في حين أن التكلفة الأولية لسخان المياه بالطاقة الشمسية قد تكون أعلى من سخان المياه التقليدي، فإن الطاقة الشمسية التي ستستغلها يمكن أن تحقق وفورات ضخمة وفوائد بيئية. تمثل المياه الساخنة 18 في المائة من استخدام الطاقة في المنزل، ولكن سخانات المياه بالطاقة الشمسية يمكن أن تقلل فاتورة المياه الساخنة بنسبة 50 إلى 80 في المائة.
في هذه المقالة، سنشرح لك كيف يمكن لسخانات المياه الشمسية أن تساعدك في الاستفادة من الطاقة المتجددة المجانية التي توفر المال وتفيد الكوكب. باستخدام هذه المعلومات، يمكنك اتخاذ أفضل قرار بشأن ما إذا كان سخان المياه الشمسي استثمارًا جيدًا لاحتياجات الماء الساخن في منزلك.
لمعرفة تكلفة نظام الطاقة الشمسية المنزلي الكامل لمنزلك، يمكنك الحصول على عرض أسعار مجاني وغير ملزم من إحدى شركات الطاقة الشمسية الكبرى في منطقتك عن طريق ملء النموذج أدناه.
الوظيفة الأساسية لسخان المياه بالطاقة الشمسية هي تعريض الماء أو سائل تبادل الحرارة لأشعة الشمس ثم تدوير السائل الساخن مرة أخرى إلى منزلك للاستخدام المنزلي. المكونات الأساسية لجميع سخانات المياه بالطاقة الشمسية هي خزان تخزين ومجمع يجمع الحرارة من الشمس.
المجمع هو عبارة عن سلسلة من الألواح أو الأنابيب أو الخزانات التي يمتص الماء أو سائل نقل الحرارة من خلالها حرارة الشمس. ومن هناك، ينتقل السائل إلى الخزان أو وحدة تبادل الحرارة.
سخانات المياه بالطاقة الشمسية هي أكثر أجهزة توفير الطاقة استخدامًا لتسخين المياه مسبقًا قبل دخول سخان المياه التقليدي إلى المنزل. ولكن بعض سخانات المياه بالطاقة الشمسية تسخن وتخزن المياه دون استخدام الخزانات التقليدية، مما يوفر الماء الساخن بالطاقة الشمسية بالكامل.
هناك فئتان رئيسيتان من سخانات المياه بالطاقة الشمسية: سلبية ونشطة. والفرق الرئيسي بين الاثنين هو أن الأنظمة النشطة تتطلب مضخة دائرية لتحريك المياه، بينما تعتمد الأنظمة السلبية على الجاذبية لتحريك المياه. تتطلب الأنظمة النشطة أيضًا الكهرباء للعمل ويمكنها استخدام مانع التجمد كسائل للمبادل الحراري.
في أبسط المجمعات الشمسية السلبية، يتم تسخين الماء في أنبوب ثم توصيله مباشرة إلى الصنبور من خلال الأنبوب عند الحاجة. تستخدم المجمعات الشمسية النشطة إما مضاد التجمد - من المجمع الشمسي إلى مبادل حراري لتسخين مياه الشرب للتخزين والاستخدام المنزلي - أو تسخين الماء مباشرة، والذي يتم ضخه بعد ذلك إلى الخزان.
تحتوي الأنظمة النشطة والسلبية على فئات فرعية مخصصة لمختلف المناخات والمهام والقدرات والميزانيات. يعتمد النظام المناسب لك على العوامل التالية:
على الرغم من أنها أكثر تكلفة من الأنظمة السلبية، فإن سخانات المياه بالطاقة الشمسية النشطة أكثر كفاءة. هناك نوعان من أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية النشطة:
في النظام المباشر النشط، تنتقل المياه الصالحة للشرب مباشرة عبر المجمع إلى خزان تخزين للاستخدام. وهي مناسبة بشكل أفضل للمناخات المعتدلة حيث نادراً ما تنخفض درجات الحرارة إلى ما دون الصفر.
تقوم الأنظمة غير المباشرة النشطة بتدوير سائل غير مبرد عبر مجمعات الطاقة الشمسية إلى مبادل حراري حيث يتم نقل حرارة السائل إلى مياه الشرب. ثم يتم إعادة تدوير المياه إلى خزان تخزين للاستخدام المنزلي. تعتبر الأنظمة غير المباشرة النشطة ضرورية للمناخات الباردة حيث تنخفض درجات الحرارة غالبًا إلى ما دون درجة التجمد. بدون الأنظمة غير المباشرة النشطة، تتعرض الأنابيب لخطر التجمد والانفجار.
سخانات المياه الشمسية السلبية هي خيار أرخص وأبسط، ولكنها تميل أيضًا إلى أن تكون أقل كفاءة من الأنظمة النشطة. ومع ذلك، يمكن أن تكون أكثر موثوقية وتدوم لفترة أطول، لذلك لا يجب تجاهلها كخيار، خاصة إذا كنت تعمل بميزانية محدودة.
نظام تخزين المجمع المتكامل (ICS) هو أبسط أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية - يمكن أيضًا استخدام المجمع كخزان تخزين. وهي فعالة للغاية، ولكنها تعمل فقط في المناخات ذات مخاطر التجمد المنخفضة جدًا. يمكن أن يكون نظام ICS بسيطًا مثل خزان أسود كبير أو سلسلة من الأنابيب النحاسية الأصغر المثبتة على السطح. تسخن وحدات ICS ذات الأنابيب النحاسية بشكل أسرع بسبب زيادة مساحة السطح، ولكنها تبدد الحرارة بشكل أسرع لنفس السبب.
تُستخدم أنظمة ICS غالبًا لتسخين المياه مسبقًا للسخانات التقليدية. في مثل هذا النظام، عندما تكون هناك حاجة إلى الماء، فإنه يترك خزان التخزين/المجمع ويذهب إلى سخان المياه التقليدي في المنزل.
من الاعتبارات المهمة في أنظمة ICS هو الحجم والوزن: نظرًا لأن الخزانات نفسها هي أيضًا مجمعات، فهي كبيرة وثقيلة. يجب أن يكون البناء قويًا بما يكفي لدعم نظام ICS ضخم، والذي قد يكون غير عملي أو مستحيلًا بالنسبة لبعض المنازل. عيب آخر لنظام ICS هو أنه عرضة للتجمد وحتى الانفجار في الطقس البارد، مما يجعله مناسبًا فقط للاستخدام في المناخات الأكثر دفئًا أو التصريف قبل أن يضرب الطقس البارد.
تعتمد أنظمة السيفون الحراري على الدورة الحرارية. يدور الماء مع ارتفاع الماء الدافئ وهبوط الماء البارد. تحتوي على خزان مثل وحدة ICS، لكن المجمع ينحدر إلى أسفل من الخزان للسماح بالدورة الحرارية.
يقوم المجمع الحراري بجمع ضوء الشمس وإرسال الماء الساخن مرة أخرى إلى الخزان من خلال حلقة مغلقة أو أنبوب حراري. وعلى الرغم من أن المجمعات الحرارية أكثر كفاءة من أنظمة ICS، إلا أنه لا يمكن استخدامها حيث يتم إجراء عمليات إطلاق منتظمة.
كلما زاد استخدامك للمياه الساخنة، زادت احتمالية أن يدفع سخان المياه الشمسي الخاص بك ثمن نفسه بمرور الوقت. تعد سخانات المياه الشمسية الأكثر فعالية من حيث التكلفة للأسر التي لديها العديد من الأعضاء أو احتياجات عالية للمياه الساخنة.
تبلغ تكلفة سخان المياه الشمسي النموذجي حوالي 9000 دولار قبل الحوافز الفيدرالية، ويصل إلى ما يزيد عن 13000 دولار للنماذج النشطة ذات السعة الأعلى. ويمكن أن تكلف الأنظمة الصغيرة ما يصل إلى 1500 دولار فقط.
تختلف الأسعار بناءً على العديد من العوامل، بما في ذلك اختيارك للمواد وحجم النظام وتكاليف التركيب والصيانة والمزيد. في حين أن أنظمة ICS هي الخيار الأرخص (حوالي 4000 دولار لوحدة سعة 60 جالونًا)، إلا أنها لا تعمل في جميع المناخات، لذلك إذا كان منزلك يشهد درجات حرارة طبيعية أقل من درجة التجمد، فلن يكون لديك خيار سوى إنفاق المال لشراء نظام غير مباشر نشط، أو على الأقل استخدام نظام مختلف لجزء من العام.
قد لا يكون وزن وحجم الأنظمة السلبية الأقل تكلفة مناسبين للجميع. إذا لم يتمكن هيكلك من التعامل مع وزن النظام السلبي أو لم يكن لديك المساحة، فإن النظام النشط الأكثر تكلفة هو خيارك الأفضل مرة أخرى.
إذا كنت تقوم ببناء منزل جديد أو إعادة تمويل، يمكنك احتساب تكلفة سخان المياه الشمسي الجديد في قرضك العقاري. سيكلفك تضمين تكلفة سخان المياه الشمسي الجديد في قرض عقاري لمدة 30 عامًا ما بين 13 إلى 20 دولارًا في الشهر. مع الحوافز الفيدرالية، قد تدفع ما لا يقل عن 10 إلى 15 دولارًا في الشهر. لذلك إذا كنت تقوم بالبناء الجديد أو إعادة التمويل وفاتورة الماء الساخن التقليدية لديك تزيد عن 10 إلى 15 دولارًا في الشهر، فستبدأ في توفير المال على الفور. كلما زادت المياه التي تستخدمها، كلما كان النظام أسرع في دفع ثمن نفسه.
بالإضافة إلى تكلفة شراء النظام وتثبيته، عليك أيضًا مراعاة تكاليف التشغيل السنوية. في نظام سلبي بسيط، قد يكون هذا الأمر ضئيلًا أو لا يذكر. ولكن في معظم الأنظمة التي تستخدم سخانات المياه التقليدية والسخانات الشمسية، سوف تتكبد بعض تكاليف التدفئة، وإن كانت أقل بكثير من تكاليف السخانات التقليدية وحدها.
لا يتعين عليك دفع السعر الكامل لنظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية الجديد. يمكن أن تقلل الاعتمادات الضريبية الفيدرالية بشكل كبير من تكاليف التركيب. يمكن أن يوفر الائتمان الضريبي الفيدرالي للطاقة المتجددة السكنية (المعروف أيضًا باسم ITC أو الائتمان الضريبي للاستثمار) ائتمانًا ضريبيًا بنسبة 26٪ لسخانات المياه بالطاقة الشمسية. ولكن هناك بعض الشروط للتأهل:
تقدم العديد من الولايات والبلديات وشركات المرافق حوافزها وخصوماتها الخاصة لتثبيت سخانات المياه الشمسية. تحقق من قاعدة بيانات DSIRE للحصول على مزيد من المعلومات التنظيمية.
تتوفر مكونات سخان المياه بالطاقة الشمسية في العديد من السلاسل الوطنية، مثل Home Depot. ويمكن أيضًا شراء الوحدات مباشرة من الشركة المصنعة، حيث تقدم Duda Diesel وSunbank Solar العديد من خيارات سخان المياه بالطاقة الشمسية السكنية الرائعة. يمكن للمثبتين المحليين أيضًا توفير سخانات مياه بالطاقة الشمسية عالية الجودة.
نظرًا لوجود العديد من العوامل التي تؤثر على سخان المياه الشمسي الذي يجب عليك شراؤه، فمن المستحسن العمل مع متخصص عند اختيار وتثبيت نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية الأكبر حجمًا.
لم تعد سخانات المياه بالطاقة الشمسية شائعة كما كانت في الماضي. ويرجع هذا إلى حد كبير إلى الانخفاض الكبير في تكلفة الألواح الشمسية، مما دفع العديد من الأشخاص الذين كانوا سيقومون بتثبيت سخانات المياه بالطاقة الشمسية إلى التخلي عن استخدام الكهرباء المولدة بواسطة الألواح الشمسية لتسخين المياه.
تشغل سخانات المياه الشمسية مساحة قيمة، وبالنسبة لأصحاب المنازل المهتمين بإنتاج الطاقة الشمسية الخاصة بهم، قد يكون من المنطقي زيادة المساحة المتاحة والتخلص من سخانات المياه الشمسية بالكامل، وشراء الألواح الشمسية بدلاً من ذلك.
ومع ذلك، إذا لم يكن لديك مساحة للألواح الشمسية، فقد تظل سخانات المياه بالطاقة الشمسية خيارًا جيدًا لأنها تشغل مساحة أقل بكثير من الألواح الشمسية. كما تعد سخانات المياه بالطاقة الشمسية خيارًا رائعًا للأشخاص الذين يعيشون في المناطق النائية أو كإضافة صديقة للبيئة للطاقة الشمسية الموجودة. سخانات المياه الكهربائية الحديثة فعالة للغاية، وعندما تعمل بالطاقة الشمسية وتُدمج مع سخانات المياه بالطاقة الشمسية، فإنها ستوفر على محفظتك الكثير من المال وتقلل من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري.
بالنسبة للعديد من أصحاب المنازل، فإن القرار يعتمد على السعر. يمكن أن تصل تكلفة سخانات المياه بالطاقة الشمسية إلى 13000 دولار. لمعرفة مقدار تكلفة نظام الطاقة الشمسية المنزلي الكامل لمنزلك، يمكنك الحصول على عرض أسعار مجاني وغير ملزم من إحدى شركات الطاقة الشمسية الكبرى في منطقتك عن طريق ملء النموذج أدناه.
يعتمد ما إذا كان سخان المياه الشمسي يستحق العناء أم لا بشكل كامل على المكان الذي تعيش فيه، واحتياجاتك وتفضيلاتك، وما إذا كنت تخطط لتثبيت الألواح الشمسية. إن الأرض المفقودة لسخانات المياه الشمسية ترجع إلى حد كبير إلى انتشار الطاقة الشمسية المنزلية: فالأشخاص الذين يقومون بتثبيت سخانات المياه الشمسية يريدون أيضًا الطاقة الشمسية، وغالبًا ما يختارون التخلص من سخانات المياه الشمسية التي تتنافس على مساحة السطح الثمينة.
إذا كان لديك المساحة، فقد يؤدي سخان المياه الشمسي إلى خفض فاتورة الماء الساخن لديك. عند استخدامه مع مصادر الطاقة المتجددة الأخرى، يظل سخان المياه الشمسي خيارًا ممتازًا لأي تطبيق تقريبًا.
تبلغ تكلفة نظام سخان المياه بالطاقة الشمسية النموذجي حوالي 9000 دولار، مع ارتفاع أسعار النماذج المتطورة إلى أكثر من 13000 دولار. وستكون السخانات الصغيرة الحجم أرخص بكثير، حيث تتراوح من 1000 دولار إلى 3000 دولار.
أكبر عيب في سخانات المياه بالطاقة الشمسية هو أنها لن تعمل في الأيام الضبابية أو الممطرة أو الغائمة، ولا في الليل. في حين يمكن التغلب على هذا باستخدام سخانات مساعدة تقليدية، إلا أنه لا يزال عيبًا مشتركًا بين جميع تقنيات الطاقة الشمسية. يمكن أن تكون الصيانة بمثابة إغلاق آخر. في حين تتطلب عمومًا القليل جدًا من الصيانة، تتطلب بعض سخانات المياه بالطاقة الشمسية تصريفًا وتنظيفًا وحماية من التآكل بشكل منتظم.
تقوم سخانات المياه بالطاقة الشمسية بتدوير السائل عبر المجمعات الشمسية (الأكثر شيوعًا المجمعات ذات اللوحة المسطحة أو الأنبوبية)، وتسخين السائل وإرساله إلى خزان أو مبادل، حيث يتم استخدام السائل لتسخين المياه المنزلية.
كريستيان يونكرز كاتب ومصور ومخرج أفلام ومهتم بالطبيعة مهتم بالعلاقة بين الناس والكوكب. وهو يعمل مع العلامات التجارية والمنظمات ذات التأثير الاجتماعي والبيئي في جوهرها، ويساعدهم في سرد ​​قصص تغير العالم.