كيف يتم تسخين الماء بالطاقة الشمسية؟

الطاقة الشمسية هي مصدر الطاقة الأساسي للأرض، وهي متجددة ونظيفة ولا تؤثر سلباً على البيئة. يمكننا توليد الكهرباء بواسطة ألواح الطاقة الكهروضوئية أو محطات الطاقة الشمسية المركزة، كما يمكننا الاستفادة من حرارة الشمس في تسخين الماء.

يتم الاستفادة من الأشعة الشمسية في تسخين المياه باستخدام ألواح شمسية قادرة على امتصاص حرارة الشمس. يتم تثبيت هذه الألواح على سطح مستوٍ أو مائل، أو على الأرض في حالات نادرة.

الألواح الشمسية الحرارية

الألواح الشمسية الحرارية أو ألواح الماء الساخن الشمسية أو سخانات الماء الشمسية (Solar water heating) هي ألواح تمتص حرارة الأشعة الشمسية وتستخدمها لتسخين الماء. الفرق الرئيسي بين الألواح الشمسية الحرارية والألواح الشمسية الكهروضوئية هو أن الأخيرة تستخدم لإنتاج الكهرباء.

يحتوي اللوح الشمسي الحراري على الماء، ويتم تسخينه بحرارة الشمس لاستخدامه في تدفئة المنزل أو الاستحمام أو الغسيل.

آلية عمل الألواح الشمسية الحرارية

هناك نوعان من ألواح تسخين المياه بالطاقة الشمسية حسب نظام تدوير المياه:

الألواح المباشرة

إنها حل بسيط ومفيد اقتصادياً ومثالي للأفراد والعائلات، تقوم فيه أشعة الشمس بتسخين الماء داخل الأنابيب، وينتقل نفس الماء الذي تم تسخينه إلى الخزان الموجود فوق الألواح، ثم يدخل أنابيب المياه في المنزل.

الألواح غير المباشرة

إنها الحل الأمثل لإنتاج كميات كبيرة من الماء الساخن، وتعتبر النوع الموصى به للمباني متعددة الشقق والفنادق والمطاعم والصالات الرياضية.

تحتوي الألواح الحرارية على أنابيب بداخلها ماء، عند تعرضها لأشعة الشمس، يسخن الماء، وتقيس وحدة التحكم درجة الحرارة التي وصل إليها الماء ودرجة حرارة الماء الموجود داخل الخزان. إذا كان الماء الموجود في الألواح أكثر سخونة من الماء الموجود في الخزان، تقوم وحدة التحكم بتشغيل مضخة تدفع الماء إلى الخزان الذي يحتوي على أنابيب ملفوفة داخله. حين ترتفع درجة حرارة مياه الأنابيب الملفوفة، يتم ضخها عبر أنابيب المنزل.

مزايا الألواح الشمسية الحرارية

تسخين الماء بالاعتماد على الألواح الشمسية الحرارية له العديد من المزايا الاقتصادية والبيئية. فيما يلي بعض هذه المزايا:

توفير في فاتورة الكهرباء (حيث يتم توفير نحو 60% من تكاليف تسخين المياه و35% من تكاليف التدفئة).
عدم إطلاق أي انبعاثات ضارة مثل غاز ثاني أوكسيد الكربون وغازات الاحتباس الحراري.
توفر الماء الساخن في معظم الأوقات.
النظام سهل التركيب ولا يحتاج إلى الكثير من الصيانة.

متطلبات عمل الألواح الشمسية الحرارية

لكي تعمل الألواح الشمسية الحرارية، يجب توفر سقف أو مكان يتعرض للشمس في فترة الظهيرة. يجب ألا يكون هذا المكان محاطاً بأي شيء يمكن أن يحجب أشعة الشمس، مثل المباني والأشجار.

تعتبر الأشعة الشمسية في منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا مناسبة للغاية، حتى لو كانت متغيرة.

لا يمكن تحديد تكلفة نظام تسخين الماء بالأشعة الشمسية، لأن ذلك يعتمد على العديد من العوامل مثل نوع الألواح وحجم خزان التخزين ونوعية وحجم المكونات.

العمر الافتراضي والتشغيل والصيانة

إذا كان النظام مركباً بشكلٍ جيد، ومع توفر الصيانة الكافية، فإن العمر الافتراضي لنظام تسخين الماء بأشعة الشمس يبلغ نحو 25 سنة. هذا الرقم تقديري وقد لا يكون دقيقاً، تحديد العمر الافتراضي معقد ويتطلب تقييم المكونات العديدة التي تختلف في حجمها وجودتها.

بمجرد تركيب النظام، فإنه يعمل بشكل مستقل دون الحاجة إلى تدخل بشري لتشغيله. ولا يتطلب النظام الكثير من الصيانة، لكن يجب التحقق من أدائه وعمل المكونات بشكلٍ دوري.

هل تعمل أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية في غياب الشمس أو ليلاً؟

لا تعمل أنظمة الطاقة الشمسية الحرارية في الليل أو حين تكون الشمس غائبة بسبب الغيوم، لأنها تحتاج إلى أشعة الشمس المباشرة.

لكن الماء الساخن الموجود في الخزان يظل ساخناً لفترة طويلة. ويمكن تصميم الخزان ليحفظ الحرارة فترة أطول تصل إلى عدة أيام باستخدام تقنيات العزل الحراري، لكن هذا يزيد تكلفة النظام.

هل منزلي جاهز لتركيب نظام تسخين الماء الشمسي؟

إذا كنت تعيش في منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا، فإنك في مكان مثالي لتركيب سخانات شمسية والحصول على الماء الساخن طوال الوقت.

تماماً مثل الألواح الشمسية الكهروضوئية التي تستخدم لتوليد الكهرباء، تعمل السخانات الشمسية بشكل جيد إذا كانت تتعرض لأشعة الشمس خلال الظهيرة، لذا فإنك تحتاج إلى سطح مستوٍ أو مائل نحو الجنوب.

إذا كنت تملك مساحة بجانب منزلك، يمكنك تركيب السخان الشمسي على الأرض، طالما أنه يتعرض لأشعة الشمس المباشرة. ولا توجد أي متطلبات أخرى، يمكن تركيب السخانات بسهولة ولا يحتاج تشغيلها لأي خبرة، وستعمل لفترة طويلة دون الحاجة للصيانة.