كلكتور مهمترين قسمت هر آبگرمكن خورشيدي است و وظيفه دريافت انرژي خورشيد و گرم كردن آب در آبگرمكنهاي خورشيدي را برعهده دارد. كلكتورهاي خورشيدي از شيشه‌هاي نشكن با خلوص بالا بمنظور دستيابي به ضريب عبور نور بيش از 97/0 ساخته شده‌اند و صفحه جاذب آلومينيومي در اين كلكتورها از پوشش طيفي خاص بمنظور حداكثر جذب تابش خورشيد و حداقل صدور انرژي ساخته شده است. مسير جريان آب در لولههاي مسي و بصورت مارپيچي براي حداكثر دريافت انرژي طراحي شده است.
از ديگر اجزا آب گرمكن‌هاي خورشيدي مخزن ذخيره انرژي ميباشد كه انواع گوناگوني از مخازن، براي كارايي‌هاي مختلف قابل ارائه ميباشد. تمامي اين مخازن بمنظور كاهش تلفات حرارتي از آبگرم توليدي در كلكتورهاي خورشيدي و نگهداري آب گرم در روزها و شب‌هاي متوالي ميبايست با عايق‌حرارتي پوشانده شوند. همچنين تمامي آبگرمكنهاي خورشيدي براي افزايش كارايي داراي سيستم كنترل و پمپ مستقل ميباشند.
انواع آب گرمكن خورشيدي
آبگرمكنهاي خورشيدي به سه دسته زير تقسيم ميگردند:
1- آبگرم کن خورشيدي ترموسيفوني
2- آبگرم کن خورشيدي با جريان اجباري
3- كلكتور خورشيدي هيت پايپ
آبگرم کن خورشيدي ترموسيفوني
سيستمهاي گرمايش ترموسيفوني يکي از طرح‌هاي متداول و با کاربرد فراوان در استفاده از انرژي خورشيدي براي آب گرم مصرفي ساختمان ميباشد. اساس اين فرآيند استفاده از فرآيند ترموسيفوني براي سيرکولاسيون سيال ميباشد. در اين سيستمها انتقال حرارت با جابجايي طبيعي صورت گرفته و نياز به پمپ براي انجام سيرکولاسيون نميباشد. نحوه اجراي اين سيستم به گونهاي ميباشد، که اين سيستم بصورت موازي با سيستم موجود تامين آب گرم مصرفي نصب ميشود. سيستم ترموسيفوني بصورت پايه عمل نموده و در مواقعي که جوابگو نباشد از سيستم سابق استفاده ميگردد.
آبگرم کن خورشيدي با جريان اجباري
در اين سيستم سيرکولاسيون بصورت اجباري با پمپ صورت مي‌پذيرد، و مخزن ذخيره آب گرم در داخل موتورخانه ميباشد، سيستم کنترل خورشيدي بر اساس اختلاف دماي ما بين مخزن ذخيره و سيال کلکتور عمل نموده و فقط هنگامي سيرکولاسيون با فرمان به پمپ صورت مي‌پذيرد که سيال داخل کلکتور توانايي گرم نمودن آب مخزن دخيره را داشته باشد.
با اجراي سيستم خورشيدي براي ميزان مصرف و دماي آبگرم معين، سالانه بيشتر از 70 درصد در مصرف گاز صرفهجويي ميگردد. لازم بذكر است كه استفاده از اين سيستم موجب خواهد شد تا در بخش عمدهاي از سال شامل فصل گرم، بويلرهاي مجموعه خاموش شود كه باعث افزايش عمر سيستم تاسيساتي و كاهش هزينههاي نگهداري آن خواهد شد. از آنجا كه در حال حاضر مسائل مربوط به كاهش مصرف سوخت و واقعي شدن قيمت انرژي در كشور مطرح ميباشد، پياده سازي اين طرح مقرون به صرفه بوده و اجراي آن پيشنهاد ميگردد.
كلكتور خورشيدي هيت پايپ
كلكتورهاي تخت براي تامين آب گرم مصرفي و يا تامين گرماي مورد نياز براي گرمايش و يا سرمايش ساختمان مورد استفاده قرار مي‌گيرند ولي چنانچه دماهاي بالاتر مدنظر باشد و يا اينكه اختلاف دماي ميان كلكتور و محيط افزايش يابد، راندمان كلكتورهاي خورشيدي تخت كاهش مييابد و در اين موارد استفاده از كلكتورهاي خورشيدي هيت‌پايپ پيشنهاد ميگردد. در كلكتورهاي هيت‌پايپ بدليل ايجاد خلا در ميان لوله شيشه‌اي و صفحه جاذب در زمستان راندمان سيستم بسيار بالاتر خواهد بود.
مقايسه سيستم خورشيدي ترموسيفوني و سيستم خورشيدي با جريان اجباري
سيستم ترموسيفون بدليل عدم امكان كنترل مناسب داراي راندمان كمتر و همچنين معايبي هم دارد كه اين معايب در مواردي كه آبگرم در تمام روزهاي سال بطور يكسان مورد نياز نباشد، بيشتر مشهود است. يكي از معايب سيستم اين است كه لوله كشي آن بايستي با دقت و پيروي دقيق از راهنما و با لولههاي بزرگتر انجام گردد تا بتواند جريان رواني را توليد نمايد. جريان ترموسيفون تا زماني كه آب تا درجه معيني گرم نشود برقرار نشده و هرگونه هواگرفتگي يا ايجاد حباب در سيستم مي تواند جريان ترموسيفون را متوقف كرده و سيستم را از كار بيندازد. از آنجا كه سيستم كنترلي نيز در اين روش استفاده نميگردد بالارفتن دماي آب در زماني كه آبگرم مصرف نمي‌شود، ميتواند موجب جوشش، توليد حباب يا مسائلي از اين دست گرديده و جريان ترموسيفون را به كلي متوقف نمايد.
از معايب ديگر اين سيستمها قرار داشتن مخزن روي بام ساختمان و در بالاي كلكتور است كه باعث ميگردد وزن آن به بام اضافه شده و كلكتور و اتصالات و لوله كشي نيز در نتيجه وزن مخزن و تنشها و تغييرات حرارتي دچار فرسودگي و استهلاك زودرس شوند.
با توجه به قرارگيري مخزن اين سيستمها در روي كلكتورها، اين سيستم در ظرفيت هاي محدود قابل استفاده بوده و عموماً براي ساختمان هاي بلندتر از دو طبقه و داراي واحدهاي مسكوني بيش از سه يا چهار واحد قابل استفاده نيستند.
سيستمهاي خورشيدي داراي پمپ، از اتصالات، لوازم جانبي، سيستم كنترلي و لوله كشي پيچيدهتري نسبت به سيستمهاي ترموسيفون برخوردارند كه باعث ميگردد هزينه اوليه اين سيستمها نسبت به سيستم ترموسيفون بيشتر شود، اما اين سيستمها داراي قابليتهايي ميباشند كه توسط سيستمهاي ترموسيفون قابل دستيابي نيست.
سيستمهاي داراي پمپ محدوديتي از نظر ارتفاع ساختمان و تعداد واحدها و مسائلي از اين دست ندارند و مي‌توانند براي تمامي ساختمانهاي اداراي، تجاري، مجتمعهاي مسكوني بزرگ و برجها نيز استفاده گردند. بعلاوه در اين سيستمها نيازي به نصب مخزن در بالاي كلكتور نميباشد و مخزن ميتواند در موتورخانه يا فضاي مناسب ديگري نصب شود و وزن آن نيز روي بام و كلكتورها قرار نميگيرد. به اين ترتيب عمر كلكتورها، اتصالات و لوله كشي آنها روي بام افزايش مييابد.
سيستم كنترلي نصب شده روي سيستمهاي خورشيدي پمپ دار، مجهز به سنسورهاي حرارتي و تجهيزات قطع و وصل جريان بوده و از بالارفتن دماي آب از حد مجاز جلوگيري ميكند و به اين ترتيب آسيبهاي ناشي از بالارفتن دما، جوشيدن و تبخيرشدن آب در كلكتور، مخزن يا هر نقطهاي از سيستم خورشيدي به كلي برطرف شده و عمر كلكتورها و سيستم افزايش مييابد. بعلاوه اينكه هواگيري يا تبخير آب موجب از كار افتادن سيستم و قطع جريان نيز نميگردد.
هر كلكتور هيت‌پايپ از تعدادي لوله شيشه‌اي كه درون آنها صفحه جاذب و لوله مسي قرار گرفته، تشكيل شده است، كه فضاي ميان لوله شيشه‌اي و صفحه جاذب خلا ميباشد. صفحه جاذب انرژی خورشیدی را به انرژي گرمايي تبديل ميكند و گرما را به لوله هاي حرارتي انتقال ميدهد، سپس مايع داخل لوله حرارتي به بخار تبديل ميشود و به سمت بالا (كندانسور) جريان مييابد و حرارت خود را از طريق كندانسور به آب منتقل ميكند و درنتيجه بخار سرد شده و به مايع تبديل ميشود و به سمت پايين (لولههاي حرارتي يا اواپراتور) منتقل ميشود، اين سيكل انتقال حرارت تا زماني كه تابش خورشيد قابليت انتقال گرما به مايع را داشته باشد بصورت متناوب ادامه مييابد.