فن آوری تأسیسات خورشیدی

ساختمان و کارکرد تأسیسات خورشیدی

کلیه قطعات تشکیل دهنده اصلی تأسیسات خورشدید را به کمک دیاگرامی کلی که فقط تامین آب گرم خورشیدی را در بر می گیرد نشان می دهد. برای گرم کردن مداوم منزل به کمک تأسیسات خورشیدی، وجود یک منبع حائل و یک واحد کنترل انشعابی با یک مبع مرکب نیز ضروری می باشد.کلکتور خورشیدی تابش جهانی را به انرژی گرمایی تبدیل می کند که به یک منبع حرارتی منتقل می شود. سیستم ها از نظر نوع انتقال گرما به دو گونه اصلی مختلف قابل تقسیم می باشند: تأسیسات دارای پمپ جریان، و تأسیسات دارای جریان به کمک نیروی ثقل(سیفون حرارتی، جریان طبیعی).

تأسیسات دارای پمپ جریان و واحد کنترل

عامل انتقال گرما به کمک یک پمپ به جریان می افتد که توسط یک ترموستات الکترونیکی روشن و خاموش می شود.ترموستات دمای منبع مجاور مبدل حرارتی خورشیدی را با دمای کلکتور مقایسه می کند و فقط هنگامی پمپ را روشن می کند که کلکتور چند درجه گرم تر باشد.

تأسیسات دارای جریان به کمک نیروی ثقل

در صورتی که به توان کلکتورها و منبع آب گرم را در وضعیتی قرار داد که لوله ها با شیب حداقل 2% از کلکتور به سمت منبع بروند دیگربه پمپ و ترموستات نیازی نخواهد بود. عامل انتقال گرمای خورشیدی به دنبال گرم شدن در جاذب منبسط می گردد و بدین ترتیب وزن مخصوص آن از آب سردی که در لوله برگشت قرار دارد سبک تر می شود و بنابراین آب سرد از منبع به سمت کلکتور جریان پیدا می کند.

به علت اختلاف وزن، فشاری رو به بالا ایجاد می شود که به واسطه آن آب گرم کلکتور به سمت منبع بالا می رود، در آن جا گرما را پس می دهد و پایین می آید و در حالی که سنگین تر شده است به سمت جاذب برمی گردد تا زمانیکه دمای جاذب بیشتر از دمای منبع باشد این جریان گردشی خود به خود عمل می کند.از آنجایی که اغلب تنظیم محل منبع حرارتی بالای کلکتور امکان پذیر نمی باشد و به منظور گرم کردن تکمیلی معمولا دیگ بخار در زیرزمین قرار می گیرد، با این وجود حداقل در ساختمان های تک واحدی کلا گزینه جایگزین قابل توجهی به حساب می آید.

تأسیسات جریان طبیعی

تأسیسات جریان طبیعی مخصوصا هنگامی انتخاب می شود که سیستم گرمای مرکزی در پشت بام طراحی شود. از آنجائی که دیگ بخار و منبع آب گرم در انبار پشت بام نصب می شوند، مسیر لوله کشی تا کلکتور بسیار کوتاه می گردد.در صورتی که کلکتور در انتهای پایینی پشت بام نصب شود، احتمال دارد که به توان لوله کشی تا منبع آب گرم را با شیب مورد لزوم انجام داد.در این صورت شما یک تأسیسات خورشیدی جمع و جور، و از آن مهم تر با هزینه مناسب خواهید داشت. در ناحیه دریای مدیترانه تأسیسات سیفون حرارتی در بسیاری از موارد به صورت تأسیساتی حمع و جور و کوچک بر روی پشت بام های صافی که آن جا بسیار رایج است یافت می شود.

کلکتور خورشیدی

تأثیر گرمایی اشعه های خورشید را می توان در پدیده های روزمره زیادی مشاهده نمود.هنگامی که در یک روز سرد که پنجره بسته است خورشید مستقیم به خانه می تابد دمای اتاق به طور قابل توجهی افزایش می یابد. به محض این که اتومبیل مدت کمی در آفتاب قرار گیرد دمای داخل آن به طور غیر قابل تحملی بالا می رود، مخصوصا اگر رنگ وسایل داخل اتومبیل تیره باشد. در هر دو مورد فوق اشعه خورشید از میان پنجره نفوذ می کند و با رسیدن به وسایل داخلی تبدیل به گرما می شود و نمی تواند خارج شود.

یک کلکتور خورشید این اثر گلخانه ای را با بازده زیاد مورد استفاده قرار می دهد. یک صفحه مشکی هسته کلکتور خورشیدی تشکیل می دهد که جاذب نور خورشید می باشد و جریان مایع منتقل کننده گرما از میان آن می گذرد. به منظور جلوگیری از اتلاف گرما دور تا دور جاذب نور خورشید عایق بندی می شود: اینکار در سمت جلو به وسیله پوششی شفاف (مثلا شیشه)و در سمت عقب و طرفین به وسیله یک عایق حرارتی مقاوم در مقابل گرما(مثلا پشم شیشه)انجام می گیرد.

اشعه های خورشیدی

اشعه های خورشید پس از داخل شدن از میان پوشش نفوذ می کنند وتوسط جاذب نور خورشید به گرما تبدیل می شوند. مایع منتقل کننده گرما که از میان جاذب عبورمی کند گرما را می گیرد و از مسیر لوله کشی به سمت یک منبع حرارتی منتقل می کند و از طریق یک مبدل حرارتی آب موجود در منبع حرارتی را گرم می کند تا پس از سرد شدن به منظور گرفتن گرما مجددا به سمت جاذب جریان پیدا کند.

بازده یک کلکتور به وسیله منحنی بازدهی بیان می شود که بر مبنای آن می توان دریافت چه نسبتی از انرژی تایید شده خورشید (تابش جهانی)به انرژی گرمایی قابل استفاده تبدیل می گردد. اتلاف انرژی موجود به دو بخش شامل اتلاف تابشی و اتلاف گرمایی تقسیم می شود. اتلاف تابشی شامل جذب اشعه توسط پوشش شفاف و نیز انعکاس آن از روی پوشش جاذب می باشد. اتلاف حرارتی به وسیله انتقال رسانایی حرارت، انتقال و جابه جایی حرارت (همرفت)و تشعشع حرارتی پدید می آید. هر قدر اختلاف دمای جاذب با محیط بیشتر باشد این اتلاف ها یشتر خواهند بود.

انتقال رسانایی حرارت

انتقال رسانایی حرارت عبارت است از جریان گرما در داخل مواد جامد، مایع یا گازی شکل در کلکتور اتلاف حرارت از طریق انتقال رسانایی در عایق بندی به طرف پشت و طرفین می باشد. در صورتی که جاذب و قاب کلکتور دارای عایق بندی حرارتی خوبی باشند، این اتلاف نسبتا ناچیز می باشد.

کلیه اجسام دارای تشعشع حرارتی می باشند. این نوع انتقال نیاز به عامل انقال دهنده ندارد و در فضای خالی از هوا (خلاء)نیزحرکت می کند. در کلکتور تشعشع حرارتی در جاذب و پوشش رخ می دهد. پوشش کلکتور برای تشعشع حرارتی جاذب بسیار غیر قابل نفوذ است. با وجود این بخش از تشعشع جذب پوشش می شود و آن را گرم می کند. سپس پوشش این انرژی را به بیرون پس می دهد.

همرفت(جابه جایی حرارت)به معنی انتقال حرارت از طریق یک عامل متحرک(گاز یا مایع)می باشد. اتلاف حرارت به وسیله جریان هوا بین سطح گرم جاذب و صفحه سرد بخش عظیمی از کل اتلاف حرارتی را تشکیل می دهد. به علاوه باد می تواند اتلاف همرفتی را به طور قابل توجهی افزایش دهد.مهم ترین پارامتر در انتخاب قطعات مختلف کلکتور به حداقل رساندن اتلاف انرژی می باشد.