امروزه با پیشرفت علم و گسترش انرژی های جدید، نگرانی انسان در نگه داری از طبیعت پیرامون خود دوچندان شده. استفاده از منابع تجدید ناپذیر و سوخت های آلود کننده محیط زیست از مشکلات جدی بشر امروز است. برای حل مشکل باید به دنبال انرژی های جدید و جایگزین باشیم، از آن جمله استفاده از انرژی ارزان و در دسترس خورشید است. انرژی خورشید به راحتی قابل ذخیره است. انرژی خورشیدی عظیم ترین منبع انرژی در جهان می باشد. این انرژی پاک، ارزان و بی پایان بوده و در تمام مناطق کشورمان و جهان قابل مصرف می باشد.
روند رو به رشد استفاده از آبگرمکنهای خورشیدی در دنیا
گسترده ترین کاربرد انرژی های تجدیدپذیر استفاده از آن ها برای تولید حرارت است که به طور عمده به سوخت‌های زیستی و آبگرمکنهای خورشیدی مربوط می‌شود. بر این اساس، یکی از پرکاربردترین انواع فناوری های مرتبط با انرژی های تجدیدپذیر، فناوری آبگرمکن های خورشیدی است. مجموع ظرفیت نصب شدۀ مجموع آبگرمکن های خورشیدی در سطح جهان تا پایان سال ۲۰۱۲ به ۲۶۵۰۰۰ مگاوات حرارتی رسیده است (شکل ۱)
نمودار شکل ۱ نشان میدهد آبگرمکن های خورشیدی تقریباً به اندازۀ نیروگاه‌های بادی در دنیا مورد توجه قرار گرفته اند. همچنین ظرفیت نصب شدۀ این آبگرمکن ها (بر حسب گیگاوات حرارتی) بیش از 5/2 برابر ظرفیت تمام سلول های خورشیدی جهان (بر حسب گیگاوات الکتریکی) است. روند رو به رشد ظرفیت نصب شدۀ آبگرمکن های خورشیدی در سطح دنیا در شکل ۲ نیز گویای این است که فناوری مذکور توانسته جای خود را در میان سیستم های گرمایشی به خوبی باز کند.
آمارها حاکی از آن است که اقتصادهای در حال توسعه پابه پای کشورهای توسعه یافته در حال گسترش استفاده از فناوری آبگرمکن های خورشیدی هستند تا بتوانند مصرف سوخت‌های فسیلی را متوقف کنند. چین، آمریکا، آلمان، ترکیه، برزیل، هند و ژاپن در استفاده از انواع این آبگرمکن ها پیشرو هستند.
آبگرمکن خورشیدی (Solar water heating) دستگاهی است که با استفاده از نور خورشید انرژی لازم جهت گرم کردن آب خانگی را فراهم می کند. در آبگرمکن های خورشیدی دو نوع سیستم گرمایشی بر اساس نوع سیال یا هوا وجود دارد. انرژی گرمایشی در کلکتورهای سیستم ذخیره می شود.(کلکتور وسیله ای است که سیال درون آن توسط خورشید گرم می شود). در سیستم هایی که با سیال کار می کنند یک سیال ضد یخ درون کلکتورها جریان دارد و در سیستم های هوایی، هوا درون کلکتورها گرم شده و گرما را انتقال می دهند.
هر دو نوع سیستم حرارت و اشعه نور خورشید را جذب می کنند سپس آن را به منبع ذخیره داخلی انتقال می دهند. اگر سیستم نتواند حرارت لازم را فراهم کند، یک بخش کمکی گرمای لازم را تامین می نماید. آبگرمکن خورشیدی هزینه های انرژی را کاهش می دهد چون از انرژی رایگان خورشیدی استفاده می کند. از آنجایی که مصرف سوخت های فسیلی را کاهش می دهد، به دلیل تأثیر مستقیم در کاهش میزان انتشار گازهای گلخانه ای، به ما در داشتن محیطی پاک کمک می کند. در برخی کشورهای جهان مانند ترکیه و چین از این آبگرمکن‌ها تقریبا در اکثر منازل استفاده می شود. در ایران می‌توان از آبگرمکنهای خورشیدی در مناطقی که فاقد لوله کشی گاز هستند به طور مستقل و در مناطقی که دارای گاز کشی هستند به عنوان پیش گرمکن آب مصرفی استفاده کرد. منظور از پیش گرمکن آن است که آب شهر یا آب ورودی می‌تواند ابتدا توسط آبگرمکن خورشیدی گرم شود. در صورتی که میزان گرمایش ناکافی بود، سیستم حرارتی مرسوم مانند پکیج یا شوفاژ می‌تواند دمای آن را تا میزان دلخواه افزایش دهد. به این ترتیب در مصرف انرژی به میزان قابل ملاحظه‌ای صرفه جویی می‌شود.
سیستم های گرمایش خورشیدی با هوا
سیستم های گرمایش هوای خورشیدی با پنل خورشیدی ، از هوا یه عنوان جاذب و انتقال دهنده انرژی خورشیدی استفاده می کنند. کلکتورهای هوای خورشیدی می توانند مستقیما هوای هر اتاق را گرم یا هوایی که وارد کویل های پمپ حرارتی می شوند، پیش گرمایش کنند. کلکتورهای هوایی نسبت به آبی سریعتر تولید گرما می کنند از این رو آن ها انرژی مفید بیشتری نسبت به سایز مشابه خود در نوع آبی تولید می کنند.
کلکتورهای هوای خورشیدی معمولا درون دیوارها و سقف نصب می شوند. در این حالت روکش سقف ها می تواند یک سطح جاذب برای هوا ایجاد کند، هوا در 21 درجه سلسیوس وارد کلکتور شده و تا 32 درجه سلسیوس گرم می شود. سرعت هوا در این حالت بین 5/1 تا 1/3 متر بر ثانیه می باشد.
کلکتورهای هوا از قاب های عایق فلزی و یک سطح فلزی سیاه برای جذب گرما ساخته شده اند. تابش اشعه خورشید صفحه را گرم کرده و پس از آن هوا گرم می شود. فن یا دمنده هوا را از اتاق می کشد و پس از گرم کردن دوباره به اتاق باز می گرداند. کلکتورهای نصب شده روی سقف نیاز به کانال برای انتقال هوا بین اتاق و کلکتور دارند. کلکتورهای دیواری مستقیما درون دیوار جنوبی نصب می گردند و حفره هایی برای ورود و خروج هوا در آن ها تعبیه می گردند.
سیستم های گرمایش خورشیدی با آب
کلکتورهای آبی خورشیدی بیشتر در سیستم های حرارت مرکزی و گرم کردن آب در سیستم گرمایش کاربرد دارند. در کلکتورها سیال کاری ضد یخ (آب یا پروپیلن گلیکول) حرارت خورشید را جذب و در زمان مناسب کنترلر، پمپ سیرکولاسیون را روشن می کند و سیال را به گردش در می آورد.
اجزای یک آبگرمکن خورشیدی شامل پمپ، لوله کشی داخلی، شیر، منبع انبساط، مبدل، مخزن ذخیره، و کنترلر می باشد.