سخان المياه بالطاقة الشمسية ، جهاز يستخدم الطاقة الشمسية الحرارية لإنتاج الماء الساخن. يتكون سخان المياه الشمسي النموذجي من مجمّع شمسي مركب على سطح مبنى ومتصل بخزان لتخزين المياه. اعتمادًا على النظام ، يمكن تدوير الماء غير المسخن من الخزان من خلال المجمع ليتم تسخينه مباشرة أو يمكن تسخينه بسائل عالي السعة للتبادل الحراري تم تسخينه في المجمع وينقل حرارته من خلال أنابيب في الماء في الدبابة. بينما يمكن تسهيل نقل الحرارة من المجمع الشمسي إلى الماء غير المُسخن بشكل سلبي بدون وسائل ميكانيكية ، تستخدم أنظمة المياه الساخنة الشمسية "النشطة" الكهرباء لتدوير مائع التبادل الحراري وتشغيل المضخات وأجهزة التحكم الميكانيكية.
على الرغم من أن ممارسة استخدام الشمس لتسخين المياه للاستخدام المنزلي يمكن إرجاعها إلى العديد من الثقافات القديمة ، إلا أنه لم يتم بيع أول نظام للمياه الساخنة الشمسية الحاصلة على براءة اختراع حتى 1891 تجاريًا. اخترع كلارنس كيمب في بالتيمور بولاية ماريلاند ، وكان النظام يسمى "Climax" وكان شائعًا في كاليفورنيا والولايات الأمريكية الدافئة الأخرى. وبالنظر إلى التكلفة والإزعاج المرتفعين نسبيًا لاستخدام الوقود التقليدي لتسخين المياه ، كانت العديد من الأسر حريصة على الاستثمار في سخانات المياه الساخنة هذه. ومع ذلك ، كان نظام Climax محدودًا حيث تضاعف عنصر التسخين كخزان التخزين ، وبالتالي تقييد كمية الماء الساخن المتاح. في عام 1909 حصل William J. Bailey على براءة اختراع لنظام يفصل خزان تخزين المياه عن عنصر التسخين الشمسي ، مما يشكل أساس تصميم سخانات المياه الشمسية المستخدمة اليوم.
الأنظمة النشطة والسلبية
تستخدم أنظمة المياه الساخنة الشمسية النشطة مضخات ميكانيكية وأجهزة تحكم تفاضلية لتنظيم وتوجيه تدفق مائع نقل الحرارة أو الماء من المجمع الشمسي إلى الخزان. تتحكم وحدات التحكم في فرق درجة الحرارة بين الماء في الخزان ودرجة الحرارة في المجمع الشمسي وتقوم بتشغيل المضخة عندما يبرد الماء في الخزان إلى أقل من درجة حرارة المجمع. تعمل بعض المضخات على الكهرباء الرئيسية (الكهرباء الخطية) ، بينما تعمل مضخات أخرى على الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية الكهروضوئية. في حين أن بعض الأنظمة التي تعمل بالطاقة الشمسية تقوم بتدوير السائل فقط عندما تشرق الشمس وتخزن الماء الساخن في خزانات معزولة جيدًا لتسخين الأماكن الليلية ، تستخدم أنظمة أخرى الكهرباء كمصدر احتياطي للأيام الليلية والغيوم. في أنظمة الماء الساخن بالطاقة الشمسية النشطة ، يمكن وضع خزانات تخزين المياه داخل مساحة السطح أو في أي مكان آخر يقلل من فقدان الحرارة للهواء البارد ، حيث أن تدفق المياه لا يعتمد حصريًا على الجاذبية. لذلك يمكن دمج هذه الخزانات مع أسطوانات الماء الساخن في أنظمة تسخين الفضاء المحلية ، ويمكن استخدام نظام الماء الساخن الشمسي لتسخين المياه في الأسطوانة في الشتاء لتسخين الفضاء.
تعتبر الأنظمة السلبية ، التي تعتمد على الجاذبية بدلاً من الكهرباء ، أكثر كفاءة في المناخات الحارة حيث لا يوجد التجميد الليلي أو الشتوي. تستخدم بعض الأنظمة السلبية تكوين السيفون الحراري الذي يستخدم الجاذبية وتدفقات الحرارة الحملية. يتدفق الماء البارد من ارتفاع إلى أسفل بواسطة الجاذبية إلى المجمع الشمسي ، وعندما يمر الماء من خلال المجمع ويسخن ، يرتفع من خلال الحمل الحراري للوصول إلى خزان التخزين مرة أخرى. نوع آخر من النظام السلبي هو نظام تخزين المجمع المتكامل ، حيث يشكل المجمع الجزء العلوي من خزان تخزين المياه ويسخن الماء مباشرة في الخزان.
