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 خورشيدی هزينه های انرژی را کاهش می دهد چون از انرژی رايگان خورشيدی استفاده می کند. از آنجايی که مصرف سوخت های فسيلی را کاهش می دهد، به دليل تأثير مستقيم در کاهش ميزان انتشار گازهای گلخانه ای، به ما در داشتن محيطی 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.
آبگرمکن خانگی خورشیدی
جالب است بدانید که گرمایش آب و فضا مجموعاً بیش از ۸۰% انرژی را در ساختمان‌ها مصرف میکند و بنابراین بیش از یک سوم کل انرژی مصرفی جهان در جهت گرمایش مصرف می‌شود. از این میان گرمایش آب به طور متوسط ۲۰ تا ۳۰ درصد کل انرژی مصرفی در خانه را مصرف میکند. بنابراین با استفاده از آبگرمکن خورشیدی می‌توان سالیانه ۷۰% انرژی مورد نیاز برای گرمایش آب را تامین کرد.
بخش اصلی یک آبگرمکن خورشیدی کلکتور آن است که خود شامل یک ورق است که به‌وسیله تابش کلی خورشید حرارت یافته و حرارت خود را به یک سیال جذب کننده (مانند آب ) که داخل لوله در حال جریان است، منتقل میکند. رنگ این ورق همیشه تیره انتخاب می‌شود و دارای پوشش خاصی است که بتواند ضریب جذب انرژی را به حداکثر و ضریب پخش را به حداقل برساند. برای رسیدن به دمای بالا، مجموعه ورق و لوله‌ها را در داخل یک جعبه عایق با روکش شیشه قرار می‌دهند تا از اثر گلخانه‌ای بتوان استفاده کرد
آبی که با این روش گرم می‌شود، بر اثر اختلاف دما و با گردش طبیعی وارد یک تانک دوجداره شده و آب مخزن را گرم میکند. این آب گرم شده یا به طور مستقیم به مصرف گرمایش خانوار می‌رسد و یا توسط یک مبدل حرارتی دمای آب مصرفی خانواده را افزایش می‌دهد. شکل زیر طرح ساده ای از این آبگرمکن را نشان می‌دهد
آبگرمکن های خورشیدی خانگی از نظر کارکرد به دو دسته ترموسیفونی و پمپی تقسیم می شوند:
۱-آبگرمکنهای خانگی توموسیفونی
الف) با مخزن افقی ساختار و عملکرد این دسته از آبگرمکن های خورشیدی نسبتا ساده می باشد هر آبگرمکن از یک مخزن و تعدادی کلکتور تشکیل شده که عملکرد آن بستگی زیادی به شرایط زمانی و مکانی ( منطقه جغرافیایی) خواهد داشت. صفحات جاذب کلکتورها انرژی تابشی خورشید را جذب و به گرما تبدیل می کند. لولههای رایزر متصل به این صفحات گرمای جذب شده را به سیال عبوری منتقل میکند. درصورتیکه سیستم (Indirect) باشد، سیال گرم در مخزن ذخیره می شود (متشکل از منبع ذخیره دو جداره ) سیال گرم ( محلول آب و ضد یخ ) وارد جداره خارجی شده و آب مصرفی را گرم می کند.
ب) ترموسیفون مستقیم (Direct) با سیستم لوله حرارتی استفاده از این سیستم در جاهایی که دمای زیر صفر دارد توصیه نمی شود چرا که سیال گردش داخل کلکتور همان آب مصرفی است و ممکن است در اثر پائین آمدن دما در فصول سرد این آب یخ بزند و سبب ترکیدگی لوله های کلکتور گردد. مخزن سیستم تحت فشار آب شهری نیست و به همین دلیل فشار آب گرم خروجی تابع ارتفاع تانک می باشد.
۲- آبگرمکنهای خانگی پمپی:
این سیستم از یک مخزن ، دو کلکتور و یک پمپ تشکیل یافته است توضیح مربوط به کلکتورهای مخزن این سیستم دقیقا مشابه توضیحات ذکر شده سیستم ترموسیفونی می باشد با این تفاوت که مخزن این سیستم در هر جایی از ساختمان می تواند قرار بگیرد دراینصورت آنرا جدا از کلکتور و در نزدیکترین مکان به محل مصرف قرار می دهند از این نوع سیستم به عنوان سیستم کمکی یا پیش گرمکن نیز می توان بهره گرفت افزودن این پمپ سیرکولاسیون به مدار سبب افزایش راندمان و توان خروجی محصول می گردد.
انواع کلکتورهای خورشیدی
کلکتورهای تخت Flat-plate collectors
این کلکتور ساده‌ترین و پر استفاده‌ترین نوع کلکتور به‌شمار می‌رود. ساختار آن به شکل یک جعبه مستطیل شکل بوده که در داخل آن یک صفحه جاذب فلزی از جنس مس یا آلومینیوم با پوششی به رنگ‌های خاص است. این صفحه، جاذب انرژی حرارتی خورشید است. در زیر صفحه، لولههای کوچکی قرار گرفته که آب یا سیال انتقال حرارت در آن‌ها جریان دارد. اطراف کلکتور به منظور کاهش اتلاف حرارتی عایق بندی شده است. روی سطح جعبه نیز از پلاستیک شفاف یا شیشه پوشیده شده است.
کلکتورهای تحت خلا Evacuated-tube collectors
جمع كننده خورشيدي تحت خلاء كه به Collector Glass-Metal معروف ميباشد همانند يك مبدل حرارتي دو لولهاي از دو لوله متداخل فلزي و شيشهاي تشكيل شده است. دراين جمعكننده عموماً لوله فلزي از جنس مس ميباشد كه بنام لوله جاذب بوده بطوريكه سيال در داخل آن جريان دارد و لوله شيشهاي در بيرون قرار گرفته و از تلفات جابجايي بين محيط و لوله جاذب جلوگيري ميكند. جهت به حداقل رساندن تلفات جابجايي، فضاي بين دو لوله از هوا تخليه ميشود. عملكرد اين مبدل به صورت ترموسيفون بوده كه بواسطه آن جريان سيال گرم در داخل جمع كننده در اثر اختلاف دانسيته سيال گرم و سردصورت مي‌گيرد. در اثر جريان سيال گرم در داخل مخزن ذخيره كوئل‌دار، آب مصرفي گرم ميشود.
