تشعشع ورودی در بهترین شرایط، بدون متمرکز کردن ۱۱۰۰ کیلو وات بر متر مربع و رنج طول موج آن (۳-۳/۰ میکرومتر) می باشد. سیال عامل گرم شده توسط کلکتور خورشیدی به طور مستقیم یا غیر مستقیم برای موارد زیر مورد استفاده قرار می گیرد:
– گرمایش فضای داخلی
– آب گرم مورد نیاز منازل مسکونی
– استفاده از هوا یا آب گرم برای مقاصد تجاری
انواع و اقسام زیادی از کلکتورهای خورشیدی وجود دارند که در اینجا به برخی از آنها به صورت فهرست وار اشاره می شود:
کلکتور صفحه تخت شیشه ای
کلکتور صفحه تخت شیشه ای بر مبنای گرمایش هوا و آبگرمکن خورشیدی ساخته می شود و برای کاربردهایی که دمای مورد نیاز آنها ۷۰-۳۰ درجه سانتی گراد می باشد، مناسب است. از صفحه عایق در پشت و از شیشه در جلوی صفحه جاذب برای کاهش افت حرارتی استفاده می شود.
کلکتور صفحه تخت غیر شیشه ای
به دلیل عدم وجود عایق، دمای سیال عامل را تا ۳۰ درجه سانتی گراد گرم می کنند. کاربرد این کلکتورها در استخر شنا و پیش گرم کردن آب در صنایع می باشد.
بررسی سیستم گرمایش آب برای کاربردهای انرژی خورشیدی
کلکتور هوا گرمکن خورشیدی
این کلکتورها مانند اکثر کلکتورها شامل صفحه عایق در لایه زیرین، صفحه جاذب در لایه میانی و صفحه شفاف در قسمت فوقانی می باشد. تابش خورشیدی پس از عبور صفحه شفاف (معمولاً شیشه یا صفحات شفاف پلیمری) توسط صفحه جاذب جذب می شود، سپس این گرما به هوا منتقل شده و از آن برای گرمایش فضا، خشک کردن محصولات کشاورزی و صنعتی استفاده می کنند. کلکتورهای هواگرمکن دارای مزایای وزن کمتر، هزینه کمتر و استفاده به عنوان پوشش و نمای ساختمان می باشند.
کلکتور صفحه تخت مشبک غیر شیشه ای
این کلکتور شامل یک روکش فلزی سوراخ دار با تعداد زیادی سوراخ با گامهای ۴-۲ سانتی متر می باشد. هوا قبل از ورود به ساختمان با عبور از میان این سوراخها پیش گرم می شود. از این کلکتورها در تهویه مطبوع و خشک کردن محصولات استفاده می شود.
کلکتور خورشیدی متمرکزکننده
با استفاده از منعکس کننده ها برای تمرکز نور خورشید بر روی جاذب یک کلکتور خورشیدی، می توان اندازه ابعاد جاذب را به شدت کاهش داد که این کار کاهش موجب کاهش افت حرارتی و افزایش بازده در دماهای بالا می شود. این کلکتورها برای کاربردهای دما ی بالا مانند ایجاد بخار برای تولید برق و دفع مسمومیت با حرارت، به کار می رود.
بررسی سیستم گرمایش آب برای کاربردهای انرژی خورشیدی
کلکتور خورشیدی یکپارچه
این کلکتورها شامل مخزن ذخیره و جاذب خورشیدی است که به صورت یک واحد عمل می کند. کلکتورهای خورشیدی یکپارچه مدرن از یک شیشه بر روی سطح مخزن استفاده می کنند. انرژی تحویلی این کلکتورها در مقایسه با کلکتور صفحه تخت کمتر ولی ارزان تر می باشد.
کلکتور خورشیدی مایع گرم کن
در این کلکتورها، انرژی خورشیدی در یک سیکل خورشیدی به یک مخزن ذخیره حرارتی منتقل می شود. سیال سیکل خورشیدی می تواند آب، محلول آب و ضد یخ، روغن های حرارتی و غیره باشد.
سیستم بشقابی سهموی
این کلکتور شامل بازتابنده آینه مانند و یک جاذب از نقطه کانونی می باشد. این کلکتورها شامل سیستم کنترلی هستند که دائماً خورشید را دنبال می کنند تا اشعه خورشید بر جاذب واقع از نقطه کانونی متمرکز شود. دمای ایجاد شده در نقطه کانونی حدود ۱۰۰ درجه سانتی گراد می باشد، کاربرد این سیستم تولید برق برای ظرفیت محدود می باشد.