آبگرمکن خورشیدی قسمت اول

تاریخچه پیدایش آبگرمکن خورشیدی در ایالات متحده

آبگرمکن های خورشیدی فناوری قدیمی ای هستند که از انرژی خورشیدی برای تامین آب گرم بدون مصرف منابع انرژی دیگری همچون گاز طبیعی ، نفت و یا برق استفاده می کنند. این یک راه مقرون به صرفه برای تولید آب گرم در تمامی فصول سال بشمار می رود. علاوه بر این که انرژی بیکران خورشید براحتی بهره برداری می گردد می توان گفت که یک آبگرمکن خورشیدی از انتشار گازهای گلخانه ای (مانند CO2) نیز جلوگیری می کند و این مسئله حفظ محیط زیست را به دنبال دارد .

آب گرمکن های خورشیدی بهترین جایگزین سیستم های گرمایشی معمولی است. اساسا، یک آبگرمکن خورشیدی ترکیبی از یک گردآورنده نور خورشید (کلکتور)(Collector) و مخزن ذخیره سازی آب (Tank) است. کلکتور بخش اصلی یک آبگرمکن خورشیدی بشمار می رود که تابش خورشیدی را جذب می کند و آن را به گرما تبدیل می نماید. این گرما برای تولید آب گرم برای  حمام، آشپزخانه،سرویس بهداشتی ، استخر و سایر کاربردها قابل استفاده است . همچنین می توان آب گرم را در یک مخزن ایزوله ذخیره نمود تا برای استفاده در شب نیز قابل استفاده باشد.

با این مقدمه می رویم تا نگاه جامع و کاملی به تاریخ پیدایش آبگرمکن های خورشیدی در ایالات متحده آمریکا داشته باشیم :

آب گرمکن های خورشیدی برای سالهای زیادی در اطراف بوده است، زیرا ساده ترین راه استفاده از خورشید برای صرفه جویی در انرژی و پول است. یکی از اولین موارد مستند شده استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید آبگرم، استفاده مردم غرب آمریکا بوده است. آنها در تمام طول روز یک گلدان سیاه را در خورشید قرار می دادند تا آب را گرم کنند.

اولین آبگرمکن  خورشیدی ، یک مخزن فلزی به رنگ سیاه و سفید بوده که روی سقف و به سمت نور خورشید قرار می گرفته است.  . این آبگرمکن اما یک مشکل داشت ! تا زمانیکه آفتاب به مخزن تابیده میشد آبگرم در دسترس بود اما به محض اینکه نور خورشید شدت کمتری پیدا می کرد و در زمان غروب آفتاب ، سریعا سرد می شد . علت کجا بود ؟ "مخزن عایق بندی نشده بود" .

کلارنس کمپ (Clarence Kemp) از بالتیمور (شهری در ایالت مریلند در آمریکا) اولین آبگرمکن خورشیدی تجاری را در سال 1891 ثبت کرد. نام این آبگرمکن کلیمکس (Climax) بود . کلیمکس چندین مخزن آب استوانه ای از آهن گالوانیزه داشت که به رنگ سیاه رنگ آمیزی شده بود. کمپ مخازن را بوسیله رول هایی از جنس نمد عایق بندی کرد و آنها را در باکس چوبی ای که شیشه ای بود برای نگهداری بهتر گرما قرار داد . این اختراع کمپ باعث گردید وی "پدر انرژی خورشیدی در آمریکا " لقب گیرد.

تصویر زیر آگهی فروش کلیمکس را نشان میدهد .

آبگرمکن خورشیدی زندگی مردم را در آن زمان بهبود بخشید چرا که دیگر برای تهیه آب گرم نیازی به اجاق نبود . این روش آبگرم نمودن در تابستان که نور خورشید بیشتری در طول روز وجود داشت ملموس تر میشد . در تابستان آبگرمکن های خورشیدی می توانستند آب گرم مایحتاج کل خانه را تامین نمایند اما در زمستان برای جلوگیری از یخ زدگی آب درون مخزن آبگرمکن ها ی خورشیدی بایستی آب درون  مخزن آن تخلیه می گردید و مشکل تامین آبگرم دوباره شروع میشد که این کار مجدد با شعله اجاق صورت می گرفت. KEMP ادعا کرد که کلیمکس می تواند از اوایل ماه آوریل تا اواخر ماه اکتبر (اواسط بهار تا اواسط پاییز) در مریلند استفاده شود. اما در جنوب کالیفرنیا، می توان آن را در تمامی فصول سال استفاده کرد. هزینه های انرژی بالا در کالیفرنیا سبب گردید در سال 1900 میلادی، 1600 کلیمکس در جنوب کالیفرنیا نصب شود.

طرحی از ویلیام بیلی(William Bailey) در سال 1909 باعث انقلابی در صنعت آبگرمکن های خورشیدی شد . این طرح ، طرح ساخت آبگرمکن خورشیدی با استفاده از کلکتور صفحه تخت بود (flat plate collector). این طرح ، تفاوت محسوسی با مدل کلکتوری و منبع ذخیره داشت. کلکتور یک شبکه از لوله های مس داشت و با شیشه پوشیده شده بود. او یک صفحه جاذب فلزی را برای انتقال حرارت نور خورشید در جعبه به آب در لوله اضافه کرد. همچنین مخزن ذخیره سازی، عایق بندی شد. از آنجایی که این عمل ، آب را در طول روز و شب گرم نگه میداشت، آبگرمکن خورشیدی ویلیام به "آبگرمکن روز و شب"(Day & Night) معروف گردید. از نکات قابل نوجه این بود که  این سیستم می توانست به یک منبع پشتیبان مانند اجاق یا کوره ذغال سنگ نیز متصل شود. یک بخاری برقی را می توانست در داخل مخزن ذخیره سازی قرار داد تا اگر دمای آب به زیر دمای مورد نظر رسید ، بخاری بطور خودکار روشن گردد .

تجارت بیلی در حال رشد خوبی بود تا اینکه سرمای بی سابقه ای جنوب کالیفرنیا را درسال 1913 را دربرگرفت. با آمدن این هوای سرد مشکلاتی نیز در عملکرد آبگرمکن بیلی نمایان شد . مهم ترین مشکل سیستم این بود که وقتی دما به منفی 7 درجه سانتی گراد کاهش پیدا میکرد لوله های مسی یخ زده می شد و می شکستند . او این مشکل را با قرار دادن مایع ضد یخ در لوله های کلکتور ، حل کرد. این مایع از طریق یک لوله فنرپیچ به تانکر آبگرمکن که آب را گرم نگه می داشت، انتقال داده میشد. او تا پایان جنگ جهانی اول بیش از 4000 از آبگرمکن های خود را فروخت. اوج این فروش در سال 1920 بود که بیش از 1000 عدد در سال فروخته شد.

اما رشد استفاده از گاز طبیعی در حال پیشرفت بود و این پیشرفت باعث شد فروش آبگرمکن های خورشیدی بیلی افت کند . این افت فروش زمانی بیشتر شد که شرکت های گاز برای مشتریان خود مشوق هایی را در نظر گرفتند . نمونه این طرح های تشویقی در آن سالها ، نصب و راه اندازی رایگان سیستم گازکشی برای منازل بود . بیلی با قبول پیشرفت سیستم گازرسانی ، تجربیات خود را برای ساخت آبگرمکن های گازی به کار گرفت و شروع به ساخت محصولات خود با استفاده از گاز طبیعی کرد . او آخرین آبگرمکن خورشیدی خود را در سال 1941 ساخت .

هرچه که اکتشافات گاز کالیفرنیا بیشتر میشد استفاده از آبگرمکن های خورشیدی نیز کمتر میگردید .  اما کماکان در فلوریدا نور خورشید تنها راه برای گرم کردن آب بود.شرکتی نیز از سال 1923 در آنجا برای ارائه خدمات آبگرمکن خورشیدی تاسیس شده بود. تا سال 1925 جمعیت میامی به بیش از 75،000 افزایش یافت. کسب و کار این شرکت نیز رونق پیدا کرده بود تا زمانیکه در سپتامبر 1926 طوفانی سهمگین میامی را دربر گرفت و همه چیز در آنجا به شکلی نابود شد . تجارت آبگرمکن خورشیدی هم که در آن منطقه مانند گیاهی نوپا بود در آن طوفان ریشه اش خشکید .!

در سال 1931، سر و کله "چارلز اعوالد (Charles Ewald)" پیدا شد. چارلز جعبه چوبی را به فلز تغییر داد تا بیشتر در محیط مرطوب فلوریدا عمر کند. او همچنین جعبه را عایق بندی  و مس را به منظور دوام بهتر جاگزین مخزن استیل نمود . او پی برد که دمای مقاومت مس منفی 12 درجه سانتی گراد است و این مقدار زیاد نیست .  پس چارلز لوله بیشتری را برای بهبود عملکرد آبگرمکن اضافه نمود . این استراژی موجب گرم تر شدن آب شد.چارلز آبگرمکنی با ظرفیت بالاتری نسبت به مدل قبلی طراحی کرد و  نام آن را دیوپلکس (Duplex) گذاشت .

چارلز همچنین روش تخمین حدودی نیاز آبگرم یک خانه با تعداد کلکتور و سایز مخزن آب را توسعه بخشید . کارهای چارلز این صنعت را دوباره در سال 1934 میلادی احیا کرد. سال بعد،یعنی در 1935 با برنامه اقتصادی رئیس جمهور وقت آمریکا- فرانکلین روزولت- که به نیو دیل (New Deal) مرسوم بود، ساختمان سازی رونق گرفت و به دنبال آن صنعت آبگرمکن خورشیدی هم تقویت شد . وام های با بهره پایین که توسط اداره مسکن فدرال آمریکا در آن زمان ها پرداخت شد ، بازار مسکن قوت گرفت. تا سال 1941، نزدیک به 60،000 آبگرمکن خورشیدی در فلوریدا فروخته شد. حدود 80 درصد از خانه های جدید میامی( Miami )دارای آبگرمکن های خورشیدی بودند و بیش از 50 درصد از ساختمان های کل میامی از آبگرمکن خورشیدی استفاده می کردند.در آن سالها آبگرمکن های خورشیدی در شمال ایالت فلوریدا،ایالت لوئیزیانا وایالت جورجیا و همچنین در سایر نقاط جهان، از جمله ژاپن استفاده می شد.

اما انگار قرار نبود که بازار آبگرمکن خورشیدی قوی ادامه پیدا کند چرا که جنگ جهانی دوم شروع شده بود و دولت ایالات متحده استفاده مس را برای غیر نظامیان ممنوع کرده بود . این ممنوعیت باعث رکود شدیدی در این صنعت شد. پس از جنگ، از یک طرف افزایش قیمت مس و همچنین نبود کارگر ماهر و متخصص و از طرفی دیگر ساخت آبگرمکن با کلکتورهای کمتر به منظور پایین آوردن قیمت ، سبب گردید که فعالیت در این عرصه دیگر مقرون بصرفه نباشد. همچنین با کاهش قیمت برق در دهه 50 میلادی ، ساخت آبگرمکن های برقی جذاب تر بنظر می رسید. نصب و هزینه اولیه ارزان تر نسبت به آب گرمکن خورشیدی و دارا بودن مخزن اتوماتیک ، استفاده از آبگرمکن های برقی را بیشتر میکرد . آبگرمکن خورشیدی دیگر در آمریکا قابل چانه زنی نبود، به ویژه زمانی که به محدودیت واردات نفت اجازه داده می شد از ۵۰ درصد پیشی گیرد. سناریوی مشابهی بعدها در ژاپن اتفاق افتاد که در دهه ۶۰ شروع به واردات نفت کرد. سال اوج فروش آب گرمکن خورشیدی ژاپن سال ۱۹۶۶ بود.

تاریخ نشان داده ، محبوبیت انرژی خورشیدی تا زمانی ادامه پیدا کرده که منابع سوخت های فسیلی به فراوانی در دسترس نباشد. شاید به همین دلیل است که علاقه به انرژی خورشیدی در سال های 1973 تا 1979 وقتی که تحریم های نفتی در ایالات متحده شدت گرفته ، بیشتر بوده است .

مشوق های مالیاتی فدرال و ایالتی منجر به افزایش فروش در اوایل دهه ۸۰ شد. فروش رونق گرفت اما این صنعت برای این دوره کوتاه رونق ، بهای بالایی پرداخت کرد. بسیاری از شرکت ها فقط برای پول  وارد میدان خورشیدی شدند و به روابط بلند مدت با مشتریان خود اهمیتی نمی دادند . این امر منجر به تاسیسات ضعیفی شد و به این صنعت شهرت بدی داد. پس از سال ۱۹۸۵ بیشتر این مگس های دور شیرینی !! از میدان خورشیدی خارج شدند.

تجهیزات از دهه 80 بهبود یافته است. این بهبود ها را باید حاصل بازنگری در گواهینامه ها و استانداردهای مخصوص و همچنین کسب تجربه در نصب ، دانست. در حال حاضر، دوره های آموزشی بیشتری در دسترس همگان قرار گرفته است که تکنسین ها  بتوانند سیستم های خورشیدی شایسته ای را برای مشتریان خود نصب و راه اندازی نمایند.این دوره های آموزشی چه بسا بهتر که در موسساتی باشد که بتوانند گواهینامه های بین المللی ارائه دهند . فراموش نشود که  آموزش مهم است. مانند هر دستگاه مکانیکی، تمام این سیستم ها باید به صورت دوره ای برای بهره برداری مطلوب سرویس داده شوند.

امروزه بیش از ۱٫۲ میلیون ساختمان دارای سیستم های آبگرمکن خورشیدی در ایالات متحده هستند(آمار در سال 2006). که این آمار 250000 استخر شنای گرم خورشیدی را شامل نمی شود!! ژاپن نزدیک به ۱٫۵ میلیون ساختمان با گرمایش از طریق انرژی خورشیدی در توکیو دارد. در اسرائیل ۳۰ درصد ساختمان ها از آب گرمکن خورشیدی استفاده می کنند. یونان و استرالیا نیز کاربران پیشرو انرژی خورشیدی هستند.

هنوز هم جای زیادی برای گسترش در صنعت انرژی خورشیدی وجود دارد. هیچ محدودیت جغرافیایی وجود ندارد. برای آب و هوای سردتر، تولیدکنندگان سیستم هایی طراحی کرده اند که قطعات را از شرایط یخ بندان محافظت می کنند. هر جا که خورشید می درخشد، سیستم های گرمایش آب خورشیدی می توانند کار کنند. طرح ها ممکن است با پیشگامان اولیه خورشیدی متفاوت باشند، اما مفهوم یکسان است.

شرکت سانان سولار و تامین تجهیز آریا پیشرو در واردات و فروش تجهیزات انرژی خورشیدی با کیفیت با سابقه چندین ساله . فروش آبگرمکن های خورشیدی تحت فشار و غیر فشار برند جیادل و همچنین فروش اینورترهای آفگرید و شارژکنترلرهای برند ایپی اور و یا همان ای پی سولار و اینورتر های تمام سینوسی و شبه سینوسی کارسپا و همچنین برند های با کیفیتی همچون گرووات ولترونیک پاور و ... می باشد . سایت سانان همواره راهگشای کسانی خواهد بود که به دنبال کالای باکیفیت در حوزه فتوولتاییک می گردند . مقالات تخصصی انرژی خورشیدی و سولار انرژی برای دانش آموزان و دانشجویان و علاقمندان به رشته سولار انرژی