امروزه با پیشرفت علم و گسترش انرژی های جدید، نگرانی انسان در نگه داری از طبیعت پیرامون خود دوچندان شده. استفاده از منابع تجدید ناپذیر و سوخت های آلود کننده محیط زیست از مشکلات جدی بشر امروز است. برای حل مشکل باید به دنبال انرژی های جدید و جایگزین باشیم، از آن جمله استفاده از انرژی ارزان و در دسترس خورشید است. انرژی خورشید به راحتی قابل ذخیره است. انرژی خورشیدی عظیم ترین منبع انرژی در جهان می باشد. این انرژی پاک، ارزان و بی پایان بوده و در تمام مناطق کشورمان و جهان قابل مصرف می باشد.

روند رو به­ رشد استفاده از آبگرمکن­ های خورشیدی در دنیا

گسترده ­ترین کاربرد انرژی ­های تجدیدپذیر استفاده از آن­ ها برای تولید حرارت است که به طور عمده به سوخت‌های زیستی و آب‌گرمکن‌های خورشیدی مربوط می‌شود. بر این اساس، یکی از پرکاربردترین انواع فناوری­ های مرتبط با انرژی ­های تجدیدپذیر، فناوری آبگرمکن­ های خورشیدی است.  

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.

سیستم های گرمایش خورشیدی با هوا

سیستم های گرمایش هوای خورشیدی ، از هوا یه عنوان جاذب و انتقال دهنده انرژی خورشیدی استفاده می کنند. کلکتورهای هوای خورشیدی می توانند مستقیما هوای هر اتاق را گرم یا هوایی که وارد کویل های پمپ حرارتی می شوند، پیش گرمایش کنند. کلکتورهای هوایی نسبت به آبی سریعتر تولید گرما می کنند از این رو آن ها انرژی مفید بیشتری نسبت به سایز مشابه خود در نوع آبی تولید می کنند.

کلکتورهای هوای خورشیدی معمولا درون دیوارها و سقف نصب می شوند. در این حالت روکش سقف ها می تواند یک سطح جاذب برای هوا ایجاد کند، هوا در 21 درجه سلسیوس وارد کلکتور شده و تا 32 درجه سلسیوس گرم می شود.  سرعت هوا در این حالت بین 5/1 تا 1/3 متر بر ثانیه می باشد

کلکتورهای هوا از قاب های عایق فلزی و یک سطح فلزی سیاه برای جذب گرما ساخته شده اند. تابش اشعه خورشید صفحه را گرم کرده و پس از آن هوا گرم می شود. فن یا دمنده هوا را از اتاق می کشد و پس از گرم کردن دوباره به اتاق باز می گرداند. کلکتورهای نصب شده روی سقف نیاز به کانال برای انتقال هوا بین اتاق و کلکتور دارند. کلکتورهای دیواری مستقیما درون دیوار جنوبی نصب می گردند و حفره هایی برای ورود و خروج هوا در آن ها تعبیه می گردند.

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:
آبگرمکن های خورشیدی خانگی از نظر کارکرد به دو دسته ترموسیفونی و پمپی تقسیم می شوند:

بخش اصلی تشکیل دهنده آبگرمکن خورشیدی مجموعه لوله هایی است به نام کلکتور collector که از یک استوانه شیشه ای با روکشی از یک ترکیب خاص تیره رنگ که اشعه آفتاب آنرا بشدت داغ می کند . در داخل این استوانه ها آب جریان دارد که با جذب گرمای استوانه گرم می شود

دلایل استفاده از آبگرمکن خورشیدی:

1)حفاظت محیط زیست

2)جلوگیری از افزایش گرمای زمین

3)انرژی پاک، ارزان، قابل دسترسی، پایان ناپذیر و ذخیره منابع انرژی تجدیدناپذیر

4)افزایش ضریب اطمینان ایمنی

5)دسترسی همیشگی به منبع انرژی

6)کاهش هزینه های انرژی گرمایی