دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مکانیک

گرایش : تبدیل انرژی

عنوان : طراحی و کنترل ميدان هليواستات يک نيروگاه دريافت کننده مرکزی

دانشگاه شهید باهنر کرمان

دانشکده فنی و مهندسی

بخش مهندسی مکانيک

پايان نامه تحصيلی برای دريافت درجه کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانيک گرايش تبديل انرژی

طراحی و کنترل ميدان هليواستات يک نيروگاه دريافت کننده مرکزی و بهينه سازی آن با بهره گرفتن از الگوريتم ژنتيک

استاد راهنما:

دکتر مظفر علي مهرابيان

استاد مشاور :

دکتر محمد حسن صفاری پور

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکيده:

نيروگاه هاي خورشيدي دريافت کننده مرکزي از مهمترين انواع نيروگا ه هاي گرمايي -خورشيدي هستند که به دليل امکان رسيدن به دماهاي بالا و بازده حرارتي خوب، مورد توجه قرار گرفته اند. در اين نوع نيروگاه ها، تعداد زيادي آينه که به آن ها هليواستات گفته مي شود و به طور جداگانه کنترل مي شوند، نور خورشيد را منعکس کرده و بر روي يک دريافت کننده مرکزي که در بالاي يک برج مستقر است متمرکز مي نمايند. از آنجا که ميدان هليواستات بخش اعظم هزينه ساخت چنين نيروگاهي را در بر دارد، طراحي بهينه ميدان و در نتيجه بررسي عوامل مؤثر بر آن بسيار مهم مي باشد.  در اين پژوهش، ابتدا زواياي مشخصه پانل هاي خورشيدي جهت دريافت بيشترين تشعشع خورشيد در شهرهاي مختلف ايران بدست خواهد آمد. سپس زواياي مشخصه هليواستات ها جهت کنترل آنها تعيين خواهد گرديد. در ادامه طراحي ميدان هليواستات براي کرمان براي توان حرارتي ثابت انجام خواهد گرفت و تأثير عوامل مختلف بر عملکرد ميدان هليواستات بررسي خواهد شد. در انتها با بهره گرفتن از الگوريتم ژنتيک، پارامترهاي بهينه يابي مشخص شده و مقدار بيشينه تابع هدف که بازده کل ميدان مي باشد محاسبه خواهد شد.

کليد واژه: نيروگاه دريافت کننده مرکزي، ميدان هليواستات، زواياي مشخصه، توان حرارتي

 فهرست مطالب

فصل اول – مقدمه
1-1 مقدمه2
1-2 اهميت بکار گيري انرژي هاي پاک و تجديد پذير در ايران2
1-3 طرح کلي نيروگاه دريافت کننده مرکزي3
1-4 مروري بر کارهاي گذشته4
1-4-1 مروري بر کارهاي گذشته در زمينه زواياي بهينه پنل هاي خورشيدي8
1-5 بيان اهداف9
فصل دوم – بيشينه کردن انرژي در کلکتورهاي خورشيدي
2-1 مقدمه11
2-2 مباحث لازم از انرژي خورشيدي11
2-3 محاسبه شدت تشعشع کل دريافتي روي يک سطح13
2-4 الگوريتم ژنتيک18
2-5 داده هاي استفاده شده در مدل هاي تشعشعي19
2-6 نتايج21
2-6-1 مقادير بدست آمده براي زواياي بهينه21
2-6-2 بررسي کمي زواياي شيب بهينه25
2-6-3 بررسي بيشينه انرژي بدست آمده بر روي سطح شيبدار با بهره گرفتن از زاويه شيب بهينه27
2-6-4 ارائه مدل براي محاسبه زواياي بهينه ماهيانه، فصلي و ساليانه در ايران32
2-6-5 بررسي زواياي بهينه ساعتي و انرژي رسيده در اين حالت34
2-6-6 بررسي زاويه بهينه در کلکتورهاي خورشيدي و پانل هاي فوتوولتائيک36
فصل سوم – نيروگاه هاي گرمايي – خورشيدي
3-1 مقدمه40
3-2 معرفي اجمالي نيروگاه هاي گرمايي – خورشيدي40
3- 2- 1 نيروگاه سهموي با  تمرکز خطي41
3-2-2 نيروگاه سهموي با  تمرکز نقطه اي41
3-2-3 نيروگاه دريافت کننده مرکزي يا برج توان خورشيدي41
3-3 اجزا مختلف يك نيروگاه دريافت کننده مرکزي43
3-3-1 هليواستات‌ها43
3-3-2 ميدان هليواستات46
3-3-3 اثر زاويه‌اي يا كسينوسي47
3-3-4 اثر سايه48
3-3-5 اثر انسداد49
3-3-6 پراکندگي جوي يا تضعيف شدن50
3-3-7 اثر منعکس کننده50
3-3-8 كنترل هليواستات‌ها50
3-3-9 دريافت‌كننده52
3-3-10 سيال حامل حرارت53
3-3-11 سيستم ذخيره حرارتي54
3-4 دلايل مفيد بودن نيروگاه هاي خورشيدي در ايران55
3-5 چشم‌انداز آينده55
فصل چهارم – طراحي نيروگاه دريافت کننده مرکزي
4-1 مقدمه57
4-2  محاسبه زواياي مشخصه هليواستات ها57
4-3 مراحل طراحي ميدان هليواستات در يک نيروگاه دريافت کننده مرکزي60
4-3-1 يافتن مکان هليواستات ها در يک نيروگاه دريافت کننده مرکزي61
4-3-2  يافتن ضريب انسداد62
4-3-3  پيداکردن بازده هليواستات ها67
4-3- 4 پيداکردن شار حرارتي توليدي توسط ميدان هليواستات ها برروي دريافت کننده مرکزي68
فصل پنجم – نتايج حاصل از طراحي نيروگاه دريافت کننده مرکزي
5-1 مقدمه71
5-2 بررسي زواياي شيب و سمت الرأس هليواستات ها در هر لحظه و هر مکان71
5-3  طراحي چيدمان هليواستات ها در ميدان يک نيروگاه دريافت کننده مرکزي75
5-3-1 بررسي صحت کد نوشته شده در اين پايان نامه76
5-3-2 طراحي ميدان هليواستات براي شهر کرمان80
5-3-3 طراحي ميدان براي نيروگاهي با توان ثابت81
5-3-4 بررسي تأثير پارامترهاي موثر بر بازده ميدان85
5-4 بهينه سازي ميدان هليواستات با بهره گرفتن از الگوريتم ژنتيک86
5-5 نتيجه گيري91
5-6 پيشنهادات93
فهرست منابع94

مقدمه

در اين فصل ابتدا به لزوم بکار گيري انرژي هاي تجديد پذير با توجه به شرايط کشورمان ايران مي پردازيم. سپس طرح کلي يک نيروگاه دريافت کننده مرکزي معرفي خواهد شد. در ادامه به معرفي کارهاي تحقيقي و اجرايي گذشته مي پردازيم و در انتها اهداف اين پروژه معرفي خواهد شد.

1-2 اهميت بکار گيري انرژي هاي پاک و تجديد پذير در ايران

نور خورشيد باعث رشد همه ي گياهان شده و آب تازه براي گياهان وبقاي انسان توليد مي کند. بعلاوه به عنوان منبع گرمازا در زندگي مردم هزاره اول مؤثر بوده و آزمايشات جدي براي استفاده از آن براي توليد انرژي، در قرن هجدهم شروع شد که رايج ترين کاربرد آن گرم کردن منازل مي باشد. شار حرارتي در مناطق مختلف زمين بسته به موقعيت جغرافيايي، شرايط آب و هوايي منطقه، ساعات آفتابي و … مقادير مختلفي مي باشد. در حال حاضر حدود 90%  الکتريسيته توليدي در کشور توسط نيروگاه هاي سوخت فسيلي تامين مي شود. سهم بسيار بزرگ سوخت هاي فسيلي در توليد توان الکتريکي در ايران عامل بروز مشکلاتي از جمله آلودگي محيط زيست و همچنين کاهش ظرفيت صادرات نفت و گاز کشور شده است. از طرفي افزايش مصرف انرژي جهان در سال هاي آتي ناشي از افزايش رشد جمعيت ، ميل به رفاه و افزايش توليد ناخالص سرانه در جهان است که پيش بيني مي شود تا سال 2020 به حدود 7000دلار يعني تقريبا 75% بيش از سال 1890 باشد.  انتظار مي رود با مصرف اين ميزان انرژي، ميزان انتشار دي اکسيد کربن از 9/5 گيگا تن در سال 1890 به 4/8 گيگاتن در سال 2020 برسد. گازهاي آلاينده ديگر را بايد به اين ميزان اضافه کرد. مطالعات و تجربيات نشان مي دهد که دو راه حل اصلي براي تعديل اين مشکل وجود دارد:

  1. افزايش بازده و صرفه جويي در مصرف انرژي
  2. افزايش سهم انرژي هاي تجديد پذير در ترکيب انرژي جهان

يادآوري اين نکته بسيار مهم است که استفاده از انرژي هاي تجديد پذير در مقايسه با سوخت هاي فسيلي هر چند از هزينه بهره برداري بسيار اندک برخوردار است، لکن هزينه سرمايه گذاري بسيار بالاتر  و حتي چندين برابر خواهد داشت. همين موانع سبب شده که در حال حاضر سهم انرژي هاي نو کمتر از 2% و در 2020 حدود 4% از کل انرژي مصرفي جهان پيش بيني شود.  با توجه به اين گونه مشکلات و همچنين رو به اتمام بودن منابع سوخت هاي فسيلي، اهميت و لزوم کار سازمان يافته جهت جايگزين نمودن منابع انرژي پاک و تجديد پذير، مشخص مي گردد. يکي از منابع تجديد پذير و در عين حال در دسترس با ظرفيت بالا در ايران انرژي خورشيدي مي باشد. در نيروگاه هاي گرمايي –  خورشيدي، تابش خورشيدي به انرژي گرمايي تبديل مي شود تا با بهره گرفتن از آن، بخار آب مورد نياز براي به حرکت در آوردن توربين ها توليد شود که به روش تبديل الکتريکي- حرارتي موسوم است. نيروگاه هاي خورشيدي دريافت کننده مرکزي از مهمترين انواع نيروگا ه هاي گرمايي – خورشيدي هستند که به دليل امکان رسيدن به دماهاي بالا و بازده حرارتي خوب، مورد توجه قرار گرفته اند که در ادامه به توضيح مختصري در مورد اين نيروگاه مي پردازيم. شکل 1-1 نمونه اي از يک نيروگاه به همراه چندين برج دريافت کننده را نشان مي دهد که در حال ساخت در کشور استراليا مي باشد وقرار است تا سال 2013 بهره برداري شود.

 
شکل 1-1 نمونه اي از يک نيروگاه دريافت کننده مرکزي با چندين برج [1]

1-3 طرح کلي نيروگاه دريافت کننده مرکزي

طرح کلي نيروگاه دريافت کننده مرکزي[1]  که به آن برج توان[2] خورشيدي نيز گفته مي شود، به اين صورت مي باشد که ميدان بزرگي از آينه ها که به نام هليواستات[3]  معروفند، تابش مستقيم خورشيد را به سمت يک دريافت کننده که در بالاي يک برج بلند قرار دارد منعکس مي کنند. در واقع ميدان هليواستات در حکم يک جمع کننده است که تابش مستقيم نور خورشيد را به سمت يک دريافت کننده متمرکز مي کند. بخشي از دريافت کننده به نام جاذب که داراي ضريب جذب بسيار بالاست، انرژي تابشي را جذب و به حرارت تبديل مي کند. اين سيال يا مي تواند مستقيما وارد يک سيکل توليد توان شود و يا از طريق يک مبدل حرارتي انرژي خود را به سيال عامل تحويل دهد. سيکل توليد توان نيروگاه مي تواند سيکل رانکين با سيال عامل آب باشد و حتي در طرح هاي جديدتر مي توان از سيکل توربين گازي برايتون يا از سيکل ترکيبي استفاده نمود [2]. شکل 1-2 نمودار ساده اي از نيروگاه دريافت کننده مرکزي همراه با سيکل ترکيبي را نشان مي دهد.

 
شکل 1-2 نمودار ساده اي  از نيروگاه دريافت کننده مرکزي [3]

1-4 مروري بر کارهاي گذشته

نيروگاه هاي گرمايي- خورشيدي با فناوري تمرکز نوري در آينده نقش مهمي در توليد برق با بهره گرفتن از انرژي هاي تجديدپذير بر عهده خواهند داشت ولي هم اکنون تعداد آنها در مقايسه با نيروگاه هاي سوخت فسيلي کم مي باشد [4]. انرژي خورشيد در سطح زمين بسيار گسترده است ولي به دليل دماي پايين توليد کار از آن مشکل مي باشد [5]، به همين علت در نيروگاه هاي حرارتي- خورشيدي براي افزايش دما از فناوري تمرکز نوري استفاده مي کنند. متمرکز کردن انرژي خورشيد، ابتدا براي مصارف انرژي در مقياس کوچک 100 وعموماً براي پمپ هاي آب استفاده مي شد. ايده نيروگاه دريافت کننده مرکزي ابتدا در سال 1956 توسط يک دانشمند روس به نام باوم [6] مطرح شد. طرح پيشنهادي او به اين صورت بود که تعداد 1300 آينه که بر روي واگن هاي کوچکي قرار داشتند، نور را بر روي يک ديگ متمرکز مي کردند. واگن هاي کوچک، قادر بودند بر روي چند ريل منحني شکل در اطراف ديگ حرکت کنند. طبق محاسبات باوم، اين مجموعه در هر ساعت قادر به توليد 11 تا 13 تن بخار در فشار 30 اتمسفر و دماي 400 بود [6].

اولين کار اجرايي در اين زمينه در سال 1965 توسط فرانسيا در شهر سان ايلاريو ايتاليا انجام گرفت. در اين کار مساحت کل آينه هاي بکار رفته 52 بود. آينه ها به شکل دايره بوده و به صورت مکانيکي باهم ارتباط داشتند. عمل رد گيري خورشيد نيز به صورت مکانيکي انجام مي گرفت[2].

 در سال 1976 يک طراحي مهندسي نسبتاً جامع از يک نيروگاه دريافت کننده مرکزي، توسط ونت هول و هيلدبرند [7] ارائه شد. در طرح آن ها تا 500 توليد توان الکتريکي پيش بيني شده بود. آن ها براي مدل سازي بخش نوري يا گردآور نيروگاه، يک مدل کامپيوتري ارائه کردند. براوردهاي اقتصادي آنان قابل رقابت بودن چنين نيروگاهي با نيروگاه هاي سوخت فسيلي را نشان مي داد [5]. در همين سال رياز [8] هليواستات هاي واقع بر روي يک نيم دايره به مرکز پاي برج را بررسي کرد. او دو زاويه شيب و سمت را به صورت تابعي از وقت روز و موقعيت هليواستات روي نيم دايره براي يک عرض جغرافيايي خاص و يک روز خاص از سال بدست آورد [8].

در1977 ليپز و ونت هول [9] روشي براي بهينه سازي يک سيستم دريافت کننده مرکزي ارائه کردند. در اين روش، ميدان هليواستات به تعدادي واحد يا سلول تقسيم مي شود که هر سلول مجموعه اي از چندين هليواستات است. به منظور سادگي، برخي از پارامتر هاي ميدان (مثلاً فاصله هليواستات ها از يکديگر) براي هر سلول ثابت در نظر گرفته شد. اين فرض باعث کمتر شدن حجم محاسبات گرديد. ليپز و ونت هول چند نوع آرايش را براي ميدان هليواستات مورد بررسي قرار داده و به اين نتيجه رسيدند که آرايش يک در ميان[4] عملکرد بهتري نسبت به ديگر آرايش ها خواهد داشت [9].

پس از بحران انرژي در سال 1973 طرح هاي استفاده از انرژي خورشيدي در مقادير زياد رو به افزايش نهاد. نيروگاه 750 يوروليوس در ايتاليا در سال 1981 با هزينه 2/8 ميليون دلار اولين نيروگاه دريافت کننده مرکزي متصل به شبکه بود. بازده خورشيدي به الکتريکي آن 1/8% با سيال عامل آب بود که به حداکثر دماي 512 مي رسيد. از ديگر نيروگاه هاي ساخته شده مي توان به نيروگاه 10 سولاروان[5] در سال 1982 در آمريکا با بازده خورشيدي به الکتريکي 7/8%  و هزينه 141 ميليون دلار اشاره کرد.  اين نيروگاه که با بهره گرفتن از بخار به عنوان سيال حامل حرارت فعال بود، بازسازي شد و نوع سيستم دريافت کننده آن به نمک مذاب تغيير يافت و در آن از يک سيستم ذخيره حرارتي با دو منبع نمک مذاب استفاده شد و پس از آن به نام سولار تو[6]  تغيير نام يافت [2]. شکل 1-3  نماهايي از اين نيروگاه را نشان مي دهد.

  
شکل 1-3 نماهايي از نيروگاه سولارتو در امريکا [10]

در 1989 کولادو و تورگانو [11] روشي براي محاسبه انرژي سالانه تأمين شده توسط يک ميدان هليواستات ارائه کردند. در روش پيشنهادي آن ها مقدار انرژي با انتگرال گيري از حاصل ضرب دو تابع پيوسته روي ميدان بدست مي آمد. اين دو تابع عبارتند از: انرژي سالانه بر واحد آينه و نسبت مساحت آينه ها بر واحد مساحت زمين. در اين کار آرايش هليواستات ها به صورت شعاعي يک در ميان[7] فرض شده بود [11].

در سال 2001 سيلا و الايب [12] روشي هندسي و مدلي رياضي ارائه کردند که بر مبناي آن هيچ انسدادي در ميدان به وجود نيايد. آنها ميدان هليواستات را به چندين ناحيه مشخص تقسيم کردند که بر مبناي آن توانستند استفاده بيشتري از زمين ببرند. روش آنها در عين سادگي  در مقايسه با روش سلولي هوشمند از عملکرد بهتري برخوردار است [12].

در سال 2004 چن و همکاران کارايي ميدان هليواستات را مورد بررسي قرار دادند. آن ها از روشي جديد براي دنبال کردن خورشيد استفاده کردند و به اين ترتيب توانستند هزينه ساخت نيروگاه را کاهش دهند [13].

در سال 2004 دادخواه  با بهره گرفتن از هندسه برداري روشي را براي محاسبه زواياي مشخصه هليواستات ها به صورت تابعي از دو متغير زمان و مکان (نسبت به دريافت کننده) ارائه کرد. نحوه محاسبه برخي پارامترهاي مؤثر بر عملکرد ميدان هليواستات از جمله سايه اندازي و انسداد  نيز مورد بررسي قرار گرفت [14]. 

در سال 2009 کولادو [15] روشي را ارائه کرد که بر طبق آن بتوان آرايش و چيدمان هليواستات ها را در ميدان پيدا کرد. روش وي بر مبناي دو پارامتر اصلي بيان شدکه يکي ضريب انسداد معين و ديگري فاصله امن که فاصله بين قطر هليواستات و قطر مشخصه هر هليواستات براي ايجاد انسداد معين مي باشد. قطر مشخصه نيز قطری است که بر مبنای آن هليواستات ها در ميدان چيده می شوند. او ميداني شامل هزار هليواستات را براي منطقه آلمريا در اسپانيا طراحي و روش خود را با روش سلولي هوشمند مقايسه کرد [15].

يائو و همکارانش در سال 2009 طراحي يک نيروگاه 1 را در چين انجام دادند که هم اکنون در حال ساخت مي باشد. آنها نرم افزار HFDL را براي طراحي ميدان  ارائه کردند که شبيه سازي ميدان را به کمک نرم افزار TRNSYS انجام مي داد. همچنين مدلي براي محاسبه ميزان توان حرارتي جذب شده در دريافت کننده نيز ارائه کردند [16].

در سال 2010 وي و همکارانش روشي جديد براي طراحي ميدان هليواستات ارائه کردند. آنها فاکتور بازده را بر مبناي حاصل ضرب ميانگين بازده کسينوسي ساليانه و ميانگين بازده تضعيف شدن تعريف کردند و نشان دادند که نتايج آنها با حالتي که بازده دنبال کردن ساليانه  در نظر گرفته مي شود نزديکي زيادي دارد [17].

1-4-1 مروري بر کارهاي گذشته در زمينه زواياي بهينه پنل هاي خورشيدي

براي دريافت بيشترين مقدار انرژي بايد سطح پانل تقريبا عمود برجهت تشعشع باشد که اين امر با بهره گرفتن از دنبال کننده هايي که به طورلحظه اي خورشيد را دنبال مي کنند امکان پذير است. اما مشکل اصلي هزينه بالاي ساخت اين دنبال کننده ها مي باشد، به طوري که مي توان به جاي استفاده از دنبال کننده، زاويه شيب پانل را به صورت روزانه، ماهيانه و يا فصلي تغيير داد. اغلب مطالعات انجام شده دراين زمينه، بر روي زاويه شيب کلکتور هاي خورشيدي آن هم به صورت ماهيانه صورت گرفته است و بيانگر اين مطلب مي باشد که زاويه شيب در نيم کره شمالي براي کلکتور هاي خورشيدي رو به جنوب وابسته به عرض جغرافيايي است.  به عنوان مثال لوند [18] زاويه بهينه سالانه را برابر با و دافي و بکمن [19] اين زاويه را بصورت بدست آوردند. کويي و ريفات [20] زاويه بهينه را در چندين شهر دنيا محاسبه کردند و مقدارآن را بدست آوردند. در روابط بالا علامت مثبت مربوط به مناطق واقع در نيم کره شمالي و علامت منفي براي مناطق واقع در نيم کره جنوبي مي باشد.

 نيجي گردوف [21] روابطي براي بدست آوردن زاويه بهينه در ماههاي مختلف ارائه کرد که اين روابط در کارهاي انجام شده در مناطق مختلف جغرافيايي براي سنجش اعتبار مورد استفاده قرار مي گيرد. اولگن [22] با بهره گرفتن از يک مدل رياضي زاويه بهينه در شهر ازمير ترکيه رامحاسبه و زواياي بهينه را براي اين شهر در ماه ها و فصول مختلف سال ارائه کرد. مجاهيد [23] با بهره گرفتن از يک الگوريتم محاسباتي زاويه بهينه را براي عرض هاي جغرافيايي متفاوت از 10 تا 50 درجه به دست آورد و دريافت که اگر پانل ها در فصول مختلف سال بر اساس زاويه بهينه در فصل مورد نظر تنظيم نشوند تقريباً 10% انرژي تشعشعي از بين مي رود. گوفيناتان و همکاران [24] انرژي رسيده به سطح شيب دار را به صورت تابعي از زاويه شيب و زاويه سمت الرأس براي نواحي جنوب آفريقا مورد بررسي قرار دادند. گاندرهان و هپبسلي [25] زواياي بهينه را براي شهر ازمير ترکيه بدست آوردند و نتايج را با مدل نيجي گردوف مقايسه کردند. آنها پيشنهاد کردند که براي افزايش انرژي بدست آمده پانل ها را هر ماه در زاويه بهينه ماهيانه قرار دهيم. کمال سيکر [26] ارتباط اي براي بدست آوردن زاويه شيب ارائه کرده و زواياي بهينه را براي شهرهايي از کشور سوريه بدست آورد. همدي و همکاران [27] نيز زاويه شيب بهينه را براي شهري در مصر بدست آوردند و اثر کميت هاي مختلف را نيز بررسي کردند. نتايج آن ها در برخي ماه ها هم خواني کمي با نتايج آزمايشگاهي نشان مي داد. هارتلي و همکاران [28] زواياي بهينه را براي دريافت بيشترين تشعشع خورشيد در شهر والنسياي اسپانيا بدست آوردند. عزمي و همکاران [29] براي شهر دارالسلام زواياي بهينه را بدست آوردند که نتايج آنها در مقايسه با نتايج بدست آمده از روابط نيجي گردوف در برخي ماه ها تفاوت قابل ملاحظه اي را نشان مي داد. علاوه بر کارهاي تجربي و استفاده از مدل هاي رياضي، شري و همکاران [30] با بهره گرفتن ازيک  نرم افزار تجاري زاويه بهينه را براي مناطقي از اردن بدست آوردند.  عبدل زاده و همکاران [31] زاويه بهينه شيب را براي شهر کرمان تنها با در نظر گرفتن مقادير ماهيانه انرژي روي سطح افقي بدست آوردند و دريافتند که بيشترين انرژي تشعشعي دريافتي از خورشيد در ماه هاي مختلف سال در زواياي مختلفي صورت مي گيرد که با عرض جغرافيايي برابر نمي باشد، ام چنانچه هدف دريافت بيشترين انرژي تشعشعي سالانه باشد زاويه بهينه شيب پانل به عرض جغرافيايي محل نزديک مي باشد.

1-5 بيان اهداف

در يک نيروگاه دريافت کننده مرکزي، مهم ترين بخش چه از لحاظ تلفات و چه از لحاظ هزينه، ميدان هليواستات است.  به منظور آن که نور منعکس شده از يک هليواستات به دريافت کننده برسد بايد پارامترها و عوامل تأثير گذار طوري تعيين شوند که تلفات کمتري در ميدان داشته باشيم يا به عبارتي بازده ميدان هليواستات بيشترين باشد. هدف ما در اين تحقيق ابتدا آن است که بتوانيم زواياي بهينه پانل هاي خورشيدي را براي دريافت بيشترين انرژي از خورشيد تعيين کنيم. هدف اصلي در اين پروژه طراحي ميدان هليواستات در يک نيروگاه دريافت کننده مرکزي با درنظر گرفتن توان حرارتي ثابت مي باشد. بررسي عوامل مؤثر بر بازده ميدان هليواستات نيز انجام خواهد گرفت. سپس با بکار گيري الگوريتم ژنتيک، به بهينه سازي ميدان هليواستات پرداخته و پارامترهاي بهينه براي داشتن بيشترين بازده در ميدان مشخص خواهد شد. در انتها ميدان هليواستات بر اساس مقادير بدست آمده طراحي خواهد شد.

2-1 مقدمه

در اين فصل ابتدا به بررسي زاويه بهينه و بيشينه انرژي دريافتي در کلکتورهاي خورشيدي و پانل هاي فتوو لتاييک مي پردازيم و در ادامه زاويه هليواستات ها در نيروگاه خورشيدي را مورد بررسي قرار مي دهيم.

2-2 مباحث لازم از انرژي خورشيدي

در شکل 2-1 نمايي کلي از يک کلکتور خورشيدي قابل مشاهده مي باشد. همان گونه که در شکل مشاهده مي شود جهت و موقعيت هر صفحه در هر لحظه توسط دو زاويه شيب و سمت الرأس مشخص مي شود که به ترتيب عبارتند از:

  • زاويه شيب (Slope angle ) : عبارت است از زاويه بين صفحه مورد نظر و سطح افق.    ( به اين معني است که سطح صفحه مورد نظر رو به پايين است).
  • زاويه سمت الراس صفحه (Surface azimuth angle) : اگر راستاي عمود بر سطح صفحه مورد نظر را بر صفحه افق تصوير کنيم، راستاي اين تصوير با راستاي نصف النهار محلي زاويه اي مي سازد که همان زاويه سمت صفحه مي باشد. اگر راستاي تصوير در امتداد شمال به جنوب باشد، صفرخواهد بود. شرق منفي و غرب مثبت در نظر گرفته مي شود.
 شکل 2-1 نمايي کلي از يک کلکتور خورشيدي

زواياي مشخص کننده موقعيت خورشيد نسبت به محل مورد نظر  ،  و  مي باشند که به تريب عبارتند از:

  • زاويه سمت الرأس خورشيد (Zenith angle) : راستايي که مکان مورد نظر را به خورشيد متصل مي کند، با راستاي قائم زاويه اي مي سازد که همان زاويه سمت الرأس خورشيد است.
  • زاويه ارتفاع خورشيد (Solar altitude angle) : زاويه اي است که خط واصل خورشيد و مکان مورد نظر با افق مي سازد. در واقع زاويه ارتفاع خورشيد متمم زاويه سمت الرأس است.
  • زاويه سمت خورشيد (Solar azimuth angle) : زاويه اي است که تصوير راستاي تابش خورشيد بر سطح افق، با راستاي شمال به جنوب مي سازد. علامت مانند  مشخص مي شود.

شکل 2-2 زواياي معرفي شده را نشان مي دهد.

 
شکل 2-2 زواياي مشخص کننده جهت و وضعيت صفحه و نيز زواياي مشخص کننده موقعت خورشيد [19]

زواياي اصلي ،  و  که با بهره گرفتن از آن ها مي توان جهت تابش خورشيد را محاسبه کرد به ترتيب عبارتند از:

  • زاويه عرض خغرافيايي (Latitude angle) : اگر مرکز زمين را به مکان مورد نظر روي سطح زمين متصل کنيم، خط واصل با صفحه استوا زاويه اي مي سازد که همان عرض جغرافيايي مي باشد که در نيم کره شمالي مثبت و در نيم کره جنوبي منفي در نظر گرفته مي شود.
  • زاويه ساعت (Hour angle) : خط واصل مرکز زمين و مرکز خورشيد و نيز خط متصل کننده مرکز زمين به مکان مورد نظر روي سطح زمين را در نظر مي گيريم. زاويه ساعت عبارت است از زاويه بين تصوير اين دو خط در صفحه استوا. ازنظر علامت در صبح منفي و در بعد از ظهر مثبت در نظر گرفته مي شود. زاويه ساعت به دليل چرخش زمين حول محور خود، در هر ساعت  تغيير مي کند.
  • زاويه ميل (Declination angle) : خطي که مرکز زمين و خورشيد را به هم متصل مي کند، با تصويرش در صفحه استوا زاويه اي مي سازد که همان زاويه ميل مي باشد که از ارتباط زير محاسبه مي شود:

در اين ارتباط شماره روز ميلادي است. شکل 2-3 زواياي  ،  و  را نشان مي دهد.

شکل 2-3 زواياي اصلي عرض خغرافيايي، ساعت و ميل [32]

2-3 محاسبه شدت تشعشع کل دريافتي روي يک سطح

اطلاعات مربوط به تشعشع کل خورشيد روي يک سطح افقي معمولاً در دسترس مي‌باشد که با بهره گرفتن از آن مي توان انرژي رسيده به سطوح شيب دار را محاسبه کرد. تشعشع کل روزانه  (ميانگين روزانهيا ميانگين ماهيانه مقادير روزانه) برابر با مجموع تابش مستقيم، تابش پخشي و تابش انعکاسي مي‌باشد [19].

تعداد صفحه :125

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  **** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :
 
 

2 Comments

Comments are closed.