? **استفاده از انرژی حرارتی خورشید** - PETROLMAN
X
تبلیغات
رایتل

PETROLMAN

**استفاده از انرژی حرارتی خورشید**




 

این تحقیق توسط آقای مهندس نوید پورسلطانی  ورودی ۸۵ از دانشگاه آزاد اسلامی واحد قوچان برای وبلاگ مهندسان شیمی قوچان ارسال شده است .

در صورتی که شما هم تحقیق و یا مقاله ای در ارتباط با مهندسی شیمی دارید می توانید همراه با مشخصات کامل خود به آدرس ایمیل مدیر وبلاگ ارسال نمایید تا با نام شما به صورت رایگان در معرض دید عموم قرار گیرد.

با تشکر مدیر وبلاگ مهندسان شیمی قوچان اسماعیل اسماعیل زاده.


  esmailzadeh.esmail@yahoo.com




استفاده از انرژی حرارتی خورشید:



این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی می‌باشد.

 

کاربردهای نیروگاهی:
تأسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شود این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:
 
نیروگاههایی که گیرنده آنها آینه‌های سهموی ناودانی هستند.
 
نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه‌های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می‌شود. (دریافت کننده مرکزی)
 
نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) می‌باشد.


قبل از توضیح در خصوص نیروگاه خورشیدی بهتر است شرح مختصری از نحوه کارکرد نیروگاه‌های تولید الکتریسیته داده شود.

 بهتر است بدانیم در هر نیروگاهی اعم از نیروگاههای آبی، نیروگاههای بخاری و نیروگاههای گازی برای تولید برق از ژنراتورهای الکتریکی استفاده می‌شود که با چرخیدن این ژنراتورها برق تولید می‌شود. این ژنراتورهای الکتریکی انرژی دورانی خود را از دستگاهی بنام توربین تأمین می‌کنند. بدین ترتیب می‌توان گفت که ژنراتورها انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. تأمین کننده انرژی جنبشی ژنراتورها، توربین‌ها هستند. توربینها انواع مختلف دارند در نیروگاههای بخاری توربینهایی وجود دارند که بخار با فشار و دمای بسیار بالا وارد آنها شده و موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین می‌گردد. در نیروگاه‌های آبی که روی سدها نصب می‌شوند انرژی پتانسیل موجود در آب موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین می‌شود.
بدین ترتیب می‌توان گفت در نیروگاههای آبی انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود، در نیروگاههای حرارتی بر اثر سوختن سوختهای فسیلی مانند مازوت، آب موجود در سیستم بسته نیروگاه داخل دیگ بخار (بویلر) به بخار تبدیل می‌شود و بدین ترتیب انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود در نیروگاههای گازی توربینهایی وجود دارد که بطور مستقیم بر اثر سوختن گاز به حرکت درآمده و ژنراتور را می‌گرداند و انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود. و اما در نیروگاههای حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخش‌های خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربینها است یا به عبارت دیگر می‌توان گفت که این نوع نیروگاهها شامل دو قسمت هستند:

1- سیستم خورشیدی که پرتوهای خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده تولید بخار می‌نماید.
2- سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاههای حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل می‌کند.

نیروگاه مخصوصی که برای تولید برق از انرژی گرمایی خورشید استفاده می کند. از این انرژی برای گرم کردن یک کوره آفتابی استفاده می‌شود که بخار لازم را تولید می‌کند. از این مرحله به بعد ، کار همانند نیروگاههای دیگر انجام می‌شود: بخار ، توربینها را می‌چرخاند و توربین هم ژنراتورها را بکار می‌اندازد تا برق تولید شود.

 

انواع نیروگاههای خورشیدی :

نیروگاههاى خورشیدى داراى انواع گوناگون و تفکیک پذیر هستند: نیروگاههایى که مستقیم با دریافت انرژى خورشید آنرا به انرژى الکتریکى تبدیل مى‌کنند و نیروگاههایى که پس از دریافت انرژى خورشید آنرا به گرما و پس از گذشت یک روند خاص ، به الکتریسیته تبدیل مى‌کند. سیستمهایى که از انرژى خورشید بهره مى‌برند، شامل سیستم فتوولتایى (PV) و سیستمهاى گرما شیمیایى ، تولید هیدروژن از انرژى خورشید است. در سیستم فتوولتایى که در اصل براى کاربردهاى فضایى ابداع و تکمیل شده بودند، انرژى نورى را مستقیم به انرژى الکتریکى تبدیل مى‌کنند.

 

 نیروگاههای حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی:
در این نیروگاهها، از منعکس کننده‌هایی که به صورت سهموی خطی می‌باشند جهت تمرکز پرتوهای خورشید در خط کانونی آنها استفاده می‌شود و گیرنده به صورت لوله‌ای در خط کانونی منعکس کننده‌ها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید گرم و داغ می‌گردد.
روغن داغ از مبدل حرارتی عبور کرده و آب را به بخار به مدارهای مرسوم در نیروگاههای حرارتی انتقال داده می‌شود تا به کمک توربین بخار و ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل گردد.

برای بهره‌گیری بیشتر و افزایش بازدهی لوله دریافت کننده سطح آن را با اکسید فلزی که ضریب بالایی دارد پوشش می‌دهند و همچنین در محیط اطراف آن لوله شیشه‌ای به صورت لفاف پوشیده می‌شود تا از تلفات گرمایی و افت تشعشعی جلوگیری گردد و نیز از لوله دریافت کننده محافظت بعمل آید.
ضمناً بین این دو لوله خلاء بوجود می‌آوردند برای آنکه پرتوهای تابشی خورشید در تمام طول روز به صورت

مستقیم به لوله دریافت کننده برسد.در این نیروگاهها یک سیستم ردیاب خورشید نیز وجود دارد که بوسیله آن آینه‌های شلجمی دائماً خورشید را دنبال می‌کنند و پرتوهای آن را روی لوله دریافت کننده متمرکز می‌نمایند.
تغییرات تابش خورشید در این نیروگاهها توسط منبع ذخیره و گرمکن سوخت فسیلی جبران می‌شوند. در چند کشور نظیر ایالات متحده آمریکا اسپانیا مصر مکزیک هند و مراکش از نیروگاه‌های سهموی خطی استفاده شده‌است که این نیروگاهها یا در مرحله ساخت و یا در مرحله بهره‌برداری قرار دارند.


- نیروگاههای حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی:

در این نیروگاه‌ها پرتوهای خورشیدی توسط مزرعه‌ای متشکل از تعداد زیادی آینه منعکس کننده بنام هلیوستات بر روی یک دریافت کننده که در بالای برج نسبتاً بلندی استقرار یافته‌است متمرکز می‌گردد. در نتیجه روی محل تمرکز پرتوها انرژی گرمایی زیادی بدست می‌آید که این انرژی بوسیله سیال عامل که داخل دریافت کننده در حرکت است، جذب می‌شود و بوسیله مبدل حرارتی به سیستم آب و بخار مرسوم در نیروگاه‌های سنتی منتقل شده و بخار فوق گرم در فشار و دمای طراحی شده برای استفاده در توربین ژنراتور تولید می‌گردد.
این سیال عامل در مبدلهای حرارتی در کنار آب قرار گرفته و موجب تبدیل آن به بخار با فشار و حرارت بالا می‌گردد. در برخی از سیستم‌ها سیال عامل آب است و مستقیماً در داخل دریافت کننده به بخار تبدیل می‌شود.
برای استفاده دائمی از این نوع نیروگاه در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد مثلاً ساعات ابری یا شبها از سیستم‌های ذخیره کننده حرارت و یا احیاناً از تجهیزات پشتیبانی که ممکن است از سوخت فسیلی استفاده کنند

جهت ایجاد بخار برای تولید برق کمک گرفته می‌شود.مطالعات و تحقیقات در زمینه فناوری و سیستمهای این نیروگاه‌ها ادامه دارد و آزمایشگاهها و مؤسسات متعددی در سراسر دنیا در این زمینه فعالیت می‌کنند.

- نیروگاه‌های حرارتی از نوع بشقابی :
در این نیروگاهها از منعکس کننده‌هایی که به صورت شلجمی بشقابی می‌باشد جهت تمرکز نقطه‌ای پرتوهای خورشیدی استفاده می‌گردد و گیرنده‌هایی که در کانون شلجمی قرار می‌گیرند به کمک سیال جاری در آن انرژی گرمایی را جذب نموده و به کمک یک ماشین حرارتی و ژنراتور آن را به نوع مکانیکی و الکتریکی تبدیل می‌نماید.

- دودکش‌های خورشیدی :
روش دیگر برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید استفاده از برج نیرو یا دودکش‌های خورشیدی می‌باشد در این سیستم از خاصیت دودکش‌ها استفاده می‌شود به این صورت که با استفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود ۲۰۰ متر و تعداد زیادی گرم خانه‌های خورشیدی که در اطراف آن است هوای گرمی که بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرمخانه تولید می‌شود و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گلخانه‌ها قرار دارد، هدایت می‌شود.
این هوای گرم بعلت ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد صعود کرده و با عث چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برج نصب شده‌است می‌گردد و بوسیله این ژنراتور برق تولید می‌شود هم اکنون یک نمونه از این سیستم در ۱۶۰ کیلومتری جنوب مادرید احداث گردیده که ارتفاع برج آن به ۲۰۰ متر می‌رسد.

4- مزایای نیروگاههای خورشیدی:
نیروگاه‌های خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کنند امید است در آینده با مزایای قاطعی که در برابر نیروگاه‌های فسیلی و اتمی دارند به خصوص اینکه سازگار با محیط زیست می‌باشند، مشکل برق را حل نمایند. تأسیس و بکارگیری نیروگاه‌های خورشیدی آینده‌ای پر ثمر و زمینه‌ای گسترده را برای کمک به خود کفایی و قطع وابستگی کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد.

اکنون شایسته‌است که به ذکر چند مورد از مزایای این نیروگاه‌ها بپردازیم.
الف) تولید برق بدون مصرف سوخت :
نیروگاه‌های خورشیدی نیاز به سوخت ندارند و برخلاف نیروگاه‌های فسیلی که قیمت برق تولیدی آنها تابع قیمت نفت بوده و همیشه در حال تغییر می‌باشد. در نیروگاه‌های خورشیدی این نوسان وجود نداشته و می‌توان بهای برق مصرفی را برای مدت طولانی ثابت نگهداشت.
ب) عدم احتیاج به آب زیاد :
نیروگاه‌های خورشیدی بخصوص دودکشهای خورشیدی با هوای گرم احتیاج به آب ندارند لذا برای مناطق خشک مثل ایران بسیار حائز اهمیت می‌باشند. (نیروگاه‌های حرارتی سنتی هنگام فعالیت نیاز به آب مصرفی زیادی دارند).
پ) عدم آلودگی محیط زیست :
نیروگاه‌های خورشیدی ضمن تولید برق هیچ‌گونه آلودگی در هوا ندارند و مواد سمّی و مضر تولید نمی‌کنند در صورتی که نیروگاه‌های فسیلی هوا و محیط اطراف خود را با مصرف نفت ، گاز و یا زغال سنگ آلوده می‌کنند. نیروگاه‌های اتمی با تولید زباله‌های هسته‌ای خود که بسیار خطرناک و رادیواکتیو هستند محیط زندگی را آلوده می‌کنند و مشکلات عظیمی را برای ساکنین کره زمین به وجود می‌آورند.
ت) امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای :
نیروگاه‌های خورشیدی می‌توانند با تولید برق به شبکه سراسری برق نیرو برسانند و در عین امکان تأمین شبکه‌های کوچک ناحیه‌ای، احتیاج به تأسیس خطوط فشار قوی طولانی جهت انتقال برق ندارند و نیاز به هزینه زیاد احداث شبکه‌های انتقال نمی‌باشد.
ث) استهلاک کم و عمر زیاد :
نیروگاه‌های خورشیدی بدلایل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی می‌باشند در حالی که عمر نیروگاه‌های فسیلی بین ۱۵ تا ۳۰ سال محاسبه شده‌است.
ج) عدم احتیاج به متخصص :
نیروگاه‌های خورشیدی احتیاج به متخصص عالی ندارند و می‌توان آنها را بطور اتوماتیک بکار انداخت، در صورتی که در نیروگاه‌های اتمی وجود متخصصین در سطح عالی ضروری بوده و این دستگاهها احتیاج به مراقبتهای دائمی و ویژه دارند.

4-3-2- کاربردهای غیر نیروگاهی :
کابردهای غیر نیروگاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی می‌باشد که اهم آنها عبارت‌اند از: آبگرمکن و حمام خورشیدی سرمایش و گرمایش خورشیدی آب شیرین کن خورشیدی خشک کن خورشیدی اجاق خورشیدی کوره‌های خورشیدی و خانه‌های خورشیدی.

 الف آبگرمکن‌های خورشیدی و حمام خورشیدی:
تولید آب گرم مصرفی ساختمانها اقتصادی‌ترین روشهای استفاده از انرژی خورشیدی است می‌توان از انرژی حرارتی خورشید جهت تهیه آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکانهایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد استفاده کرد. چنانچه ظرفیت این سیستمها افزایش یابد می‌توان از آنها در حمامهای خورشیدی نیز استفاده نمود.

 

الف-1- نحوه ی کار آبگرمکنهای خورشیدی :

مهمترین قسمت هر سیستم آبگرمکن خورشیدی یا SWH (Solar water heating) عبارتست از آرایه کلکتورهای آن که وظیفه جذب انرژی خورشیدی و تبدیل آن به حرارت را به عهده دارند. حرارت دریافت شده از طریق سیال عامل (آب، مایع ضد یخ یا هوا) که از داخل کلکتور عبور میکند جذب میشود. این حرارت میتواند مستقیماً مورد استفاده قرار گیرد یا اینکه در یک منبع ذخیره حرارتی، برای استفاده های بعدی ذخیره شود. اجزاء مختلف سیستمهای انرژی خورشیدی دائماً در معرض شرایط جوی هستند، لذا این قطعات باید بتوانند در مقابل یخ زدگی یا افزایش بیش از حد حرارت و هنگامیکه تقاضا برای مصرف کم است بطور مناسب محافظت شوند.

در سیستمهای آبگرمکن خورشیدی، آب مصرفی یا بطور مستقیم با عبور از کلکتور گرم میشود (سیستمهای گردش مستقیم) یا اینکه بطور غیر مستقیم و توسط یک مبدل حرارتی که خود در یک سیکل بسته توسط سیال داخل کلکتور گرم شده است، گرما میگیرد (سیستم گردش غیر مستقیم). سیال عامل نیز یا به صورت طبیعی ( غیر فعال یا پسیو) جابجا میشود یا اینکه بصورت اجباری به گردش در می آید (فعال یا اکتیو). گردش طبیعی سیال عامل بر اثر پدیده ترموسیفون بوجود میآید در حالیکه برای گردش اجباری این سیال از یک پمپ استفاده میشود. غیر از سیستمهای ترموسیفون و سیستمهایی که کلکتور و منبع ذخیره یکپارچه دارند، سایر سیستمهای گرمایش آب توسط ترموستاتهای تفاضلی کنترل میشوند.

پنج نوع از سیستمهای خورشیدی میتوانند برای گرم کردن آب مصرفی یا بهداشتی مورد استفاده قرار گیرند که عبارتند از: ترموسیفون، کلکتور- مخزن یکپارچه، گردش اجباری، غیر مستقیم و هوا. دوسیستم اول سیستمهای غیر فعال (پسیو) نامیده میشوند، اما سه سیستم دیگر سیستمهای فعال (اکتیو) هستند، چون یک پمپ یا فن برای گردش سیال عامل در آنها نصب میشود. برای جلوگیری از یخ زدگی کلکتور در سیستمهای مستقیم از گردش معکوس(recirculation) یا تخلیه(drain-down) و در سیستمهای غیر مستقیم از تخلیه برگشتی (drain-back) استفاده میشود.

 

 

 

تمامی این سیستمها دارای مزایای اقتصادی خوبی هستند و بسته به نوع سوخت جایگزین، دوره بازگشت سرمایه برای آنها بین 4 سال (برای الکتریسیته) و 7 سال (برای دیزل) میباشد.

البته دوره بازگشت سرمایه، در کشورهای مختلف بستگی به شاخصهای اقتصادی، نظیر میزان تورم و قیمت انواع سوخت و غیره دارد. امروزه در دنیا به میزان بسیار زیادی از کلکتورهای خورشیدی برای آبگرمکنهای خورشیدی استفاده میشود.

 

الف-2-انواع کلکتورهای بکار رفته در آبگرمکنهای خورشیدی:

1-کلکتورهای نوع صفحه تخت (Flat Plate Collectors - FPC)

 2- کلکتورهای نوع جفت سهموی (Compound parabolic collectors)

 3- کلکتورهای لوله خلاء (ETC Evacuated tube collectors)

این کلکتورها اغلب بصورت ثابت در محل خود نصب میشوند و نیازی به دنبال کردن خورشید ندارند.

 

-الف-3-نحوه قرار گیری و اجزای کلکتورهای FPC :

این کلکتورها باید رو به خط استوا نصب شوند، بطوریکه در نیمکره شمالی به سمت جنوب و در نیمکره شمالی بسمت شمال قرار گیرند. زاویه شیب مناسب برای این کلکتورها برابر با عرض جغرافیایی منطقه نصب است که بسته به نوع سیستم، این زاویه بین 5 تا 10 درجه افزایش یا کاهش می یابد.

کلکتورهای صفحه تخت عموماٌ از قسمتهایی که در شکل زیر نمایش داده شده اند تشکیل میشوند.

 

 

شیشه: یک یا چند صفحه شفاف شیشه ای یا از جنس مواد دیاترموس (عبور دهنده پرتو)

لوله ها،پره ها، کانالها :برای هدایت و انتقال سیال عامل از ورودی به خروجی

صفحات جاذب: صفحه هایی تخت، موج دار، یا شیار داری که لوله ها، پره ها یا کانالهایی به آنها وصل شده اند. یا اینکه ممکن است لوله ها بصورت یکپارچه و قسمتی از صفحات باشند.

هدرها یا مانیفولدها: برای جمع آوری و تخلیه سیال

عایق: برای به حداقل رساندن افت حرارتی در اطراف صفحه جاذب

محفظه نگهدارنده: برای در بر گرفتن اجزای فوق الذکر به جهت حفاظت از آنها در مقابل گرد و خاک، رطوبت هوا و غیره.

 

 

4-3-2- ب گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی:
(اولین خانه خورشیدی در سال ۱۹۳۹ساخته شد که در آن از مخزن گرمای فصلی برای بکارگیری گرمای آن در طول سال استفاده شده‌است.) گرمایش و سرمایش ساختمانها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه‌ای بود که در سالهای ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی رسید. با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستم‌های خورشیدی می‌توان علاوه بر آب گرم مصرفی و گرمایش از این سیستم‌ها در فصول گرما برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد.
نحوه ی عملکرد سیستم پمپ حرارتی خورشیدی:

پمپهای حرارتی با استفاده از انرژی مکانیکی، انرژی حرارتی را از یک محل به یک منبع حرارتی منتقل میکنند. پمپهای حرارتی که بوسیله الکتریسیته راه اندازی میشوند در مقایسه با گرمکنهای الکتریکی یا سوختهای گرانقیمت دارای دو مزیت هستند: ضریب عملکرد (COP) این پمپها به اندازه ای بالاست که میتوانند بازای هر کیلووات ساعت انرژی تغذیه شده به کمپرسور، 11 تا 15 مگاژول گرما بدهند که این امر موجب صرفه جویی در هزینه های تامین انرژی میشود. پمپهای حرارتی آب به هوا، که از آب گرم شده توسط خورشید بعنوان منبع انرژی اواپراتور استفاده میکنند را میتوان بعنوان منابع کمکی گرمایی استفاده کرد. استفاده از آب مشکلات یخ زدگی را دارد که باید مد نظر قرار گیرد. سیستمهای خورشیدی که از سیال مایع استفاده میکنند در دمایی کمتر از سیستمهای متداول کار میکنند و از تجهیزات بیشتری برای هدایت گرما به ساختمان استفاده میکنند.

 

-ب-1-گرمایش پسیو خورشیدی در ساختمان :

برای گرمایش خورشیدی پسیو دو اقدام اولیه باید صورت گیرد:

1- استفاده از شیشه در وجه جنوبی

2- استفاده ازجرم حرارتی جهت جذب کردن، ذخیره سازی و انتشار گرما

در اینجا 3 رهیافت برای سیستم های پسیو وجود دارد: کسب مستقیم – کسب غیر مستقیم – ایزوله کردن

هدف همه سیستم های گرمایش خورشیدی ذخیره سازی گرما توسط مصالح ساختمانی و رها سازی آن در زمانهایی است که تابش خورشید وجود ندارد. هنگامیکه مصالح ساختمانی گرما را برای استفاده های بعدی ذخیره می نمایند گرمایش خورشیدی فضای مطلوبی را برای داخل خانه مهیا می نماید.

 

 

1) کسب مستقیم :

معمولترین سیستم خورشیدی پسیو، کسب مستقیم نامیده میشود. کسب مستقیم مربوط به نور خورشید است که از پنجره ها وارد ساختمان میشود و فضای داخلی منزل را گرم میکند. طی ساعات آفتابی این گرما در جرمهای حرارتی سقفها یا دیوارهای داخلی با جنس آب، سنگ، بتون آجر ذخیره میشود. گرمای ذخیره شده در جرم حرارتی در طی ساعاتی که آفتاب غروب کرده است به درون منزل منتقل میشود. طراحی یک سیستم کسب مستقیم عبارت است از محاسبه سطح پنجره و میزان جرم حرارتی مورد نیاز جهت گرم کردن فضای منزل بطور کلی مساحت شیشه درکسب مستقیم باید حداقل 7 صدم مساحت سقف خانه باشد و از 12 درصد آن تجاوز نکند. در کسب مستقیم شیشه های دوجداره نیز توصیه میشوند.

در این سیستم فضای منزل ، یک کلکتور خورشیدی، جاذب گرما و سیستم توزیع می باشد. شیشه ضلع جنوبی انرژی خورشیدی را به داخل خانه جائیکه جرم حرارتی مانند دیوارها و کف بطور مستقیم و غیر مستقیم تحت تابش این نور قرار می گیرند هدایت می کند. سیستم کسب مستقیم  75- 40  درصد از انرژی خورشیدی برخورد کرده به پنجره را مصرف می کند.

در سیستم کسب مستقیم دیوارها و کفها به عنوان جرم حرارتی بخشهای عملیاتی خانه هستند. همچنین می توان با استفاده از مخازن آب ،گرما را ذخیره کرد اگرچه استفاده از مجموعه مخازن آب در نقشه ساختمان دشوار می باشد .

جرم حرارتی در اثر جذب گرما در طی روز گرم می شود و در شب گرما را به فضای منزل هدایت می کند اکثر سیستمهای خورشیدی پسیو با عطف به جرم حرارتی یا موادی با ظرفیت جذب و ذخیره گرمای بالا (آجر،بتون،موزائیک،آب) کار میکنند. جرم حرارتی را میتوان در نقشه ساختمان، در قسمتهای سقف، دیوارهای داخلی، شومینه یا بالکنها بکار برد. این سطوح نیاز به تابش مستقیم خورشید ندارند اما باید رنگ آنها تیره باشد. میزان ذخیره سازی حرارت مواد مختلف وابسته به هدایت حرارتی، گرمای ویژه و چگالی آنها میباشد. اغلب با افزایش چگالی، رسانایی گرما نیز افزایش مییابد.نکات مهمی که در مورد سقف باید به آنها توجه کرد، عبارتنداز:

نوع رنگ، رنگ. بتن، آجر، کاشیهای شیشه ای و سرامیک تیره همچنین دیوارهای داخلی و شومینه جهت ذخیره سازی گرما به جرم بیشتری نیاز دارند. از نقطه نظر انرژی بکار بردن چندین جرم حرارتی در منزل دشوار خواهد بود ولی جرم حرارتی که جهت ذخیره سازی حرارت بکار می‏رود زیاد گران نیست.

قوانین کلی سیستم کسب مستقیم:

1- تحلیل یک ذخیره ساز گرمای خورشیدی که برای رسانش گرما به منزل استفاده می شود.

2- ضخامت مصالح جرم حرارتی از 15- 24 سانتی مترتجاوز نکند.

3- کفهایی که بعنوان جرم حرارتی استفاده می شوند نباید توسط فرشهای سرتاسری کاملاً پوشیده شده و تا حد ممکن کاملاً بدون کف پوش باشند.

4- استفاده از رنگ تیره برای کفها ، استفاده از رنگ روشن برای دیوارهای کم جرم و هر رنگ دلخواه برای دیوارهایی که بعنوان جرم حرارتی استفاده می شوند .

5- برای هر0.09 مترمربع شیشه جنوبی ، 67.9 کیلوگرم مصالح ساختمانی یا 15- 12 لیتر آب به عنوان جرم حرارتی استفاده می شوند.

6- حفره های بلوکهای بتنی که بعنوان ذخیره ساز حرارتی استفاده می شوند با بتون پر شوند.

7- استفاده از جرم حرارتی با ضخامت کم درفضای مسکونی با صرفه تر از جرم کلفترسطوح متمرکز کننده می باشد .

8- مساحت سطوح جرمی بی حفاظ در معرض تابش باید 9 برابر مساحت شیشه ها باشد.

9- دمای خورشیدی بدون استفاده از جرم حرارتی در کسب مستقیم استفاده می شود.

گرمایش خورشیدی پایه ترین تکنیک خورشیدی پسیو است که شامل افزایش تعداد پنجرهها در وجه جنوبی و جنس پنجره ها به عنوان جرم حرارتی که اغلب در منازل رعایت میشود می باشد. در خانه خورشیدی حدود 25% پنجرهها روبه جنوب بوده و 3% آن در سقف خانه ها قراردارد. صرفه جویی انرژی در این روش کم بوده اما هزینه پایینی در بردارد.

2)کسب غیر مستقیم :

در یک سیستم کسب غیر مستقیم، جرم حرارتی بین فضای منزل و خورشید قرار گرفته پرتو خورشیدی که به آن می رسد را جذب می کند و از طریق رسانش به فضای منزل منتقل می کند. سیستم کسب غیر مستقیم 45-30 درصد از انرژی خورشیدی که به شیشه بعنوان جرم حرارتی می رسد مصرف می نماید.

 

انواع سیستمهای کسب غیر مستقیم عبارتند از:

1- سیستم دیوار انباشتگر حرارت (دیوارهای ترومب)

2- سیستم حوضچه ای

3- دیوار آبی

 

1)دیوار ترومب :

در این سیستم، جرم حرارتی تقریباً پشت شیشه ضلع جنوبی قرار داده می شود.

دریچه هایی در بالا و پایین دیوار ترومب وجود دارند که به گرما اجازه جریان یافتن از این دیوار و شیشه به داخل منزل را می دهند. شبها وقتیکه دریچه ها بسته شوند تابش حرارت از دیوار، فضای منزل را گرم می نماید. این دیوار تکنیکی برای گرفتن گرمای خورشید بوده و توسط مهندس فرانسوی فلیکس ترومب ساخته شد. قسمتی از دیوار جنوبی که از مواد جرم حرارتی مثل بتن ساخته شده‏اند را با شیشهای که در فاصله 0.05 متراز سطح واقع شده است میپوشانند. نور خورشید وارد شده و گرما توسط شیشه محبوس میشود و به دیوار در جذب آن کمک میکند. سپس گرما به داخل خانه در ساعات شبانه و غروب تابیده میشود. دیوارهای ترومب نیازی به تهویه ندارند زیرا هدف گردش هوای گرم بوده و گرفتن گرما از طریق تابش از دیوار میباشد.

دیوار ذخیره ساز حرارت باید جامد باشد و هیچ دریچه یا منفذ بازی به بیرون یا فضای منزل نداشته باشد. در تابستان دیوار ترومب بازده بهتری نسبت به روش کسب مستقیم دارد. دیوارهای ترومب با پنجرههای روش کسب مستقیم در همان دیوار ترکیب میشوند. شیشههای دو جداره نیز برای ذخیره حرارت توصیه میشوند بین شیشه و جرم حرارتی 7.62- 2.54  سانتی متر فاصله باید باشد.

 2)سیستم های حوضچه ایی :

در بام های مسطح 0.3-0.15 متر آب ذخیره می شود. این سیستم بهترین سیستم سرمایشی برای مناطق با رطوبت کم می باشد، ولی برای مناطق مرطوب آب باید در مخازن فایبرگلاس یا پلاستیکی بزرگ قرار گیرد که توسط شیشه پوشیده شده و فضای زیر آن توسط تابش گرم می شود.

3) دیوار آبی:

 آب در مخازن صلبی نگهداری میشود. ظرفیت ذخیره گرمای آب دو برابر بیشتر از جرم حرارتی میباشد. بنابراین به نسبت حجم کمتر از جرم حرارتی نیاز میباشد. حداقل 13.23 لیترآب به ازای هر فوت مربع شیشه در مخزن ریخته میشود. حتی یک لوله داغ داخل دیوار یا یک استخر نیز بعنوان جرم ذخیره ساز حرارت استفاده میشود.

 

قوانین کلی سیستم کسب غیر مستقیم برای دیوارهای ترومب:

1- دیوار جرمی رو به خورشید بوده و تیره رنگ باشد .

2- حداقل فاصله 0.1 متر بین دیوار جرم حرارتی و شیشه وجود داشته باشد.

3- دریچه هایی که در دیوار جرم حرارتی استفاده می شوند، باید هنگام شب بسته باشند .

4- اگر عایق متحرک شبانه در سیستم دیوار حرارتی استفاده شود، مساحت دیوار جرم حرارتی حدود 15% کاهش می یابد .

5- اگر جنس دیوار حرارتی آجری باشد ضخامت تقریبی ان 0.35-0.25 متر برای بتن0.45-0.3 متر برای خشت خام وسایر مصالح 0.3-0.2 متر و برای آب حداقل 0.15 مترباید باشد.

 

 

 

3)ایزوله کردن خانه :

یک سیستم ایزوله مجموعه بخشهایی جدای از قسمت اصلی خانه دارد، مثل یک اتاق خورشیدی و یک مدار منتقل کننده حرارت از کلکتور به سیستم انباشتگر خانه و از نقاط تمایز این سیستم با سایر سیستم ها عایق نمودن منزل مسکونی می باشد. 

سیستم ایزوله 30-15 درصد از نور خورشید که به شیشه جهت گرمایش فضای منزل می رسد را استفاده می کندو همچنین انرژی خورشیدی را در اتاقهای خورشیدی حفظ می نماید.

ظاهراً اتاقهای خورشیدی یا گلخانه های خورشیدی ترکیبی ازسیستم های کسب مستقیم وغیرمستقیم می باشند. نور خورشیدی ورودی به اتاق خورشیدی در جرم حرارتی ذخیره می شود . نور خورشید توسط رسانش از دیوار جرمی مشترک بین منزل و گلخانه به داخل منزل منتقل می شود.

 

-2- سیستم گرمایش با سیال عامل هوا :

طرح شماتیک یک سیستم گرمایش خورشیدی که از هوا بعنوان سیال عامل استفاده کرده و سیستم ذخیره حرارتی آن از نوع بستر شنی میباشد در شکل نمایش داده شده است. یک گرمکن کمکی نیز در این سیستم تعبیه شده است. با تغییر وضعیت دریچه های تنظیم کننده میتوان حالات کارکردی مختلفی برای سیستم ایجاد کرد.

 

 

در اغلب سیستمهای هوائی، عملاً امکان اضافه کردن و برداشت همزمان از منبع ذخیره حرارتی وجود ندارد. گرمکن کمکی نیز میتواند گرمای ارسالی از سوی کلکتورها یا منبع ذخیره را گرمتر کرده و برای مصرف به ساختمان ارسال کند. شکل زیر جزئیات بیشتری را نمایش میدهد. دمنده ها، کنترلرها، نحوه تآمین آب گرم و جزئیات بیشتری از دریچه های تنظیم هوا قابل مشاهده است.

 

 

سیال عامل هوا است و سیستمهای گرمایش هوا نیز میتوانند بطور مشترک استفاده شوند. سیستمهای کنترل نیز میتوانند بخوبی هر دو سیستم را کنترل کنند. علاوه بر معایبی که در سیستمهای آبگرمکن هوائی وجود دارد، مشکل اضافه کردن سیستمهای تهویه مطبوع را نیز باید برای این سیستمها در نظر گرفت. دست آخر اینکه کلکتورهای هوایی دارای ظرفیت حرارتی کمتری نسبت به کلکتورهای آبی هستند و به همین خاطر دارای  کمتری نسبت به کلکتورهای آبی میباشند.

معمولاً کلکتورهای هوایی که در گرمایش هوا مورد استفاده قرار میگیرند با نسبت جریان ثابت کار میکنند، بنابراین دمای خروجی آنها در طول روز تغییر میکند. البته میتوان میزان دمای خروجی را ثابت نگه داشت و بدین ترتیب شدت جریان هوا در طول روز متغیر خواهد بود. اما این امر میتواند موجب کاهش  در کلکتورها شود و بدین ترتیب، هنگام کاهش شدت جریان هوا بازده کلکتور کاهش می یابد.

نحوه ی عملکرد یخچال خورشیدی :

راه های بسیاری وجود دارند که میتوان انرژی خورشید را با پروسه تولید سرما ادغام کرد. سرمایش خورشیدی را هم میتوان از طریق گرمایش خورشیدی بعنوان منبع گرمایی و هم از طریق فتوولتائیک بعنوان منبع الکتریکی ایجاد کرد. این کار را میتوان با روشهای جذبی و جذب سطحی از طریق گرمایش و یا با استفاده از یک یخچال معمولی که برق آن از فتوولتائیک تامین میشود انجام داد. سرمایش خورشیدی خصوصاً برای سرد نگهداشتن واکسنها در مناطقی که الکتریسیته در دسترس نیست یا برای سرمایش مکانها مورد استفاده قرار میگیرد.