سخان شمسي: الفرق بين النسختين

هناك اقتراح لدمج هذه المقالة مع مقالة أخرى، شارك في صفحة النقاش إذا كان لديك ملاحظات.
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
تصفح التاريخ تفاعلياً
[مراجعة غير مفحوصة][نسخة منشورة]
→ التعديل السابقالتعديل اللاحق ←
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
مرئينص الويكي
JarBot (نقاش | مساهمات)
17٬592٬533 edits
وسم: مُسترجَع
JarBot (نقاش | مساهمات)
17٬592٬533 edits
سطر 1: سطر 1:
{{دمج|سخان شمسي}}[[File:ThermodynamicPanelsInstalled.jpg|thumb|نظام لتسخين المياه بالطاقة الشمسية فوق منزل ببلجيكا]]
{{لا مصدر|تاريخ=ديسمبر 2018}}
'''تسخين المياه بالطاقة الشمسية''' هو تحويل ضوء [[الشمس]] إلى حرارة لتسخين المياه باستخدام مجمع حرارة شمسية. هناك العديد من الابتكارات بتكلفات متعددة لتوفير الحلول في جميع أنواع [[مناخ|المناخ]]. يُستخدم تسخين المياه بالطاقة الشمسية بصورة واسعة في بعض البيوت السكنية وفي بعض التطبيقات الصناعية. <ref name="C. Marken 2009">{{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف=C. Marken |سنة=2009|عنوان= Solar collectors: Behind the glass|صحيفة=HomePower|المجلد=133|صفحات=70–76|مسار= https://www.homepower.com/articles/solar-collectors-behind-glass|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20130128023233/http://www.homepower.com:80/articles/solar-collectors-behind-glass|تاريخ أرشيف=2013-01-28}}</ref>
[[ملف:Laundromat-SolarCell.png|تصغير|300بك|يسار|مغسلة ثياب في ولاية كاليفورنيا الأمريكية مع نظام تسخين مياه شمسي موضوع على سطح المبنى]]
'''السخانات الشمسية''' (المعروف أيضا باسم ألواح شمسيه) هو وسيلة لتحويل أشعة الشمس إلى حرارة وتخزينها لاستخدامها فيما بعد.
الألواح الشمسية تختلف كلياً عن [[لوح ضوئي|الألواح الضوئية]] التي تستخدم من أجل إنتاج الكهرباء.


المجمع المواجه للشمس يقوم بتسخين [[مائع تشغيل|مائع التشغيل]] والذي يمر إلى نظام تخزين للاستخدام في وقت لاحق. قد يكون تسخين المياه [[طاقة شمسية|بالطاقة الشمسية]] نشطا أو سلبيا وقد يستخدم المياه فقط أو المياه ومائع التشغيل. وقد يتم تسخين المياه بشكل مباشر أو عن طريق مرايا مركزة للضوء. في الأحجام الكبيرة يمكن أن تركز المرايا ضوء الشمس على مجمّع صغير.
ويوجد انواع مختلفه من السخانات الشمسية تختلف في تكنولوجيا التصنيع ومنها


يحتكر التسخين بالطاقة الشمسية عالميا [[الصين]] و[[أوروبا]] و[[اليابان]] و[[الهند]] على الرغم من أن [[إسرائيل]] كانت من أول الدول لاستخدام تسخين المياه بالطاقة الشمسية في عام 1980 والذي أدى إلى ازدهار الصناعة. <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Li|الأول=Wei|الأخير2=Rubin|الأول2=Tzameret H.|الأخير3=Onyina|الأول3=Paul A.|تاريخ=2013-05-01|عنوان=Comparing Solar Water Heater Popularization Policies in China, Israel and Australia: The Roles of Governments in Adopting Green Innovations|مسار= https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/sd.1547|صحيفة=Sustainable Development|لغة=en|المجلد=21|العدد=3|صفحات=160–170|doi=10.1002/sd.1547|issn=1099-1719|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20171201195009/http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sd.1547/abstract|تاريخ أرشيف=2017-12-01}}</ref>
1_السخان الشمسي الفاكيوم تيوب
2_السخان الشمسي المسطح فلات بليت


== الاستعمال ==
== التاريخ ==
[[File:The Electrical Experimenter, Volume 3.pdf|thumb|page=643|100px|نظام [[فرانك شومان]] في المعادي بمصر ]]
استعمال [[الطاقة الشمسية]] لتسخين المياه يتم من خلال مجمعات لأشعة الشمس وتحويلها لطاقة حرارية لتدفئة المنازل أو تسخين المياه أو توليد الكهرباء بالبخار أو تجفيف المحاصيل أو للطبخ.وحاليا تسخين المياه عن طريق أشعة الشمس بات شائعا في كثير من المدارس والمطاعم والبيوت والمستشفيات. سواء استعمالها في التدفئة أو تسخين المياه.كما تستخدم في الصوبات بالمزارع علي نطاق واسع.
يعود تاريخ المجمعات الشمسية في [[الولايات المتحدة]] إلى قبل عام 1900 <ref name="CSC">[http://californiasolarcenter.org/history-solarthermal/ Solar Evolution – The History of Solar Energy], John Perlin, California Solar Center {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20150313050916/http://www.californiasolarcenter.org/history_solarthermal.html |date=13 مارس 2015}}</ref> والمتمثل في خزان مدهون بالأسود وموضوع فوق الأسطح. قام [[فرانك شومان]] ببناء أول محطة طاقة حرارية شمسية في العالم في [[حي المعادي|المعادي]] [[مصر|بمصر]] لتوفير الطاقة إلى محرك بقوة 60-70 حصان والذي قام بضخ 6000 جالونا من المياه في الدقيقة من [[نهر النيل]] إلى حقول القطن المجاورة.
ويمكن صناعة السخانات الشمسية في عدة أحجام لتلبية الاحتياجات من الطاقة الشمسية حسب درجات الحرارة المطلوبة للمياه
يتم استخدام الطاقة الشمسية في التسخين حاليا في [[النمسا]] و[[كندا]] و[[الصين]] و[[ألمانيا]] و[[الهند]] و[[إسرائيل]] و[[اليابان]] و[[البرتغال]] و[[رومانيا]] و[[إسبانيا]] و[[المملكة المتحدة]] و[[الولايات المتحدة]].
سواء أكانت دافئة (أقل من 50 درجة مئوية) لحمامات السباحة أو ساخنة (من 60 –80 درجة مئوية) للاستعمال المنزلي أو مغلية للحصول علي بخار لتوليد الكهرباء.وهذا يعتمد علي قدرة السخان الشمسي وتصميمه. وأبسط هذه السخانات السخان الشمسي المسطح flat-plate solar heater (collector)وهو عبارة عن صندوق معزول معدني له غطاء من الزجاج العادي أو البلاستيك الشفاف وبداخله لوح ماص للحرارة ملون وغامق. وغالبا باللون الأسود ،لامتصاص حرارة أشعة الشمس.وبداخله سربنتينة(أنابيب) يمر بها الماء لتسخينه، أو الهواء المراد تسخينه للتدفئة. واللوح الماص من معدن نحاس أو ألمونيوم أو من سبيكة منهما. لأنهما لهما قدرة كبيرة علي توصيل الحرارة وبسرعة وكفاءة عالية. والنحاس مقاوم للتآكل رغم أنه أكثر تكلفة. والصندوق معزول لمنع تسرب الحرارة منه.والماء الساخن يخزن في خزانات عازلة للحرارة بداخلها. وقد يكون من الزجاج أو الفيبر جلاس للاحتفاظ بحرارة الماء ولاسيما للاستعمال أثناء الليل.


=== حوض المتوسط ===
وبالنسبة لسخانات الهواء الشمسية Solar air heatersالتي تستخدم لتجفيف المحاصيل الزراعية وتدفئة المنازل بالهواء الساخن ،فهي أقل تكلفة وأسهل في التشغيل ،وأقل حرارة من السخانات الشمسية التي تسخن الماء.فاللوح الماص للحرارة والمسطح بالسخان الشمسي, سواء أكان لوحا معدنيا أوغير معدني، يمر [[الهواء]] به بالحمل أو بواسطة مروحة تدفعه وتدوره به لتسخينه. رغم أنه أقل توصيلا للحرارة من [[الماء]].
[[إسرائيل]] و[[قبرص]] و[[اليونان]] هي الدول الرائدة في استخدام أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية لتوفير الطاقة إلى 30-40% من البيوت. <ref name="Environment California SWH">{{استشهاد ويب|مؤلف1=Del Chiaro, Bernadette |مؤلف2=Telleen-Lawton, Timothy |lastauthoramp=yes |تاريخ=April 2007 |عنوان=Solar Water Heating (How California Can Reduce Its Dependence on Natural Gas) |ناشر=Environment California Research and Policy Center |مسار=https://environmentcalifornia.org/uploads/at/56/at563bKwmfrtJI6fKl9U_w/Solar-Water-Heating.pdf |تاريخ الوصول=29 September 2007 |تنسيق=PDF |وصلة مكسورة=unfit |مسار أرشيف=https://web.archive.org/web/20071021142503/https://www.environmentcalifornia.org/uploads/at/56/at563bKwmfrtJI6fKl9U_w/Solar-Water-Heating.pdf |تاريخ أرشيف=October 21, 2007 }}</ref>


[[File:Solarboiler.jpg|thumb|150px|أحد أنظمة تسخين المياه الشمسية فوق أحد الأسطح بإسرائيل]]
والسخان الهوائي أقل عطبا ويعمل لسنوات طويلة.لكن استعمالاته ما زالت متدنية في الدول النامية.ويمكن تشغيله بإمرار الهواء لتسخينه تحت اللوح الماص للحرارة أو خلاله أو فوقه.وقد ترتفع درجة الحرارة ما بين 20 – 50 درجة مئوية حسب طريقة العزل بالسخان, ومعدل مرور الهواء به وتراكم الأتربة عليه التي تقلل من امتصاصه للحرارة.وأحسن ناقل للحرارة تكون المادة الماصة من المعدن المخرم. فالمراوح تشفط الهواء وتدفعه بالثقوب بالمعدن بعد تسخينه بالشمس. وهذه السخانات مختلفة الأحجام. وقد تتوقف عن التسخين حسب سوء الأحوال الشمسية وغياب الشمس المشرقة.
تُستخدم أنظمة التسخين المسطحة على نطاق واسع في إسرائيل. في الخمسينات حدث نقص في الوقود مما دفع الحكومة إلى منع تسخين المياه بين العاشرة مساء والسادسة صباحا. بنى ليفي يسار أول مسخن مياه شمسي إسرائيلي وفي عام 1953 أطلقت شركة نيريا أول مصنع إسرائيلي لتسخين المياه بالطاقة الشمسية. <ref name="Bach">{{استشهاد بكتاب|مؤلف=John Christopher Bacher|عنوان=Petrotyranny|مسار=https://archive.org/details/petrotyranny0000bach/page/70|سنة=2000|ناشر=Dundurn|isbn=978-0-88866-956-8|صفحة=[https://archive.org/details/petrotyranny0000bach/page/70 70]| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20191215192830/https://archive.org/details/petrotyranny0000bach/page/70 | تاريخ أرشيف = 15 ديسمبر 2019 }}</ref> وبحلول عام 1967 كان يستخدم مسخنات المياه الشمسية 20% من السكان. <ref>{{استشهاد ويب|مؤلف=Minicy Catom Software Engineering Ltd. www.catom.com |مسار=https://www.neaman.org.il/neaman/publications/publication_item.asp?fid=590&parent_fid=490&iid=3639 |عنوان=The Samuel Neaman Institute for Advanced Studies in Science and Technology – Publications – Solar energy for the production of heat Summary and recommendations of the 4th assembly of the energy forum at SNI |ناشر=Neaman.org.il |تاريخ= |تاريخ الوصول=2012-06-23 |وصلة مكسورة=yes |مسار أرشيف=https://web.archive.org/web/20120209044245/http://www.neaman.org.il/neaman/publications/publication_item.asp?fid=590&parent_fid=490&iid=3639 |تاريخ أرشيف=February 9, 2012 }}</ref> وبعد أزمة الطاقة في السبعينات اضطرت إسرائيل إلى إضافة مسخنات المياه الشمسية في كل البيوت الجديدة. وكنتيجة لذلك أصبحت إسرائيل دولة رائدة عالميا في استخدام الطاقة الشمسية بحوالي 85% من البيوت تستخدم الطاقة الشمسية والذي يوفر على الدولة حوالي مليوني برميل من البترول كل عام. <ref>{{استشهاد ويب|مسار=http://climate.org/topics/international-action/israel-solar.html#i |عنوان=Israel's Solar Industry: Reclaiming a Legacy of Success |ناشر=Climate.org |تاريخ= |تاريخ الوصول=10 February 2012| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20160407154000/http://www.climate.org/topics/international-action/israel-solar.html | تاريخ أرشيف = 7 أبريل 2016 | وصلة مكسورة = yes }}</ref>


=== آسيا ===
وهناك نوع ثالث من السخانات الشمسية يطلق عليه سخان (مجمع)الأنبوب المفرغ Evacuated-tube heater (collector) لتسخين الماء بدرجة عالية حيث تدخل [[الشمس]] من خلال السطح الزجاجي لتقع علي أنابيب زجاجية شفافة مفرغة من الهواء ومغلقة ومتوازية وبداخلها أنابيب ماصة للحرارة تمر بها المياه لتسخن بالتلامس. وتخزن المياه في خزان.والأنابيب المفرغة حول الأنابيب الماصة للحرارة لا تفقد الحرارة، لأن الفراغ لايوصل الحرارة ولا يفقدها لعدم وجود هواء يوصل الحرارة أو يحملها بالحمل أو يدور بداخلها فيفقدها.وهناك أنابيب مفرغة وبداخلها أنابيب المياه المراد تسخينها, يسع الأنبوب 19 لتر ماء. مما يجعلها لاتحتاج لخزانات بجوارها لتخزين المياه الساخنة.ويمكن وضع الجهاز مائلا رأسيا أو أفقيا.
بعد عام 1960 انتشرت هذه الأنظمة في [[اليابان]]. <ref name="CSC" />


يوجد في [[أستراليا]] العديد من التشريعات الخاصة بالدولة أو الخاصة بالولاية بخصوص استخدام الطاقة الشمسية والتي بدأت في عام 1997. <ref>{{استشهاد ويب|مسار=http://www.docstoc.com/docs/26723075/5-Star-Housing-%E2%80%93-Performance-Based-Building-Regulation-Delivers|عنوان=5 Star Housing – Performance Based Building Regulation Delivers|تاريخ=|ناشر=Docstoc.com|تاريخ الوصول=10 February 2012| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20160407154040/http://www.docstoc.com/docs/26723075/5-Star-Housing-–-Performance-Based-Building-Regulation-Delivers | تاريخ أرشيف = 7 أبريل 2016 }}</ref><ref>{{استشهاد ويب|مسار=http://www.environment.gov.au/sustainability/energyefficiency/buildings/homes/index.html|عنوان=Buildings – Think Change|تاريخ=1 November 2010|ناشر=Environment.gov.au|تاريخ الوصول=10 February 2012|وصلة مكسورة=yes|مسار أرشيف=https://web.archive.org/web/20100507211551/http://www.environment.gov.au/sustainability/energyefficiency/buildings/homes/index.html|تاريخ أرشيف=May 7, 2010}}</ref><ref>Israel del Mundo and Ian Wills (2005) [https://web.archive.org/web/20080722132746/http://www.aares.info/files/2005_delmundo.pdf The Economics of the Mandatory Renewable Energy Target (MRET)], Department of Economics Monash University, Australia. {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20200829083057/https://web.archive.org/web/20080722132746/http://www.aares.info/files/2005_delmundo.pdf |date=29 أغسطس 2020}}</ref>
وتوجد السخانات المركزة Concentrating Collectorsالتي تستخدم المرايا اللامة (المقعرة) لتعكس الأشعة المركزة للشمس فوق اللوح الماص لتقع في بؤرة تجميع لأشعة الشمس فوق المستقبل بحيث يمر به الماء المراد تسخينه. وهذه السخانات تعطي درجات حرارة للماء أعلي بكثير من السخانات الشمسية العادية. وتدور مع اتجاه الشمس. وهذا النوع يعطي ماء مغليا أو يستخدم في تقطير وتعذيب المياه المالحة بإلحاق جهاز تكثيف به للحصول علي [[الماء المقطر]].ويمكن استخدام هذه الوسيلة لطبخ الطعام في قدور سوداء يطلق عليها الفرن الشمسي SOLAR COOKERS حيث تسلط عليها هذه المرايا اللامة لتتركز أشعة الشمس فوق جدران هذه القدور.وقد تصل درجة الحرارة 200درجة مئوية.وهذه الوسيلة يمكن من خلالها قتل البكتريا وتعقيم المياه، وهي غير مكلفة لو صممت هذه المجمعات الشمسية مع بناء المبني.وحجم جهاز تجميع الطاقة يعتمد علي الاستعمال والحاجة اليومية.فالشخص يمكنه استهلاك 50 لتر يوميا من الماء الساخن في درجة من 55 – 60 درجة مئوية.


أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية منتشرة في [[الصين]] حيث تتوافر النماذج المحلية بتكلفة حوالي 1500 يوان (235 دولار أمريكي) بتكلفة تقريبا 80% أقل من الدول الغربية لنفس الحجم. ويوجد على الأقل 30 مليون بيتا في الصين يحتوي على نظام لتسخين المياه بالطاقة الشمسية. <ref>[https://www.planetark.org/dailynewsstory.cfm?newsid=36636 Energy-Hungry China Warms to Solar Water Heaters] discusses [[China Himin Solar Energy Group]] in [[دتشو]]. Reuters article, posted on [[Planet Ark]] site {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160106221026/http://www.planetark.org/dailynewsstory.cfm?newsid=36636 |date=06 يناير 2016}}</ref>
وكل خزانات المياه الساخنة معزولة حراريا وبها توصيلة لدخول الماء البارد لها صمام (محبس سكس بلف) يجعل الماء يتجه في اتجاه واحد ولايرتد أو يفرغ الخزان. وتوصيلة لخروج الماء الساخن، وتوصيلتان لأنابيب التدوير. ويمكن تثبيت الخزان فوق حامل. ويقدر حجمه 80 لتر لكل شخص، ليستهلك 50 لتر ماء ساخن يوميا.
وهناك تقنية تعذيب وتقطير مياه البرك والمحيطات عن طريق استخدام الطاقة الشمسية المتجددة ولاسيما في المناطق التي تغمرها أشعة الشمس المتدفقة. وهذه التقنية عبارة عن إنشاء خزانات كبيرة من الطوب أو الأسمنت أو البلاستيك أو الآجر، ومحكمة للمياه المراد تقطيرها.وتغطي بغطاء زجاجي أو بلاستيكي شفاف ومائل. وقعر الخزان مبطن بمادة سوداء ليمتص حرارة الشمس التي تبخر [[الماء المقطر]] ليتكثف تحت الغطاء المائل بفعل الهواء الخارجي وليتجمع في جوانب الغطاء وينساب في أنابيب أسفله ليعطينا [[الماء المقطر]] الذي يتجمع في خزانات خاصة معزولة عن الحرارة حتي لايتبخر الماء ثانية.وهذه الطريقة غير مكلفة ولاتحتاج لصيانة الأجهزة. وتعمل بانتظام طالما أشعة الشمس موجودة.والمياه الناتجة لها جودة عالية وبها هواء ولا يوجد بها معادن. لهذا طعمها قد يكون غريبا بعض الشيء أثناء الشرب، لكنها خالية من البكتريا والطفيليات والملوثات تقريبا.وهذه المياه تقلل انتشار العدوي بالأمراض المعدية ولا سيما في البلدان التي تسبب مياه الشرب العدوي بها, كعدوي الكوليرا والتيفويد.


⚫
==انظر أيضاً==
⚫
* [[لوح ضوئي]]



== مصادر و مراجع ==
=== أمريكا اللاتينية ===
* T. Agami Reddy: ''The design and sizing of active solar thermal systems.'' Clarendon Press, Oxford 1987, ISBN 0-19-859016-4
طورت [[كولومبيا]] صناعة محلية لتسخين المياه عن طريق الطاقة الشمسية نظرا لجهود وتصميمات لاس جافيوتاس. وسعيا إلى تخفيض التكلفة في البيوت المحلية قام الفريق بدراسة أفضل الأنظمة من إسرائيل وقام ببعض التعديلات لتناسب الصناعة المحلية بحيث تكون في مدن مثل باجوتا والتي تسطع عليها الشمس أكثر من 200 يوم سنويا. حقق النظام نجاحا باهرا لدرجة أن لاس جافيوتا قدم ضمانا 25 عاما عند التقديم في عام 1984. تم تقديم أكثر من 40000 نظاما وما زالوا يعملون حتى الآن بعد ربع قرن.
* Richard H. Montgomery, Jonathan L. Livingston: ''The solar water heater handbook: a guide to residential solar water heaters.'' Wiley, New York 1986, ISBN 0-471-86278-9

* G. N. Tiwari, Sangeeta Suneja: ''Solar thermal engineering systems.'' Narosa Publ. House, London 1997, ISBN 81-7319-160-3
== متطلبات التصميم ==
* Ronald E. West:''Economic analysis of solar thermal energy systems.'' MIT Press, Cambridge, Mass. 1988, ISBN 0-262-23140-9
يتم تحديد نوع وتعقيد وحجم نظام تسخين المياه الشمسي عن طريق:
{{شريط بوابات|طاقة}}
* درجة الحرارة وكمية المياه المطلوبة من النظام.
* التغيرات في درجات الحرارة المحيطة والإشعاع الشمسي بين الصيف والشتاء.
* التغيرات في درجة حرارة الغرفة خلال دورة الليل والنهار.
* إمكانية التسخين الزائد أو التجميد للمياه الصالحة للشرب أو مائع التجميع
يتم تحديد الحد الأدنى للنظام عن طريق كمية الحرارة أو المياه الساخنة المطلوبة أثناء الشتاء عندما يكون إخراج النظام وحرارة المياه الخارجة أقل ما يمكن. ويتم تحديد الحد الأقصى للنظام عن طريق الحاجة لمنع المياه من كونها ساخنة عن اللازم أو أن تتبخر.

=== الحماية من التجمد ===
تمنع طرق الحماية من [[تجمد|التجمد]] حدوث الضرر للنظام بسبب تمدد السوائل المتجمدة. حيث تقوم أنظمة التصريف بصرف السوائل من النظام عندما تتوقف المضخة. كما تستخدم العديد من الأنظمة الغير مباشرة موانع التجمد (مثل البروبيلين جلايكول) في سائل نقل الحرارة.

=== الحماية من التسخين الزائد ===
عندما يتوقف استخدام المياه الساخنة ليوم أو اثنين يمكن أن يصل السائل داخل المجمعات والخزانات إلى حرارة عالية في كل الأنظمة بدون أنظمة للتصريف. عندما يصل الخزان في انظمة التصريف إلى الحرارة المطلوبة تتوقف المضخة لتتوقف عملية التسخين وبالتالي تمنع التسخين الزائد للخزان.

== تصميم النظام ==
تشتمل نماذج التصميم على صندوق معزول ومغطى بالزجاج من الأعلى مع مجمع شمسي مسطح مصنوع من المعدن ومتصل بأنانبيب مبدلة للحرارة من النحاس وغامقة اللون أو عدد من الأنابيب المعدنية المحاطة بأسطوانة زجاجية مفرغة من الهواء. في الحالات الصناعية يمكن استخدام مرآة مركزة لتركيز ضوء الشمس على الأنبوبة. يتم تخزين الحرارة في خزان لتخزين المياه الساخنة. يجب أن يكون حجم هذا الخزان أكبر في أنظمة التسخين الشمسي ليقوم بتعويض الطقس السئ.

== المراجع ==
{{مراجع}}

⚫
== انظر أيضا ==
* [[طاقة شمسية|الطاقة الشمسية]]
⚫
* [[لوح ضوئي]]
*[[محطة نورا للطاقة الشمسية]]
*[[مشروع موجاف للطاقة]]
{{طاقة شمسية}}
{{ضبط استنادي}}
{{شريط بوابات|إسرائيل|طاقة|هندسة تطبيقية|ماء|علم البيئة|تنمية مستدامة|طاقة متجددة}}
{{تصنيف كومنز|Solar water heating}}
{{تصنيف كومنز|Solar water heating}}
[[تصنيف:تصميم بيئي]]
[[تصنيف:أبنية مستدامة]]
[[تصنيف:خلايا كهروضوئية]]
[[تصنيف:تدفئة وتكييف]]
[[تصنيف:سخانات]]
[[تصنيف:طاقة بديلة]]
[[تصنيف:طاقة]]
[[تصنيف:طاقة شمسية حرارية]]
[[تصنيف:طاقة متجددة]]

نسخة 19:48، 3 مارس 2021

نظام لتسخين المياه بالطاقة الشمسية فوق منزل ببلجيكا

تسخين المياه بالطاقة الشمسية هو تحويل ضوء الشمس إلى حرارة لتسخين المياه باستخدام مجمع حرارة شمسية. هناك العديد من الابتكارات بتكلفات متعددة لتوفير الحلول في جميع أنواع المناخ. يُستخدم تسخين المياه بالطاقة الشمسية بصورة واسعة في بعض البيوت السكنية وفي بعض التطبيقات الصناعية. [1]

المجمع المواجه للشمس يقوم بتسخين مائع التشغيل والذي يمر إلى نظام تخزين للاستخدام في وقت لاحق. قد يكون تسخين المياه بالطاقة الشمسية نشطا أو سلبيا وقد يستخدم المياه فقط أو المياه ومائع التشغيل. وقد يتم تسخين المياه بشكل مباشر أو عن طريق مرايا مركزة للضوء. في الأحجام الكبيرة يمكن أن تركز المرايا ضوء الشمس على مجمّع صغير.

يحتكر التسخين بالطاقة الشمسية عالميا الصين وأوروبا واليابان والهند على الرغم من أن إسرائيل كانت من أول الدول لاستخدام تسخين المياه بالطاقة الشمسية في عام 1980 والذي أدى إلى ازدهار الصناعة. [2]

التاريخ

نظام فرانك شومان في المعادي بمصر

يعود تاريخ المجمعات الشمسية في الولايات المتحدة إلى قبل عام 1900 [3] والمتمثل في خزان مدهون بالأسود وموضوع فوق الأسطح. قام فرانك شومان ببناء أول محطة طاقة حرارية شمسية في العالم في المعادي بمصر لتوفير الطاقة إلى محرك بقوة 60-70 حصان والذي قام بضخ 6000 جالونا من المياه في الدقيقة من نهر النيل إلى حقول القطن المجاورة. يتم استخدام الطاقة الشمسية في التسخين حاليا في النمسا وكندا والصين وألمانيا والهند وإسرائيل واليابان والبرتغال ورومانيا وإسبانيا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة.

حوض المتوسط

إسرائيل وقبرص واليونان هي الدول الرائدة في استخدام أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية لتوفير الطاقة إلى 30-40% من البيوت. [4]

أحد أنظمة تسخين المياه الشمسية فوق أحد الأسطح بإسرائيل

تُستخدم أنظمة التسخين المسطحة على نطاق واسع في إسرائيل. في الخمسينات حدث نقص في الوقود مما دفع الحكومة إلى منع تسخين المياه بين العاشرة مساء والسادسة صباحا. بنى ليفي يسار أول مسخن مياه شمسي إسرائيلي وفي عام 1953 أطلقت شركة نيريا أول مصنع إسرائيلي لتسخين المياه بالطاقة الشمسية. [5] وبحلول عام 1967 كان يستخدم مسخنات المياه الشمسية 20% من السكان. [6] وبعد أزمة الطاقة في السبعينات اضطرت إسرائيل إلى إضافة مسخنات المياه الشمسية في كل البيوت الجديدة. وكنتيجة لذلك أصبحت إسرائيل دولة رائدة عالميا في استخدام الطاقة الشمسية بحوالي 85% من البيوت تستخدم الطاقة الشمسية والذي يوفر على الدولة حوالي مليوني برميل من البترول كل عام. [7]

آسيا

بعد عام 1960 انتشرت هذه الأنظمة في اليابان. [3]

يوجد في أستراليا العديد من التشريعات الخاصة بالدولة أو الخاصة بالولاية بخصوص استخدام الطاقة الشمسية والتي بدأت في عام 1997. [8][9][10]

أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية منتشرة في الصين حيث تتوافر النماذج المحلية بتكلفة حوالي 1500 يوان (235 دولار أمريكي) بتكلفة تقريبا 80% أقل من الدول الغربية لنفس الحجم. ويوجد على الأقل 30 مليون بيتا في الصين يحتوي على نظام لتسخين المياه بالطاقة الشمسية. [11]


أمريكا اللاتينية

طورت كولومبيا صناعة محلية لتسخين المياه عن طريق الطاقة الشمسية نظرا لجهود وتصميمات لاس جافيوتاس. وسعيا إلى تخفيض التكلفة في البيوت المحلية قام الفريق بدراسة أفضل الأنظمة من إسرائيل وقام ببعض التعديلات لتناسب الصناعة المحلية بحيث تكون في مدن مثل باجوتا والتي تسطع عليها الشمس أكثر من 200 يوم سنويا. حقق النظام نجاحا باهرا لدرجة أن لاس جافيوتا قدم ضمانا 25 عاما عند التقديم في عام 1984. تم تقديم أكثر من 40000 نظاما وما زالوا يعملون حتى الآن بعد ربع قرن.

متطلبات التصميم

يتم تحديد نوع وتعقيد وحجم نظام تسخين المياه الشمسي عن طريق:

  • درجة الحرارة وكمية المياه المطلوبة من النظام.
  • التغيرات في درجات الحرارة المحيطة والإشعاع الشمسي بين الصيف والشتاء.
  • التغيرات في درجة حرارة الغرفة خلال دورة الليل والنهار.
  • إمكانية التسخين الزائد أو التجميد للمياه الصالحة للشرب أو مائع التجميع

يتم تحديد الحد الأدنى للنظام عن طريق كمية الحرارة أو المياه الساخنة المطلوبة أثناء الشتاء عندما يكون إخراج النظام وحرارة المياه الخارجة أقل ما يمكن. ويتم تحديد الحد الأقصى للنظام عن طريق الحاجة لمنع المياه من كونها ساخنة عن اللازم أو أن تتبخر.

الحماية من التجمد

تمنع طرق الحماية من التجمد حدوث الضرر للنظام بسبب تمدد السوائل المتجمدة. حيث تقوم أنظمة التصريف بصرف السوائل من النظام عندما تتوقف المضخة. كما تستخدم العديد من الأنظمة الغير مباشرة موانع التجمد (مثل البروبيلين جلايكول) في سائل نقل الحرارة.

الحماية من التسخين الزائد

عندما يتوقف استخدام المياه الساخنة ليوم أو اثنين يمكن أن يصل السائل داخل المجمعات والخزانات إلى حرارة عالية في كل الأنظمة بدون أنظمة للتصريف. عندما يصل الخزان في انظمة التصريف إلى الحرارة المطلوبة تتوقف المضخة لتتوقف عملية التسخين وبالتالي تمنع التسخين الزائد للخزان.

تصميم النظام

تشتمل نماذج التصميم على صندوق معزول ومغطى بالزجاج من الأعلى مع مجمع شمسي مسطح مصنوع من المعدن ومتصل بأنانبيب مبدلة للحرارة من النحاس وغامقة اللون أو عدد من الأنابيب المعدنية المحاطة بأسطوانة زجاجية مفرغة من الهواء. في الحالات الصناعية يمكن استخدام مرآة مركزة لتركيز ضوء الشمس على الأنبوبة. يتم تخزين الحرارة في خزان لتخزين المياه الساخنة. يجب أن يكون حجم هذا الخزان أكبر في أنظمة التسخين الشمسي ليقوم بتعويض الطقس السئ.

المراجع

  1. ^ C. Marken (2009). "Solar collectors: Behind the glass". HomePower. ج. 133: 70–76. مؤرشف من الأصل في 2013-01-28.
  2. ^ Li, Wei; Rubin, Tzameret H.; Onyina, Paul A. (1 May 2013). "Comparing Solar Water Heater Popularization Policies in China, Israel and Australia: The Roles of Governments in Adopting Green Innovations". Sustainable Development (بالإنجليزية). 21 (3): 160–170. DOI:10.1002/sd.1547. ISSN:1099-1719. Archived from the original on 2017-12-01.
  3. ^ أ ب Solar Evolution – The History of Solar Energy, John Perlin, California Solar Center نسخة محفوظة 13 مارس 2015 على موقع واي باك مشين.
  4. ^ Del Chiaro, Bernadette؛ Telleen-Lawton, Timothy (أبريل 2007). "Solar Water Heating (How California Can Reduce Its Dependence on Natural Gas)" (PDF). Environment California Research and Policy Center. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2007-10-21. اطلع عليه بتاريخ 2007-09-29. {{استشهاد ويب}}: الوسيط غير المعروف |lastauthoramp= تم تجاهله يقترح استخدام |name-list-style= (مساعدة)
  5. ^ John Christopher Bacher (2000). Petrotyranny. Dundurn. ص. 70. ISBN:978-0-88866-956-8. مؤرشف من الأصل في 2019-12-15.
  6. ^ Minicy Catom Software Engineering Ltd. www.catom.com. "The Samuel Neaman Institute for Advanced Studies in Science and Technology – Publications – Solar energy for the production of heat Summary and recommendations of the 4th assembly of the energy forum at SNI". Neaman.org.il. مؤرشف من الأصل في 2012-02-09. اطلع عليه بتاريخ 2012-06-23.
  7. ^ "Israel's Solar Industry: Reclaiming a Legacy of Success". Climate.org. مؤرشف من الأصل في 2016-04-07. اطلع عليه بتاريخ 2012-02-10.
  8. ^ "5 Star Housing – Performance Based Building Regulation Delivers". Docstoc.com. مؤرشف من الأصل في 2016-04-07. اطلع عليه بتاريخ 2012-02-10.
  9. ^ "Buildings – Think Change". Environment.gov.au. 1 نوفمبر 2010. مؤرشف من الأصل في 2010-05-07. اطلع عليه بتاريخ 2012-02-10.
  10. ^ Israel del Mundo and Ian Wills (2005) The Economics of the Mandatory Renewable Energy Target (MRET), Department of Economics Monash University, Australia. نسخة محفوظة 29 أغسطس 2020 على موقع واي باك مشين.
  11. ^ Energy-Hungry China Warms to Solar Water Heaters discusses China Himin Solar Energy Group in دتشو. Reuters article, posted on Planet Ark site نسخة محفوظة 06 يناير 2016 على موقع واي باك مشين.

انظر أيضا

مجلوبة من «https://ar.wikipedia.org/w/index.php?title=سخان_شمسي&oldid=52923544»