السخانات الشمسية (المعروف أيضا باسم ألواح شمسيه) هو وسيلة لتحويل أشعة الشمس إلى حرارة وتخزينها لاستخدامها فيما بعد. الألواح الشمسية تختلف كلياً عن الألواح الضوئية التي تستخدم من أجل إنتاج الكهرباء.
الاستعمال
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. ويمكن صناعة السخانات الشمسية في عدة أحجام لتلبية الاحتياجات من الطاقة الشمسية حسب درجات الحرارة المطلوبة للمياه 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.
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.
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.
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.
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.
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
مصادر و مراجع
- T. Agami Reddy: The design and sizing of active solar thermal systems. Clarendon Press, Oxford 1987,
- Richard H. Montgomery, Jonathan L. Livingston: The solar water heater handbook: a guide to residential solar water heaters. Wiley, New York 1986,
- G. N. Tiwari, Sangeeta Suneja: Solar thermal engineering systems. Narosa Publ. House, London 1997,
- Ronald E. West:Economic analysis of solar thermal energy systems. MIT Press, Cambridge, Mass. 1988,