Technical and Financial Assessment of Glazed and Evacuated Tubes Solar Collectors for Domestic Water Heating Application in Palestine
Authors: Yasin Aysar 
Published: April 2023

Palestine owns high potential of solar energy radiations at the same time it suffers from high prices and shortage of conventional energy sources. The exploitation of renewable energy sources especially solar energy is considered one of the robust alternatives. A passive open-loop domestic solar water heater (SWH) system for a typical house in Palestine using glazed and evacuated tubes solar collectors is technically and financially evaluated in this paper. Palestine territories (West bank and Gaza strip) are divided into five sites in order to study the performance of domestic SWH all over the country. The RETScreen® software solar water heating project model is utilized in this paper to perform simulations for different cases and conditions. The simulations approved that the optimal tilt angle of the solar collectors in all sites is the latitude of each site or latitude plus 15, therefore the tilt angle is adjusted to 45. Both types of solar collectors selected in the study are mostly similar to the brands available in the Palestinian local market with approximately similar gross collector area. The study assumes unified price rate of electricity all over Palestine. The solar fraction, financial indices and reduced greenhouse (GHG) emissions are estimated for each case and condition for comparative analysis. The gross area of glazed or evacuated tubes solar collectors required to achieve at least 50% solar fraction is about 4.6 m2 of energy in all locations. This corresponds to payback ranging from 2 to 2.5 years. Installing one collector (~2.3 m2) obtains less than 50% solar fraction while installing 2 collectors obtains more than 70%. The value of total annual GHG emissions reduction for glazed type collector of 2.31 m2 gross area is ranging from 3.2 to 3.5 tons of CO2 which is equivalent to 7.3 to 8.2 barrel of crude oil. Larger amount of reduced GHG emissions are gained in case of using evacuated tubes collectors. The performance of SWH systems is mostly similar all over Palestinian territories whether glazed or evacuated tubes are used. This is approved by estimating solar fractions and financial indices. Utilizing SWH technology in Palestine for water heating in domestic sector is feasible whether glazed or evacuated tubes are used.

تمتلك فلسطين إمكانات عالية من الطاقة الشمسية وفي نفس الوقت تعاني ارتفاعاً في اسعار الطاقة ونقصاً كبيراً في مصادر الطاقة التقليدية. إن استغلال مصادر الطاقة المتجددة وعلى وجه الخصوص الطاقة الشمسية يعتبر احد الحلول الناجعة للخروج من هذه المشكلة. في هذه الورقة العلمية تم عمل تقييم فني ومالي لأنظمة السخانات الشمسية المنزلية ذات النظام الحلقي المفتوح التي تعمل بالدفع الذاتي حيث تم تناول نوعين رئيسيين من اللواقط الشمسية وهما اللاقط الشمسي المسطح المغطى glazed type واللاقط الشمسي ذو الانابيب المفرغةevacuated tubes. تم تقسيم المناطق الفلسطينية (الضفة الغربية وغزة) الى خمس مناطق مختلفة وذلك لدراسة اداء السخان الشمسي في جميع انحاء البلاد. تم الاستعانة ببرناج RETScreen® وعلى وجه الخصوص الجزء الذي يُعنى بتحليل جدوى مشروع تسخين المياة بواسطة السخان الشمسي حيث تم القيام بعدة دراسات محاكاة حسب ظروف وخصوصية الدراسة. لقد أثبتت دراسة المحاكاة أن زاوية الميلان المثلى للواقط الشمسية هي زاوية خط العرض للموقع أو زاوية خط العرض مضاقاً لها 15º وعليه تم تحديد الزاوية 45°. تم إختيار اللواقط الشمسية في هذه الدراسة لتكون مشابهة الى حد كبير لللواقط الشمسية المتوفرة في السوق الفلسطيني المحلي مع مراعاة مساحة مماثلة لكلا النوعين. كذلك افترضت الدراسة سعراً موحداً لبيع الكيلوواط ساعة في جميع انحاء المناطق الفلسطينية. يقوم البرنامج، حسب ظروف وشروط الدراسة، بحساب نسبة الطاقة التي يمكن تزويدها بواسطة السخان الشمسي (solar fraction) وكذلك المؤشرات المالية بالاضافة الى كمية الانبعاثات التي يمكن تقليلها. إن مساحة اللواقط الشمسية اللازمة لإنتاج على الاقل 50% من الطاقة اللازمة لتسخين المياة بواسطة الطاقة الشمسية من كلا النوعين المستخدمين هي 4.6م2 في جميع المواقع علماً أن فترة الاسترجاع تتراوح ما بين 2-2.5 سنة. إن تركيب لاقط شمسي واحد من كلا النوعيين بواقع 2.3م2 ينتج اقل من 50% من النسبة المطلوبة بينما تركيب لاقطين ينتج من كلا النوعيين يعطي ما نسبته 70%. إن قيمة الانبعاثات السنوية التي يمكن تقليلها جراء استخدام السخان الشمسي المنزلي ذو اللاقط الشمسي المسطح المغطى )مساحة 2.31 م2) تتراوح ما بين 3.2 -3.5 طن ثاني اكسيد الكربون وهو ما يعادل 7.3 -8.2 برميل زيت خام .إن أداء انظمة السخانات الشمسية في فلسطين متشابه الى حد كبير سواء اُستخدم اللاقط الشمسي المسطح المغطى او اللاقط الشمسي ذو الانابيب المفرغة. ان هذه النتيجة تم تدعيمها من خلال حسابات المؤشرات المالية للحالات التي تم دراستها وكذلك حساب نسبة الطاقة المتولدة من السخان الشمسي solar fraction. إن استخدام تكنولوجيا السخان الشمسي في القطاع المنزلي في فلسطين يعتبر مجديا سواء اُستخدم اللاقط الشمسي المسطح المغطى او اللاقط الشمسي ذو الانابيب المفرغة.