السخانات الشمسية

السخانات الشمسية وسيلة لاستغلال الطاقة الحرارية الناتجة من اشعة الشمس في تسخين المياه للمنازل و الأغراض التجارية, و تحقق هذه النظم جدوى اقتصادية أعلى من الطاقة الشمسية الفولتضوئية حيث يمكن توفير 30% من فاتورة الكهرباء المنزلية بتكلفة يتم استرداها خلال 3 سنوات فقط.
قبل الحديث في اي شيء يجب معرفة معلومة هامة يتم يوميا سوألنا عليها و الجدال بخصوصها:
السخان الشمسي يقوم بتسحين الماء و تخزينه خلال النهار للأستخدام طول اليوم 24 ساعة, عكس السخان الكهربائي التقليدي الذي يمكنه التسخين في اي وقت نهارأ و ليلأ و بالتالي سعة تنك السخان الشمسي تكون اكبر بكثير.
فمثلأ لو شقة متوسطة تحتاج الي سخانات كهربائية اجمالي سعتها 50-70 لتر, نفس الشقة سوف تحتاج الي سخان شمسي سعة 250-300 لتر

مكونات السخان الشمسي

1. مجمعات شمسية تقوم بتجميع اشعة الشمس فترتفع درجة حرارتها, و أكثر اللواقط المستخدمة انتشاراً هي المسطحة Flat Plate Collectors ولواقط الأنابيب المفرغة Vacuum Tubes Collectors.
2. خزان معزول عزل حراري و سعة تبداء من 100 حتي 500 لتر في الأستخدامات المنزلية.
3. هيكل تثبيت معدني يحمل المجمعات الشمسية و الخزان معا , ويجب ان يتم التثيبت بما يحقق زاوية ميل مثالية كما هو الحال في الألواح الشمسية.
4. ملف تسخين كهربائي إحتياطى Auxiliary Electric Heater يعمل بصورة تلقائية بواسطة حساس يقوم بقياس درجة حرارة المياه في الخزان. و تتراوح قدرة هذا الملف بين 2 و 4 كيلو وات ساعة لمعظم الأستخدامات المنزلية.
   و يتم استخدام هذا المصدر التقليدي للكهرباء في الشتاء أو في حال زيادة كبيرة و مؤقتة في استهلاك المياه مع عدم وجود لواقط شمسية كافية.
   و مما سبق ذكره نود أن نشير بأنه عند شراء اي طراز من السخانات الشمسية يجب معرفة قيمة المشاركة الشمسية السنوية (%Annual Solar Fraction SF) و هي نسبة التوفير السنوي في الطاقة المستهلكة نتيجة استخدام السخان الشمسي, و تعتمد هذه القيمة علي جودة السخان و الموقع الجغرافي للتركيب. فمثلأ سخان شمسي يتم تركيبه في اليمن سوف تكون نسبة المشاركة الشمسية بالتأكيد اكبر بكثير من تركيب نفس السخان في لندن!.



انواع السخانات الشمسية

عند شراء سخان شمسي هناك مواصفات يجب معرفتها لتقييم جودة السخان و عمره الأفتراضي. و قد يصل سعر السخان الجيد الي 4 او 5 اضعاف سعر السخان الرخيص ذو نفس السعة!. فمثلأ يوجد تجاريا سخانات 200 لتر سعرها 300 دولار (6000 جنيه) و اخري سعرها 1200 دولار (24000 جنيه).
وليس من الضروري اقتناء افضل و اغلي الأنواع ذات العمر الأفتراضي الطويل و لكن من الضروري عدم الوقوع ضحية لعمليات الغش التجاري و شراء سخان ذات عمر افتراضي 3 سنوات بسعر مرتفع علي اساس انه سوف يعيش 20 عام. و قد يكون من المناسب مثلأ شراء سخان ب300 دولار و عمره الأفتراضي 5-7 سنوات افضل من سخان سعره 1200 دولار و عمره 25 عام, لان الأختيار الرخيص سوف يوفر لك امكانية تغيير السخان مستقبلأ و الأستفادة من التطور التكنولوجي. و يمكن اعتبار عملية شراء سخان شمسي تماما مثل شراء كمبيوتر, فليس من المنطقي اختيار كمبيوتر عمره الأفتراضي 25 عام لأن في جميع الأحوال سوف تحتاج الي تغييره بعد 4 سنوات لتواكب التكنولوجيا الجديدة
الأختيار بين السخانات الشمسية المسطحة و تقنية الأنابيب المفرغة – Vacuum Tubes

من المعلوم ان درجة حرارة الماء الساخن المطلوب في الأستخدامات المنزلية 55 درجة مئوية
فعندما يكون درجة حرارة الجو 20 درجة مئوية مثلأ, يكون الفرق بين درجة حرارة الماء الساخن و الجو = 40
من الرسمة يتضح ان اكثر سخان الأنابيب المفرغة اكثر كفائة من السخان المسطح
و في المنظقة العربية الفرق بين النوعين ليس كبير.
أما الأنابيب المفرغة فلأ غني عنها في دول الشمال ذات المناخ البارد حيث كافئتها أعلي بكثير كلما انخفضت درجة حرارة الجو.

1. النوع الأول: أنابيب مفرغة غير مضغوطة
   تعتمد هذه التقنية على أنابيب مفرغة تمتص الطاقة الحرارية و تحولها إلى طاقة حرارية لتسخين المياه .
   حيث يتألف كل أنبوب مفرغ من أنبوبين من الزجاج ، أحدهما بداخل الآخر ، ويصنعان من زجاج البوروسيلكيت Borosilicate .
   
   الأنبوب الخارجي شفاف ويسمح لأشعة الشمس بالمرور من خلاله بانعكاس قليل جدا، أما الأنبوب الداخلي الماص للحرارة فيطلى بطبقة سوداء أو زرقاء تمتص أشعة الشمس الساقطة عليه بنسبة تصل إلى 95% .
   يتم تثبيت نهايتي الأنبوبين مع بعضهما بطريقة الصهر” Fusion “بعد تفريغ الهواء الموجود بينهما تحت درجة حرارة عالية ، وينتج عن عملية التفريغ هذه وجود منطقة عزل Vacuum بين الأنبوبين ، وهذا ما يجعل تلك الأنابيب متميزة بكفاءتها حيث يمنع هذا الفراغ تسرب الطاقة الحرارية التي اكتسبتها المياه و وقف عمليتي التوصيل و الحمل الحراريتين, لذلك نجد أن الأنبوب الداخلي قد تتجاوز درجة حرارته 95 درجة مئوية اكبر من درجة حرارة الجو في حين يبقى الأنبوب الخارجي باردا .
   و ميزة الشكل الأنبوبي هي ان اشعة الشمس دائما عمودية علي الأنبوب مما يعطيها كفائة عالية جدا, عكس الشكل المسطح الذي لأ يستفيد من كل الأشعاع الشمسي
   
   في هذا النظام المياه تتدفق فعليا داخل الأنبوب الداخلي, و يوضع الخزان بشكل أفقي أعلى من الأنابيب ويوصل معها من الأسفل وهكذا يهبط الماء البارد المتجمع في أسفل الخزان الى اللواقط ليسخن ومن ثم يعود الى الخزان في أعلاه. و من المعروف ان الماء الدافئ أخف وزنا من الماء البارد فيرتفع إلى أعلى الأنبوب حيث يملأ الخزان, و الماء البارد الأثقل وزنآ يهبط لأسفل ألأنبوب فيتعرض للأشعاع الشمسي و يتم تسخينه, هذه الظاهرة الطبيعية معروفة بأسم الثيرموسيفونية thermo-siphoning.
   
   و لأ يوجد في هذا النظام اي مواسير نحاس مكلفة مثل السخان الشمسي المسطح, ما يجعل سعره رخيص نسبيا.
   تستخدم هذا السخان فقط في نظام الحلقة المفتوحة Open Loop بالضغط الجوي العادي حيث لأ يمكن ضغط الماء في الأنابيب الزجاجية.
   تتعرض الأنابيب المفرغة الي المشاكل الأتية:
   1- الجوانات الكاويش بين الأنابيب الزجاجية و الخران تتلف بعد فترة قصيرة و يحدث تسريب للمياه. يمكن صيانة هذه الجوانات و تغييرها بصفة دورية و لكن في النهاية يصبح النظام غير فعال و مزعج.
   2- يتم تصنيع زجاج الأنابيب بسمك رقيق قدره 1.6 مم , و هو عرضة للكسر في الظروف الجوية مثل العواصف و البرد
   3- تدخل الماء في الأننوب الزجاجي مباشرة مما يسبب استحالة ضغط الماء حتي لأ ينكسر الأنبوب الزجاجيّ
   العمر الأفتراضي للسخان الأنابيب المفرغة لأ يتجاوز 10 سنوات و ضمانه 5 سنوات فقط في افصل الأنواع.
   هذا النوع مثالي في تطبيقات تسخين لأ تحتاج الي ضغط الماء مثل حمامات السباحة و الأماكن النائية أو التي لأ يصلها شبكة مواسير مياه باردة و تعتمد علي خزانات المياه العلوية الغير مضغوطة, فيتم هنا وضع خزان الماء الساخن للنظام الشمسي بجانب خزانات الماء البارد فيصل الماء البارد و الساخن الي نقطة الأستخدام بنفس ضغط الجاذبية الطبيعي دون تدخل اي مضخات.
2. النوع الثاني: السخانات الشمسية المسطحة Flat plate collectors
   
   المجمع الشمسى في هذه السخانات عبارة سطح امتصاص يتكون لوح رقيق جداً من الألومنيوم أو النحاس Absorber مدهون بمادة ماصة لاشعة الشمس.
   و يتدفق الماء المراد تسخينه في مواسير نحاسية داخل هذه اللواطق فيحدث التبادل حراري.
   و عند اختيار خامة سطح الأمتصاص يلأحظ النحاس افضل من الألومنيوم من حبث امتصاص الحرارة وتوصيلها الي المواسير و لكن بالطبع هو اغلي في السعر.
   يتم وضع سطح الامتصاص و المواسير داخل هيكل معدني معزول بالصوف الزجاجي أو البولي يوريثان ومحكم الاغلاق من الأعلى بطبقة من الزجاج سمكها 4مم بهدف الاحتفاظ بالحرارة في الداخل وتقليل الفواقد الحرارية
   ميزة هذا النوع من السخانات الشمسية ان عمره الأفتراضي كبير يصل الي 25 عام و الأنواع الجيدة منه تأتي بضمان 10 سنوات.
   سعر هذا السخان مرتفع نتيجة تكلفة المواسير النحاسية التي تغذي الخران
   يفضل استخدام هذا النظام في التطبيقات المنزلية و الأدارية العادية و تنفيذ مضخة لضغط مواسير الماء الساخن.
3. النوع الثالث: أنابيب حرارية مفرغة Heat Pipes
   
   الفرق الأساسي بين هذا النوع و الأنابيب المفرغة العادية السابق شرحها هو ان في هذا النوع يوجد ماسورة نحاس داخل الأنابيب الزجاجية.
   الأنبوب الحراري أنبوب مجوف من النحاس النقي عالي الجودة داخله كمية صغيرة من سائل حراري، ومفرغ من الهواء للحصـول على ضغط منخفض وغليان سريع للســـــائل الحراري بدرجات حرارة منخفضـــــة،
   حيث أن نقطة غليان الســـــائل تكون عند درجة حرارة ٣٠ درجة, فإذا تجاوزت هذه الحرارة يتبخر الســـائل الحراري ويندفع نحو قمة الأنبوب حيث تقل معه درجة الحرارة،
   وعند وصوله إلى أعلى الأنبوب تنتقل الحرارة من طرف الماسورة النحاس إلى الماء المراد تســـخينه فيتكثف البخار و يســــيل إلى أسفل الأنبوب النحاسي مرة اخري.
   وهذه العملية تتكرر بصصفة مستمرة و تؤدي إلي تســـــخين المياه،
   
   الأنابيب الحرارية المفرغة هي اغلي الأنواع من حيث السعر , و توفر جميع مميزات السخانات المسطحة و الأنابيب المفرغة معأ
   تصلح للأستخدام في المناخ البارد حيث ان الأنابيب المفرغة تعمل بكفائة في درجات الحرارة المنخفضة كما سبق شرحة و تعتبر البديل الوحيد في تلك الأجواء القاسية التي تفقد فيها السخانات المسطحة تكفائتها بصورة كبيرة جدا.
   بسبب ارتفاع سعره الأنابيب الحرارية غير منتشرة في المنطقة العربية التي لأ تعاني من مشكلة المناخ البارد, و نكتفي هنا بأستخدام الأنواع الأخري من السخانات الشمسية

الخاصية	أنابيب مفرغة Vacuum Tube	مجمع مسطح Flat Plate	أنابيب حرارية Heat Pipe
عمر افتراضي اكبر من 10 سنوات
امكانية ضغط الماء الساخن
امكانية تنفيذ دائرة مغلقة
امكانية تركيب الخزان في اي مكان
كفائة عالية في درجات حرارة الجو الأقل من 10 درجات مئوية
كفائة عالية في ظروف الضباب و الرياح الصعبة

معايير اختيار السخانات الشمسية و تقييم جودتها

1. مساحة المجمعات الشمسية
   في السخانات الشمسية المسطحة Flat Plate يجب ان تتناسب مساحة المجمعات الشمسية مع سعة السخان. و بصفة عامة في الدول العربية نحتاج الي مساحة من 1.2 الي 1.5 م2 لكل 100 لتر سعة للسخان و تزيد هذه المساحة كلما اتجهنا شمالأ, ففي شمال أوروبا نحتاج الي 4 م2 لكل 100 لتر. هذه المساحة سوف توفر لك مع 90٪ من متطلبات المياه الساخنة في الصيف و 60% في الشتاء. فمثلأ لو عندنا سخان سعته 300 لتر يجب ان لأ تقل مساحة المجمع الشمسي عن 3.6 م2 حال تركيبه في جدة أو 4.5 م2 في حال تركيبه بتونس. و من الملاحظ هنا ان بعض الشركات المخادعة أو الضعيفة فنيا تقوم بتركيب مجمعات شمسية صغيرة مساحتها لأ تتناسب مع حجم السخان الي الزبائن قليلي الخبرة الذين يسألون فقط عن سعة السخان بالتر دون الخوض في اي تفاصيل
   اما سخانات الأنابيب المفرغة فتحتاج الي مساحة عشرة انابيب لكل 100 لتر سعة للخزان, فمثلأ السخان سعة 300 لتر يحتاج الي 30 أنبوبة مفرغة. و مرة اخري كما في السخانات المسطحة التوفير في عدد الأنابيب مجال خصب للغش التجاري يجب الأنتباه له عند الشراء.
2. فائدة السخانات المضغوطة؟
   السخانات ذات الدائرة المضغوطة pressurized تتحمل ضغط مياه يصل الى 10 بار و يتم تركيب مضخة للحصول على الماء الساخن تحت ضغط يتساوي مع ضغط الماء البارد في شبكة المواسير القادمة من الشارع, و ذلك يسهل عملية خلط الماء البارد و الساخن في الخلاط عند مكان الأستعمال نتيجة تساوى الضغوط.
   أما سخانات الأنابيب المفرغة الغير مضغوطة فتعتمد على وجود السخان الشمسى فى أعلى نقطة بالمبنى, و يكون نزول الماء تحت تأثير الجاذبية الارضية فقط, مما له تاثير سلبى على قلة تدفق المياه الساخنة و صعوبة خلطها بالماء البارد خاصة فى الادوار العليا للمبني, نتيجة قلة ضغط الماء الساخن.
   طبعا النوع المضغوط يحتاج الي استخدام سمك مواسير نحاس اكبر لتتحمل الضغوط و مواصفات اعلي للخزان و ذلك بخلاف سعر المضخة. هذه التكلفة الأضافية تصل الي 20% – 30% من اجمالي سعر النظام
   و من عيوب هذا النوع المضغوط هو الحاجة الي صيانة المضخة.
   و بصفة عامة يفضل استخدام السخانات المضغوط في المنازل العادية.
3. دائرة مغلقة ام مفتوحة؟ Closed vs Open Loop
   السخانات الشمسية يتم تنفيذها بنظام الدائرة المغلقة أو المفتوحة.
   1. سخانات الأنابيب المفرغة تندرج تحت نظام الدائرة المفتوحة.
   2. السخانات المسطحة فيكمن ان تكون اما دائرة مفتوحة أو مغلقة.
   3. سخانات الأنابيب الحرارية المفرغة يجب ان تعمل بنظام الدائرة المغلقة.
   1. السخانات ذات الدائرة المفتوحة Open loop
      
      في هذا النظام يمر الماء المراد تسخينه مباشرة خلال المجمع الشمسي الي الخزان
      عيب هذا السخان ان يحدث به انسداد في المواسير النحاس داخل المجمع الشمسي نتيجة وجود شوائب في الماء. و بالتالي يحتاج الي صيانة دورية.
      لأ يمكن استخدام هذا النظام في الأماكن التي تتعرض لدرجات حرارة اقل من صفر نتيجة تجمد المياه في المواسير مع عدم وجود اي اضافات للماء تمنع التجمد Anti freeze
      يمكن استخدام هذا النظام في الأماكن التي تتمتع بنقاء المياه في شبكة المدينة.
   2. السخانات ذات الدائرة المغلقة Closed loop
      
      ماء المستهلك لا يمر مباشرة إلى المجمعات الشمسية بل يتم تسخينه داخل الخزان عن طريق مبادل حراري مغمور داخل المياه المراد تسخينها كما و موضح بالرسم التخطيطي في الصورة ويمثل المجمع الشمسي والمبادل الحراري المغمور دائرة مغلقة يمر خلالها مياه مقطرة مضافا إليها إضافات كيماوية مانعة للصدأ.
      بسبب إغلاق الدائرة يمكن للضغط أن يتراكم مع ارتفاع درجة الحرارة. و بالتاgي هذا نظام يلزم له تركيب صمامات تخفيف الضغط و خزان تمدد لأغراض السلامة
      طبعا هذا النظام اغلي في السعر نتيجة استخدام مواسير نحاسية اكثر سمكا تتحمل الضغط العالي بخلاف الي وجود مكونات أضافسة مثل صمامات الأمان و خزان التمدد
      فوائد الدائرة المغلقة:
      عدم انسداد المواسير النحاسية داخل المجمعات الشمسية في الأماكن التي تعاني من ارتفاع نسبة الرواسب و الشوائب في الماء
      إطلالة عمر السخان الشمسي بالمناطق التي توجد بها مياه ذات درجة ملوحة ملحوظة
      في الأماكن الباردة التي تعاني من درجات حرارة اقل من صفر يمكن وضع محلول propylene glycol مانع لتجمد السائل داخل الدائرة المغلقة
      يمكن تركيب خزان المياه في اي مكان و لأ يشترط ان يكون فوق المجمعات الشمسية
4. مادة و لون طلاء اللواقط
   تطلى اللواقط الشمسية (المسطحة والأنبوبية) بطلاء خاص Selective Coating لونه اسود أو ازرق.
   الطلاء الأسود مصنوع من مادة الكروم black chrome و يمتص أشعة الشمس بنسبة 93% absorption الأ انه يفقد جزء من هذه الحرارة حيث الكروم له نسبة الأصدار emissivity rate يصل الي 10%
   اما الطلاء الأزرق فمصنوع من مادة التيتانيوم blue titanimum و المعروف تجاريا باسم Tinox التي تنتج في المانيا و يمتص نسبة فائقة من الأشعة الشمسية تصل الي 95% و تحتفظ بالحرارة بصورة جيدة جدا لأنها تتمتع بمعامل اصدار منخفض low emissivity rate يتراوح بين 4%فقط. فتقل الفواقد الحرارية و يتم تحسن مردود اللواقط الشمسية عند استخدامه . و لذلك عند المفاضلة بين طلاء اللواقط الشمسية يفضل التيتانيوم الأزرق و هو بالطبع اغلي سعرآ , علي عكس ما قد تتصوره للوهلة الأولي ان الأسود افضل الأنواع

   مادة الطلاء	نسبة الأمتصاص %	نسبة الأصدار %	معامل الكفائة
   نيكل اسود Black Nickel	92%	11%	81%
   كروم اسود Black Chrome	93%	10%	83%
   نانو اسود Acktar Nano Black	98%	11%	87%
   تينوكس ازرق Tinox	95%	5%	91%

   و لكن كما سبق الفرق في الكفائة بين النوع الأسود و الأزرق حوالي 8%, فعند اختيار السخان المناسب يصبح القرار يعتمد علي فرق السعر فمثلأ لو كان سعر الTinox اغلي ب15% من الBlack Chrome مع تثبيت باقي المواصفات يصبح غير مجدي دفع 15% اموال اكثر مع الحصول علي كفائة اضافية 8% فقط.

5. مادة تصنيع الخزان
   الأنواع الجيدة ذات العمر الأفتراض الذي يصل الي 25 عام يجب ان تكون الخزانات من الأستلس ستيل 316 المانع للصدأ تماما. و سمك الخزان يتراوح بين 2 الي 3 مم في الأنواع التي تتحمل اكثر من 6 بار ضغط.
   فلو كان اختيارك للسخان علي اساس العمر الطويل يجب ان تتأكد ان الخزان استنلس حتي تحقق هذا الهدف المنشود, و لو كنت تختار سخان بسيط و تعرف مسبقا انك سوف تقوم بتبديله بعد 5 سنوات فمن المضحك شراء سخان ذو خزان استنلس مع ضعف باقي المواصفات في مكونات النظام!
   الخيار الثاني و الأكثر شيوعا لخزانات المياه هي الحديد المطلي بالمينا الزجاجي Glass or enamel-coated steel بطبقتين سمك 0.25 – 0.40 مم , هذه الخزانات يصل عمرها الأفتراضي الي 10 سنوات و سعرها مناسب.
   اما في السخانات الرخيصة ذات العمر الأفتراضي القصير فيتم تصنيع الخزان من الحديد المجلفن بسمك ضعيف, و لأ ينصح بأستخدام هذا النوع اطلقا خاصة عندما يكون الماء الساخن في الخزان تحت ضغط.
   جلفنة الحديد تتم باستخدام مادة الزنك, و من المعروف علميا ان الزنك يفقد قدراته في الحماية من الصداء عند درجة حرارة 80 مئوية, و هي قيمة بسيطة و عادية جدا داخل خزانات المياه الساخنة.
   و من ضمن الخدع التجارية كتابة عبارة “مقاوم للصداء” امام كلمة “حديد مجلفن”, لان الجلفنة تساعد علي مقاومة و لأ تمنع الصدأ.
6. عزل الخزان
   العزل الحراري للخزان ذات أهمية قصوي للحد من فقدان الحرارة أثناء الليل. و من مواد العزل النموذجية البولي يوريثين الرغوي foamed polyurethane بسمك يتراوح بين 5 و 10 سم. درجات الحرارة في أحدث جيل من خزانات المياه تنخفض أقل من 3 درجات مئوية في اليوم الواحد
7. شهادات الأعتماد
   لو كنت تريد شراء سخان غالي و عمره الأفتراضي طويل فيجب التأكد ان يكون السخان بجميع مكوناته حاصل علي شهادة معتمدة مثل
   Keymark
   بالنسبة الي منتجات الأتحاد الأوروبي أو شهادة IAPMO R&T بالنسبة الي المنتجات في باقي دول العالم

خطوات تصميم السخانات الشمسية

1. تحديد الأحتياج اليومي للماء الساخن

   الأستخدام	احتياج الشخص لتر/يوم
   المكاتب	11
   المنازل و الفنادق	50
   المستشفيات	65

   كمية الماء المطلوب تسخينه في اليوم=عدد الأشخاص * الأحتياج اليومي للشخص * 1.2
   شقة سكنية يسكنها 5 اشخاص
   الماء الساخن المطلوب يوميا =5 * 50= 250 لتر = 0.25 متر مكعب

2. الأشعاع الشمسي و درجة حرارة الجو
   من الخريطة يتم تحديد الأتي:
   متوسط الأشعاع الشمسي اليومي في الشتاء من الخريطة (بالكيلو وات/ متر مسطح) لموقع المشروع.
   اقل متوسط درجة حرارة الجو في النهار في شهور العام
   في مدينة جدة مثلأ:
   متوسط الأشعاع اليومي في الشتاء = 7.76 كيلو وات/ متر2
   اقل متوسط درجة حرارة الجو في النهار = 24.1 في شهر يناير
3. تحديد الطاقة المطلوبة لتسخين الماء في الشتاء
   Qs = m * p * Cp * ΔT
   Qs – الطاقة المطلوبة بالكيلو وات
   m – حجم الماء بالمتر المكعب
   Cp – السعة الحرارية للمياه = 1.16
   ΔT – فرق درجة الحرارة بين الماء البارد و الساخن
   p – نسبة الأعتماد علي الطاقة الشمسية في الشتاء
   للتبسيط يمكن اعتبار درجة حرارة الماء البارد في المواسير = درجة حرارة الجو
   و من المعلوم ان درجة حرارة الماء الساخن للأستخدام المنزلي = 60°
   مثال مطلوب تسخين
   0.30 متر3 مياه من درجة حرارة 20 الي 60
   الطاقة المطلوبة = 0.30 * 1.16 * 40 = 13.9 كيلو وات
4. كفائة المجمع الشمسي
   يتم تحديد كفائة المجمع الشمسي طبقا للمعادلات الأتية:
   بالنسبة الي السخانات الشمسية المسطحة:
   الكفائة = (0.25 + 0.75 * (100/(100 – ΔT ))) ) * كفائة الطلاء
   أما الأنابيب المفرغة:
   الكفائة = (0.90 + 0.10 * (100/(100 – ΔT )) ) * كفائة الطلاء
   ΔT – فرق درجة الحرارة بين الماء الساخن و متوسط درجة حرارة الجو
   مثال
   ΔT = 31.1
   الطلاء المستخدم كروم اسود ذو كفائة 0.83
   كفائة السخان المسطح = 0.25 + 0.75 * (100/(100 – 31.1 ))) * 0.83= 0.64
   كفائة سخان الأنابيب المفرغة = 0.90 + 0.10 * (100/(100 – 31.1 )) * 0.83 = 0.81
5. تحديد إتناجية المجمع الشمسي
   يتم تحديد انتاجية المجمع الشمسي بالكيلو وات/ متر مسطح طبقا للمعادلة الأتية:
   الأنتاجية = متوسط الأشعاع الشمسي اليومي * كفائة المجمع الشمسي * كفائة النظام
   يتم اعتبار كفائة النظام = 0.85 (فواقد المواسي و الخزان )
   مثال: متوسط الأشعاع الشمسي اليومي = 7.76 كيلو وات / متر2
   سخان مسطح كفائته 0.58
   إنتاجية المجمج الشمسي = 7.76 * 0.58 * 0.85 = 3.62 كيلو ات / متر2
6. تحديد مسطح المجمع الشمسي
   يتم تحديد مسطح المجمع الشمسي بالمتر مسطح طبقا للمعادلة الأتية:
   المسطح = الطاقة الطلوبة لتسخين الماء * نسبة الأعتماد علي الطاقة الشمسية/ إنتاجية المجمع الشمسي
   مثال: الطاقة الطلوبة لتسخين الماء = 12 كيلو وات
   نسبة الأعتماد علي الطاقة الشمسية = 70%
   إنتاجية المجمج الشمسي = 3.62 كيلو ات / متر
   مسطح المجمع = 12 * 0.70 / 3.62 = 2.32 متر2

أعمال السباكة للسخانات الشمسية

نظام السخان الشمسي هو نظام المركزي يحتاح الي مراعاة الأتي

1. الخط الساخن يكون خطا واحد تتفرع منه تفريعات عند كل حمام في المبني. و يبداء الخط بقطر كبير نسبيا في اقرب نقطة للخزان و يقل تدريجيا حتي يصل الي اقل قطر عند ابعد نقطة من الخزان
2. الخط البارد تقليدي مثل اي عمارة عادية حيث يبداء بقطر كبير في اول نقطة من الشارع و يقل تدريجيا حتي يصل الي اقل قطر عند ابعد نقطة.
3. هناك خط الثالث ( الراجع ) يتم تنفيذه للحمامات البعيدة عن موقع الخزان بحيث يقوم بسحب المياه الفاترة من هذا الحمام البعيد و استبدالها بماه ساخنة من الخزان , فتصل المياه الساخنه فور فتح الصنابير. و يتم هذا بتركيب مضخة تدوير صغيره (مضخة الراجع) – Circulation Pump. في حال عدم تنفيذ خط راجع يربط دورات المياه والمطابخ بالسخان فإنا المياه الحارة لن تصلنا مباشرة بل سنضطر للانتظار قليلاً لحين وصول الماء الحار وهنا أصبح السخان المركزي يعمل وكأنه سخان عادي وينتج عن ذلك هدر بالمياه الباردة التي تخرج لحين وصول الماء الحار, و هذا الخطاء الفادح يقع فيه الكثير من المبتدئين و شركات الطاقة الشمسية قليلة الخبرة.
4. يجب عزل مواسير المياه الساخنة عزلا حراريا جيدا للتقليل من عملية الفقد الحراري و عدم تنفيذ ذلك يؤدى إلى فرق كبير في درجة الحرارة بين السخان الشمسي و نقطة الأستخدام. و يتم ذلك طبقا للمواصفات المتوفرة في عزل مواسير الفريون للمكيفات العادية و هي كما يلي:
   – نوع العزل : الصوف الزجاجي .
   – سمك العزل : من 1 إلى 12 بوصة .
   – شكل العزل : عبارة عن مواسير من الصوف الزجاجي ذات أطوال 2 متر مزودة بفتحة طولية لأماكن دخول ماسورة المياه منها ومزودة أيضا بلاصق لإحكام الإغلاق على الماسورة بعد تركيبها و كذلك واقي عاكس للحماية من العوامل الجوية.
   – قطر ماسورة العزل : متوفر بأقطار عديدة لكى تتواءم مع أقطار مواسير المياه
5. للمحافظة علي العزل وضمان عدم تلفه نتيجة العوامل الجوية يجب عمل غلاف خارجي حول العزل من الألمنيوم او الحديد المجلفن المقاوم للصدأ.

بعض الأسئلة الشائعة حول السخانات الشمسية

1. كيف يمكن تحديد حجم السخانات الشمسية؟
   الاستهلاك العادي للشخص حوالي 50 لتر مياه ساخنة يوميا. فمثلأ عائلة تتكون من 5 اشخاص تحتاج الي سخان سعته من 250 الي 300 لتر لكافة الأستخدامات المنزلية خلأل اليوم
2. ما هي درجة الحرارة التي يتم ظبطها للترموستات
   من الضروري ضبط المنظم الحراري ( الترموستات ) في السخانات الشمسية عند درجة حرارة منخفضة ( 50 درجة مئوية مثلا ) حتى يتم الأستفادة القصوي من المنظومة فلأ يعمل عنصر التسخين المساعد سلبيا الأ لفترات محدودة قدر الامكان
3. هل يمكن استعمال السخان الشمسي في الشتاء؟
   في الشتاء تكون أشعة الشمس ضعيفة و لذلك السخانات الشمسية تعمل بنظام هجين hybrid من الطاقة الشمسية و الكهرباء التقليدية. يجب تصميم السخان بحيث لأ تزيد نسبة الأعتماد علي الطاقة التقليدية عن 40% في الشتاء
4. ما هي زاوية ميل المجمعات الشمسية؟
   يتم توجيه المجمعات الشمسية نحو الجنوب في النصف الشمالي من الكرة الأرضية مع تفادى حدوث ظلال على سطح المجمع من المباني المجاورة, تماما مثل الألواح الشمسية
   كما يتم استخدام افضل زاوية ميل شتوية طبقا للموقع الخغرافي, و بصفة عامة في مصر مثلآ هذه الزاوية 46 في الساحل الشمالي و 40 جنوبا عند أسوان
5. لماذا يكون التدفق عند مخرج ماء ضعيف في بعض الأحيان؟
   يحدث ذلك في سخان الأنابيب المفرغة عندما تكون المياه غير مضغوطة بصورة كافية بسبب ان فرق الأرتفاع بين الخزان الشمسي و فتحة المخرج غير كافية و حل هذه المشكلة يكون إما بزيادة ارتفاع السخان و وضعه في مكان اعلي أو بزيادة أقطار الأنابيب.
   اما سبب ضعف الماء في السخانات الشمسية المسطحة المضغوطة هو انسداد المواسير النحاس بسبب الرواسب أو تلف مضخة الضغط.
6. ما هي المشاكل الكامنة في المنظم الإلكتروني و الحساس؟
   إن الوظيفة الرئيسية للمنظم هي التعبئة الأوتوماتيكية للماء في الخزان و التحكم بالسخان الكهربائي الأحتياطي. والمنظم لا يعمل بشكل صحيح عند تلف الحساس فلا يمكنه إظهار قيم حقيقية للحرارة ولا لمنسوب الماء وبالتالي عدم التحكم بالصمام الكهربائي بالشكل المطلوب. و العمر التشغيلي للحساس ليس طويلا فيجب تنظيفه أو تبديله بصورة دورية.
7. ما هي الصيانة التي يجب ان اقوم بها للسخان؟
   تنظيف أسطح المجمعات الشمسية كلما دعت الضرورة ، وخاصة في المواسم ذات الرياح المتربة