بیلدینگ پلاس
بیلدینگ پلاس

کلکتور خورشیدی صفحه تخت

کلکتور خورشیدی صفحه تخت رایج ترین و پر استفاده ترین مدل از کلکتورهای خورشیدی است. این مدل از کلکتور های خورشیدی به دلیل نصب آسان و کم هزینه تر نسبت به دیگر مدل های آبگرمکن خورشیدی محبوب تر است. این مقاله ابتدا به بررسی آبگرمکن خورشیدی و سپس به بررسی کلکتور صفحه تخت خورشیدی پرداخته شده است.

کلکتور خورشیدی در پشت بام

معرفی آبگرمکن خورشیدی

در حالی که از اختراع دستگاه های آبگرمکن خورشیدی صد سال می گذرد، بیست سال گذشته در تکنولوژی پوشش جاذب آبگرمکن های خورشیدی به طرز چشم گیری پیشرفت حاصل شده است به طوری که در حال حاضر کلکتورهای گرمایش خورشیدی می توانند بیش از ۵۰ درصد انرژی دریافتی خورشید را ذخیره و به آبگرم منتقل کنند. استفاده از انرژی خورشید می تواند جایگزین مناسبی برای مصرف سوخت های فسیلی در ساختمان ها باشد و یکی از موثرترین راههای کاهش تولید گازهای گلخانه ای به حساب می آید. استفاده از این انرژی پاک به دلیل رایگان بودن آن می تواند در کاهش هزینه های انرژی خانوارها تاثیر بسزایی بگذارد.

در یک آبگرمکن خورشیدی دو قانون کلی بر جذب انرژی خورشید حاکم است. اول اینکه حرارت موجود در هر جسم داغی در نهایت به محیط اطراف آن منتقل می شود. راندمان عملکرد کلکتورهای موجود در گرمایش خورشیدی، وابستگی مستقیمی به میزان حرارتی که از طریق تابشی و همرفت منتقل می کند دارد. در این راستا عایق حرارتی نیز برای جلوگیری از انتقال حرارت از جسم داغ استفاده می شود.

دومین قانون می گوید هرچه اختلاف دمای بین دو جسم بیشتر باشد انتقال حرارت بین آن دو با سرعت بیشتری اتفاق می افتد، در اینجا اختلاف دمای بین سطح کلکتور های آبگرمکن خورشیدی و هوای اطراف آنها مد نظر است همچنین هرچه اختلاف دمای بین سیال داخل آبگرمکن خورشیدی با سطح جاذب کلکتور بیشتر باشد حرارت بیشتری به سیال منتقل می شود.

اجزای داخلی کلکتور خورشیدی صفحه تخت

اجزای کلکتور خورشیدی صفحه تخت

کلکتور خورشیدی صفحه تخت چیست

کلکتور خورشیدی صفحه تخت یک مبدل حرارتی است که تشعشعات خورشید را به کمک اثر گلخانه ای به انرژی گرمایی تبدیل می کند. از این انرژی برای گرم کردن آب گرم مصرفی برای حمام و شست و شو و گرمایش رادیاتور ها و همچنین گرمایش استخر خورشیدی استفاده می شود.

به دلیل هزینه پایین ، طراحی ساده ، نصب آسان کلکتور خورشیدی صفحه تخت نسبت به دیگر شکل های آب گرم خورشیدی ، استفاده از آن در کاربری خانگی و تجاری بسیار رایج است. همچنین کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت ، به نسبت ظرفیت بالایی برای ایجاد آب گرم با دمای مورد نیاز را دارند.

یک کلکتور خورشیدی صفحه تخت عموما شامل یک صفحه جاذب حرارت است که معمولا یک ورقه بزرگ مس و آلومینیوم – که هر دو رسانایی حرارت بالایی دارند – که به رنگ سیاه رنگ آمیزی می شود، تا حداکثر راندمان ممکن برای جذب اشعه خورشید را داشته باشد. این صفحه سیاه رنگ جاذب حرارت دارای چندین لوله مسی است که رایزر نامیده می شود ، این لوله ها حاوی سیالی برای انتقال حرارت ( معمولا آب ) است.

این لوله های مسی به صفحات جاذب لحیم یا جوش داده می شوند تا حداکثر سطح تماس و انتقال حرارت را به وجود آورد. گرمای نور خوشید با برخود به صفحه جاذب باعث افزایش دمای آن می شود. وقتی صفحه گرم تر می شود گرما به لوله های مسی انتقال پیدا می کند و از این طریق آب گرم مصرفی ایجاد می شود. این لوله ها و صفحه جاذب توسط یک جعبه چوبی یا فلزات عایقه همراه پوشش شیشه ای یا پلاستیکی در جلوی صفحه جاذب محصور شده است و یک فاصله هوایی ایجاد می کند. این صفحه شیشه ای انرژی خورشید را به اندازه قابل توجهی جذب نمی کند بنابراین اکثر اشعه های دریافتی توسط صفحه سیاه جاذب ، جذب می شود.

فاصله هوایی بین صفحه و شیشه، گرمای ورودی را به دام می اندازد و از خروج آن به فضای محیط جلوگیری می کند. زمانی که صفحه جاذب گرم می شود، گرما را به درون مایع جمع کننده منتقل می کند اما همچنین مقداری گرما را به محیط اطرافش منتقل می کند. برای کاهش این انرژی تلف شده ، قسمت پایین و اطراف کلکتورها توسط فوم های مقاوم به دماهای بالا یا فویل های آلومینیومی عایق کاری شده است.

کلکتور صفحه تخت می تواند گرما را در زاویه های مختلف و با دریافت مستقیم یا غیر مستقیم آفتاب دریافت کند. کلکتور خورشیدی صفحه تخت بر خلاف پنل های فتوولتائیک ، می تواند در روزهای ابری که آفتاب مستقیم وجود ندارد با جذب گرمای احاطه شده در اطراف کلکتور آب را گرم کند. این که چه مقدار آب گرم می شود بستگی به این دارد که در چه موقعی از سال هستیم و هوا چقدر صاف است و اینکه میزان دبی آب در کلکتور ها چقدر است.

نصب کلکتور های خورشیدی آبگرمکن خورشیدی در پشت بام

کلکتور های خورشیدی

انواع آبگرمکن صفحه تخت خورشیدی از نظر جریان سیستم

چندین روش برای استفاده از آب گرم تولید شده در کلکتور خورشیدی صفحه تخت وجود دارد. سیستم خورشیدی که از کلکتور خورشیدی صفحه تخت استفاده می کند می تواند به صورت مستقیم و غیر مستقیم آب گرم ایجاد شده را در داخل سیستم گرمایش ساختمان استفاده کند. برای استفاده مناسب از یک سیستم گرمایش خورشیدی در طول روز و شب باید از کلکتور خورشیدی برای دریافت گرما و مخزن آب گرم برای ذخیره آب گرم استفاده کنید.

سیسیتم خورشیدی ترموسیفون کلکتور خورشیدی صفحه تخت

کلکتور خورشیدی ترموسیفون مدار باز

آبگرمکن خورشیدی مدار باز

یک آبگرمکن خورشیدی مستقیم که سیستم مدار باز نیز نامیده می شود از یک پمپ سیرکوله برای گردش آب سیستم استفاده می کند. آب سرد به صورت مستقیم به از ورودی آب شهر یا مخزن ورودی آب منزل پمپ می شود تا از کلکتور های خورشیدی عبور می کند و گرم می شود. آب گرم از کلکتور خورشیدی صفحه تخت عبور می کند و به منبع ذخیره آب گرم وارد می شود. آب گرم به داخل خانه پمپ می شود و به عنوان آب گرم مصرفی استفاده می شود.

اگر قصد دارید سیستم خورشیدی خود را سبز تر کنید می توانید از یک پمپ ۱۲ ولتی سیرکوله استفاده کنید و به کمک پنل فتوولتائیک برق آن را تامین کنید. آبگرمکن خورشیدی مدار باز معمولا در نواحی گرمسیر با روزهای سرد کم استفاده می شود و یا در غیر این صورت در زمستان ها آب آن را تخلیه می کنند تا در یخ نزند و به سیستم آسیبی وارد نکند. این مدل از کلکتور های صفحه تخت به طور معمول با یک منبع ذخیره افقی ترکیب می شود و در بعضی از مدل ها، در بالای کلکتور قرار می گیرد.

آبی که توسط خورشید گرم شده به طور طبیعی به منبع ذخیره بالای کلکتور ها وارد می شوند. وقتی آب گرم وارد منبع ذخیره می شود آب سرد جدید وارد کلکتور ها می شود. به این سیستم که آب به طور طبیعی و بدون دخالت نیروی اضافی در سیستم گردش می کند ، جریان ترموسیفون گفته می شود.

سیستم آبگرمکن ترموسیفون رایج ترین مدل آبگرمکن های خورشیدی در بازار است که با سیستم جریان مدار باز به همراه یک مخزن ذخیره در سقف خانه ها مورد استفاده قرار می گیرد.

با این حال به علت وجود تجهیزات ، در زمان طراحی سقف وزن تجهیزات خورشیدی باید مد نظر قرار بگیرد تا استحکام مناسبی برای تحمل آن داشته باشد.

زمانی که سیستم آب گرم خورشیدی را برای چندین خانه به طور همزمان انجام داده شود و یا برای ساختمان های بزرگتر مثل ادارات استفاده شود باید از تعداد بیشتر منبع ذخیره آب گرم استفاده شود.

جریان مدار بسته در کلکتور تخت خورشیدی همراه با مبدل حرارتی

کلکتور خورشیدی صفحه تخت مدار بسته

آبگرمکن خورشیدی مدار بسته

آبگرمکن خورشیدی مدار بسته سیستم گرمایش غیر مستقیم نیز نامیده می شود، تفاوت این سیستم با سیستم مدار باز در وجود مبدل حرارتی است که آب در گردش در کلکتور های خورشیدی را از آب گرم مصرفی موجود در تانک ذخیره جدا می کند. سیستم آب گرم مدار بسته نیاز به پمپ برای ایجاد جریان بین مدار بسته کلکتور تا مبدل حرارتی هستند. در این سیستم محلول ضد یخ وجود دارد. به طور معمول ۵۰ درصد ترکیب گلیکول/آب در مدار بسته تزریق می شود.

مبدل حرارتی گرمای جذب شده در سیال کلکتورها را دریافت کرده و به آب مصرفی مخزن ذخیره آب گرم منتقل می کند. مبدل حرارتی گرمایی از جنس مس و در داخل مخزن ذخیره آب گرم قرار دارد.

از مزیت های گرمایش مدار بسته این است که در تمام فصول سال می توان از آن استفاده کرد و زمانی که دمای هوا به زیر صفر برسد مشکلی از جهت یخ زدگی سیستم وجود نخواهد داشت.

ویژگی اصلی سیستم آب گرم مصرفی مدار بسته این است که زمانی که یک سیستم گرمایش حرارت مرکزی با گاز شهری داشته باشیم می توانیم تنها با یک کلکتور و یک پمپ سیرکولاسیون آن را تبدیل به سیستم خورشیدی بکنیم.

این سیستم راندمان بالاتری دارد و مخزن ذخیره آب گرم مصرفی در هر جایی قابل نصب است و لزومی ندارد که بالاتر از کلکتورها قرار بگیرد. تنها مشکل این سیستم نیاز آن به برق برای پمپ سیرکوله است که کمی به هزینه اجرا اضافه می کند. البته برای این تامین برق این پمپ می توان از پنل خورشیدی فتوولتائیک استفاده کرد.

کلکتور خورشیدی صفحه تخت در پشت بام

کلکتور خورشیدی

محاسبه ابعاد کلکتور خورشیدی صفحه تخت

محاسبه اندازه کلکتور صفحه تخت خورشیدی متناسب با میزان نیاز آب گرم مصرفی است. اگر میزان آب مصرف خانگی و یا حداکثر دمای مورد نیاز کاهش پیدا کند، ابعاد دستگاه ها کاهش پیدا می کند و به سیستم خورشیدی کوچکتری نیاز داریم. همچنین سیستم خورشیدی کوچکتر نصب آسان تر و ارزان تری دار و بازگشت سرمایه در زمان کوتاه تری دارد.

انتخاب آبگرمکن خورشیدی به میزان آب گرم مورد نیاز ، دما و عومل دیگر بستگی دارد که البته به کمک محاسبات سرانگشتی می توان به این محاسبات دست پیدا کرد.

کلکتور خورشیدی صفحه تخت معمولا در اندازه های ۳۲ فوت مربع (۴ در ۸ فوتی) یا ۳ متر مربع و با وزنی بیشتر از ۲۰۰ پوند یا ۱۰۰ کیلوگرم هستند. یک فوت مربع می تواند حدود ۲ گالن یا ۱۰ لیتر آب را در روز به دمای بالای ۷۰ درجه سانتی گراد برساند. بنابراین یک پنل ۲۰ تا ۳۰ متر مربعی می تواند ۶۰ گالن یا ۳۰۰ لیتر آب مخزن ذخیره آب مصرفی را گرم کند.

به طور کلی برای هر شخص نیاز به به ۱۰ تا ۱۶ فوت مربع کلکتور نیاز است و هر فوت مربع کلکتور ۱/۵ تا ۲ گالن آب گرم تولید می کند. بنابراین برای یک خانواده ۴ نفره به ۴۰ تا ۶۰ فوت مربع صفحه کلکتور و به ۶۰ تا ۱۲۰ گالن منبع ذخیره آب نیاز دارد.  بنابراین یک خانواده چهار نفره حداقل به دو عدد صفحه کلکتور ۳۲ فوت مکعبی ( ۴ فوت در ۸ فوتی ) نیاز دارد.

در ویدیوی زیر نحوه عملکرد و نوع کارکرد کلکتور خورشیدی به طور کامل به تصویر کشیده شده است:

برداشته و ترجمه از alternative-energy-ttorials

تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس

“برداشت از مطالب با ذکر منبع و لینک سایت بیلدینگ پلاس کاری حرفه ای و اخلاقی است”

Review: 5 - "کلکتور خورشیدی صفحه تخت" by , written on خرداد ۱۰, ۱۳۹۷

کلکتور خورشیدی صفحه تخت رایج ترین و پر استفاده ترین مدل از کلکتورهای […]

مقالات مرتبط

استفاده از انرژی خورشیدی برای ایجاد سرمایش

سیستم سرمایش خورشیدی ( تهویه مطبوع خورشیدی )

آینده سیستم سرمایش خورشیدی در کشورهای گرمی مانند ایران انکار ناپذیر است. ویژگی جذاب سیستم تهویه مطبوع خ ...

استفاده از انرژی خورشیدی در استخر

استخر خورشیدی

استخر خورشیدی ، سیستمی است که از انرژی خورشید به عنوان یک منبع رایگان استفاده می کنند و گرمای خورشید را ...

دیدگاه ها

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*
*



گرمایش استخر با انرژی خورشیدی