رفتن به بالا

پایگاه خبری تحلیلی صنعت و تاسیسات


  • پنجشنبه ۲ آذر ۱۳۹۶
  • الخميس ۴ ربيع أول ۱۴۳۹
  • 2017 Thursday 23 November

انرژی خورشیدی استخر

انرژی خورشیدی استخر ها (pool solar system) امروزه یکی از پرکاربرد ترین روش های گرم کردن آب استخرهاست.

انرژی خورشیدی استخر (pool solar system) امروزه یکی از پرکاربرد ترین روش های گرم کردن آب استخرهاست.

تشعشع یا تابش خورشید اصطلاحی است که در مورد امواج الکترومغناطیسی ساطع شده از خورشید مورد استفاده قرار می گیرد. انرژی تابشی خورشیدی را می توان به روش های مختلفی به دام انداخته، آن را ذخیره کرده و به شکل های مفید انرژی مانند گرما یا الکتریسیته تبدیل کرد. تبدیل انرژی خورشیدی به گرما یا الکتریسیته با استفاده از فناوری های مختلفی امکان پذیر است. امکان سنجی هر یک از این فناوری ها و روش ها به لحاظ عملی و اقتصادی باید با توجه به عوامل مختلفی انجام گیرد.

در سال های اخیر با نوسانات شدید قیمت سوخت های فسیلی، محدود بودن آن ها و مشکلات زیست محیطی مرتبط با آن به واسطه آلاینده های به جامانده، توجه بسیاری از متخصصان به انرژی های تجدید پذیر معطوف شده است که در راس آن انرژی خورشیدی قرار دارد.

در حال حاضر برای تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته از سیستم های فتوولتاییک و برای تبدیل آن به انرژی گرمایی از سیستم های خورشیدی استفاده می شود.


مبانی اولیه درباره انرژی خورشیدی

اولین مزیت انرژی خورشیدی فراگیر بودن آن ها است. به این معنی که تمام نقاط کره زمین حداقل برای دوره مشخصی از سال هم که شده در معرض تابش خورشید قرار دارند. البته مقدار انرژی تابشی خورشید که به هر نقطه از کره زمین می رسد به عوامل متعددی بستگی دارد. مهم ترین این عوامل را می توان در موارد زیر خلاصه کرد.

  • موقعیت جغرافیایی منطقه
  • دوره زمانی شبانه روز
  • فصل
  • موقعیت محلی
  • شرایط آب و هوایی

به طور کلی مناطقی که در عرض های جغرافیایی میانه زمین واقع شده اند، بیشتر در معرض انرژی تابشی خورشیدی قرار دارند. این ویژگی علاوه بر طولانی بودن روزها در این مناطق با تابش خورشید در راستای قائم نیز در ارتباط است. بخشی از پرتوهای خورشید که مستقیما و بدون انتشار به سطح زمین برخورد می کنند را اصطلاحا پرتوهای تشعشعی مستقیم می گویند. متناسب با شرایط آب و هوایی منطقه ممکن است در صد تشعشع مستقیم به زمین در یک روز صاف و خشک به اندازه ده درصد و در یک روز ابری، مرطوب تا صد در صد کاهش یابد.


سیستم های گرمایش خورشیدی

 در حال حاضر با نوسانات شدید قیمت سوخت های فسیلی، محدود بودن آن ها و ضرورت دستیابی به منابع انرژی های نو، انرژی خورشیدی به کانون توجه محققان و متخصصان تبدیل گشته است. البته هزینه اولیه سیستم های گرمایش خورشیدی نسبت به سیستم های متداول کمی بالاتر است. ولی در یک چشم انداز چندین ساله  می توان دوره بازگشت سرمایه را مورد ارزیابی قرار داد. چرا که انرژی یک منبع بی پایان است که هیچ بهایی ندارد.

اساس کار گرمکن های خورشیدی

عملکرد صفحات خورشیدی به این صورت است که با جذب انرژی گرمایی خورشید آن را به سیالی که در داخل کلکتورها جریان دارد منتقل می کنند. بازدهی سیستم های خورشیدی بیش از آن ها وابسته به چگونگی طراحی سیستم باشد، به بازدهی صفحات خورشیدی جاذب نور بستگی دارد. مسایلی مانند تابش مستقیم خورشید، تعداد ساعاتی که کلکتور در معرض تابش مستقیم خورشید هستند، سرعت و مدت وزش باد، ابری یا صاف بودن آسمان همه از جمله عوامل موثر بر بازده سیستم های خورشیدی به شمار می روند.

انواع متداولی از صفحات با جنس های مختلفی در بازار عرضه می شود که عبارتند از:

  • صفحات پلاستیکی (لعابکاری نشده)
  • صفحات فلزی (لعابکاری شده و لعابکاری نشده)
  • صفحات آلومینیومی نازک و سبک
  • صفحات پلاستیکی که مستقیما با میخ به بام ساختمان متصل می شوند.
  • لوله های خرطومی فلزی یا پلاستیکی انعطاف پذیر که به صورت مارپیچ بر روی بام ساختمان یا کف بتنی آن قرار می گیرند.

کلکتور در واقع همان بخشی از سیستم خورشیدی است که در معرض تابش خورشید قرار دارد و آب با عبور از میان آن گرم می شود. کاری که کلکتور انجام می دهد آن است که انرژی خورشیدی را با استفاده از صفحات جاذب خورشیدی دریافت می کند و آن را به لوله های حامل سیال عامل که از میان صفحات جاذب خورشیدی عبور می کنند انتقال می دهد. به این ترتیب سیال عاملی که در لوله های کلکتور در گردش است گرم می شود.

انرژی خورشیدی استخر

به طور کلی کلکتورها از مواد مختلفی ساخته می شود، نوع کلکتوری که برای هر کاربرد مناسب است به شرایط پروژه و چگونگی استفاده از آن بستگی دارد. برای مثال اگر قرار باشد صرفا در شرایط آب و هوایی که دما بالاتر از نقطه انجماد است از استخر استفاده می شود، استفاده از کلکتورهای بدون لعاب کاری نیز کافی است. کلکتورهای بدون لعاب کاری معمولا به دلیل ساختار ساده تر و ارزان تر اجزای جانبی آن ها قیمت پایین تری نسبت به کلکتورهای لعاب کاری شده دارند.

این کلکتورها همچنین برای استخرهای سرپوشیده که در فصل زمستان دایر هستند نیز قابل استفاده می باشند. حتی در مواردی که استخر در فصل سرما تعطیل می شود، به کارگیری این کلکتورها نسبت به کلکتورهای لعاب کاری شده صرفه اقتصادی بیشتری را به همراه دارند. کلکتورهای بدون لعاب کاری معمولا از جنس پلاستیک های مقاوم یا مواد پلیمری و به همراه مواد بازدارنده اشعه فرابنفش ساخته می شود.

کلکتورهای لعاب کاری شده معمولا از لوله های مسی بر روی یک صفحه آلومینیومی ساخته می شوند و روی آن ها نیز یک لایه شیشه ای که تحت عملیات حرارتی قرار گرفته است پوشانده می شود. مزیت این کلکتورها آن است که در شرایط آب و هوایی سردتر انرژی خورشید را بهتر از کلکتورهای بدون لعاب به خود جذب می کنند. لذا این کلکتورها برای کاربرد دایمی در سرتاسر سال مناسب هستند. اگر دما زیر نقطه انجماد باشد، استفاده از ضد یخ به همراه هر دو کلکتور یاد شده ضروری است.

در سیستم های گرمایش خورشیدی برای انتقال انرژی گرمایی خورشید که توسط کلکتورها جذب می شود، از یک مبدل حرارتی استفاده می شود.

انرژی خورشیدی استخر

البته کلکتورهای خورشیدی به منظور جلوگیری از منجمد شدن آب سیستم و صدمه دیدن قسمت های مختلف آن به یک سیستم بازگشت آب نیز تجهیز می شوند. به طور کلی مجموعه سیستم همواره تحت فشار است. کلکتورهای خورشیدی در زاویه ای قرار می گیرند که در هنگام خاموش شدن سیستم، جریان آب امکان جریان یافتن آب به سمت پایین را ایجاد می کنند. از این رو در این سیستم ها باید تمهیدات خاصی برای هواگیری سیستم در نظر گرفته شود.

نکته مهمی که در مورد گرمکن های خورشیدی استخرها باید در نظر داشت آن است که بر خلاف سایر کاربردها در استخرها این گرمکن نیازی به مخزن ذخیره مجزا ندارد. چرا که کاسه استخر خود همانند یک مخزن آب گرم عمل می کند. همچنین متناسب با نیاز مجموعه می توان کنترل کننده های خودکاری را در سیستم لوله کشی تعبیه کرد که در صورت لزوم آب استخر را به صورت خودکار به کلکتورهای خورشیدی هدایت کنند.

آبی که از طریق گرمکن های خورشیدی گرم می شود، با هر بار گردش در کلکتورها تقریبا به اندازه ۲C گرم تر می شود. لذا با تکرار این فرایند برای چندمین بار آب استخر به تدریج گرم تر می شود تا به دمای مطلوب برسد. با استفاده از گرمکن های خورشیدی معمولا می توان آب استخر را به اندازه ۵٫۶-۸٫۳ C گرم کرد. اما این سیستم در روزهای ابری و بارانی عملا پاسخگو نخواهد بود.

با بکارگیری سیستم های گرمایش خورشیدی می توان با کمترین استفاده از سوخت های فسیلی و سایر منابع انرژی مانند انرژی الکتریکی، ظرفیت مورد نیاز برای گرمایش آب استخر را تامین کرد. البته گاهی اوقات برای دستیابی به شرایط کارکرد بهینه استخر لازم می شود در کنار سیستم خورشیدی از سیستم های گرمایشی سنتی نیز استفاده شود که در چنین مواقعی سیستم های سنتی معمولا به عنوان پشتیبان در هنگامی که امکان بهره برداری از انرژی خورشیدی وجود ندارد مورد استفاده قرار می گیرد.

اساس کار در این روش به این صورت است که وقتی تابش خورشید برای گرم کردن آب استخر کافی است از صفحات خورشیدی برای گرم کردن آب استخر استفاده می شود و هنگامی که انرژی تابش کافی برای گرم کردن آب استخر در دسترس نیست، ظرفیت مورد نیاز با استفاده از گرمکن معمولی تامین می شود. در این سیستم ها، آب پیش از ورود به گرمکن از صفحات خورشیدی عبور می کند و به این صورت بخشی از انرژی گرمایی مورد نیاز توسط گرمکن ها به آب افزوده می شود.

حسگرهایی که در این سیستم نصب می شود گرم یا سرد بودن صفحات خورشیدی را احساس می کنند و در صورتی که صفحات خورشیدی به هر دلیلی سرد باشد شیر برقی تعبیه شده در مسیر فعال شده و جریان آب را بدون گذر از صفحات خورشیدی به گرمکن هدایت می کند. گرمکن های خورشیدی معمولا مجهز به تایمر یا ترموستات های قابل برنامه ریزی هستند. به طوری که با تنظیم آن ها می توان مقدار گرمای مورد نیاز در طول سال را تامین کرد.

به عنوان یک قاعده سرانگشتی مساحت صفحات خورشیدی مورد نیاز برای تامین انرژی گرمایی استخرها را با نسبت یک به یک تقریب می زنند. به این معنی که به ازای هر مترمربع از مساحت کاسه استخر، یک متر مربع صفحه خورشیدی برای تامین انرژی گرمایی مورد نیز آن باید استفاده شود. در نهایت این مساله به جایی منتهی می شود که گاهی کل بام ساختمان را با صفحات خورشیدی می پوشانند.

از دیگر چالش های پیش روی تیم اجرایی انرژی خورشیدی استخر آن است که این صفحات دایما در معرض باد، باران، گرد و غبار و تابش مستقیم خورشید قرار دارند که همین مساله می تواند موجب آسیب دیدن آن ها شود. نصب صفحات خورشیدی نیز متناسب با وضعیت طراحی بام ساختمان و شیب آن می تواند متفاوت باشد.

ضمن آن که گرم کردن آب استخر با استفاده از گرمکن های خورشیدی، نسبت به گرمکن های گازسوز، گرمکن های با سوخت مایع و گرمکن های الکتریکی در دوره زمانی طولانی تری امکان پذیر خواهد بود.


 منابع و پیوندها
گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

اخبار مرتبط

نظرات

مصاحبه های اختصاصی ویکی پی جی