جستجو در سایت :   

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مکانیک

گرایش : تبدیل انرژی

عنوان : طراحی و کنترل میدان هلیواستات یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی

دانشگاه شهید باهنر کرمان

دانشکده فنی و مهندسی

بخش مهندسی مکانیک

پایان نامه تحصیلی برای دریافت درجه کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی

طراحی و کنترل میدان هلیواستات یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی و بهینه سازی آن با بهره گیری از الگوریتم ژنتیک

استاد راهنما:

دکتر مظفر علی مهرابیان

استاد مشاور :

دکتر محمد حسن صفاری پور

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

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

چکیده:

نیروگاه های خورشیدی دریافت کننده مرکزی از مهمترین انواع نیروگا ه های گرمایی -خورشیدی هستند که به دلیل امکان رسیدن به دماهای بالا و بازده حرارتی خوب، مورد توجه قرار گرفته اند. در این نوع نیروگاه ها، تعداد زیادی آینه که به آن ها هلیواستات گفته می گردد و به گونه جداگانه کنترل می شوند، نور خورشید را منعکس کرده و بر روی یک دریافت کننده مرکزی که در بالای یک برج مستقر می باشد متمرکز می نمایند. از آنجا که میدان هلیواستات بخش اعظم هزینه ساخت چنین نیروگاهی را در بر دارد، طراحی بهینه میدان و در نتیجه مطالعه عوامل مؤثر بر آن بسیار مهم می باشد.  در این پژوهش، آغاز زوایای مشخصه پانل های خورشیدی جهت دریافت بیشترین تشعشع خورشید در شهرهای مختلف ایران بدست خواهد آمد. سپس زوایای مشخصه هلیواستات ها جهت کنترل آنها تعیین خواهد گردید. در ادامه طراحی میدان هلیواستات برای کرمان برای توان حرارتی ثابت انجام خواهد گرفت و تأثیر عوامل مختلف بر عملکرد میدان هلیواستات مطالعه خواهد گردید. در انتها با بهره گیری از الگوریتم ژنتیک، پارامترهای بهینه یابی مشخص شده و مقدار بیشینه تابع هدف که بازده کل میدان می باشد محاسبه خواهد گردید.

کلید واژه: نیروگاه دریافت کننده مرکزی، میدان هلیواستات، زوایای مشخصه، توان حرارتی

 فهرست مطالب

فصل اول – مقدمه
1-1 مقدمه 2
1-2 اهمیت بکار گیری انرژی های پاک و تجدید پذیر در ایران 2
1-3 طرح کلی نیروگاه دریافت کننده مرکزی 3
1-4 مروری بر کارهای گذشته 4
1-4-1 مروری بر کارهای گذشته در زمینه زوایای بهینه پنل های خورشیدی 8
1-5 اظهار اهداف 9
فصل دوم – بیشینه کردن انرژی در کلکتورهای خورشیدی
2-1 مقدمه 11
2-2 موضوعات لازم از انرژی خورشیدی 11
2-3 محاسبه شدت تشعشع کل دریافتی روی یک سطح 13
2-4 الگوریتم ژنتیک 18
2-5 داده های بهره گیری شده در مدل های تشعشعی 19
2-6 نتایج 21
2-6-1 مقادیر بدست آمده برای زوایای بهینه 21
2-6-2 مطالعه کمی زوایای شیب بهینه 25
2-6-3 مطالعه بیشینه انرژی بدست آمده بر روی سطح شیبدار با بهره گیری از زاویه شیب بهینه 27
2-6-4 ارائه مدل برای محاسبه زوایای بهینه ماهیانه، فصلی و سالیانه در ایران 32
2-6-5 مطالعه زوایای بهینه ساعتی و انرژی رسیده در این حالت 34
2-6-6 مطالعه زاویه بهینه در کلکتورهای خورشیدی و پانل های فوتوولتائیک 36
فصل سوم – نیروگاه های گرمایی – خورشیدی
3-1 مقدمه 40
3-2 معرفی اجمالی نیروگاه های گرمایی – خورشیدی 40
3- 2- 1 نیروگاه سهموی با  تمرکز خطی 41
3-2-2 نیروگاه سهموی با  تمرکز نقطه ای 41
3-2-3 نیروگاه دریافت کننده مرکزی یا برج توان خورشیدی 41
3-3 اجزا مختلف یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی 43
3-3-1 هلیواستات‌ها 43
3-3-2 میدان هلیواستات 46
3-3-3 اثر زاویه‌ای یا کسینوسی 47
3-3-4 اثر سایه 48
3-3-5 اثر انسداد 49
3-3-6 پراکندگی جوی یا تضعیف شدن 50
3-3-7 اثر منعکس کننده 50
3-3-8 کنترل هلیواستات‌ها 50
3-3-9 دریافت‌کننده 52
3-3-10 سیال حامل حرارت 53
3-3-11 سیستم ذخیره حرارتی 54
3-4 علت های مفید بودن نیروگاه های خورشیدی در ایران 55
3-5 چشم‌انداز آینده 55
فصل چهارم – طراحی نیروگاه دریافت کننده مرکزی
4-1 مقدمه 57
4-2  محاسبه زوایای مشخصه هلیواستات ها 57
4-3 مراحل طراحی میدان هلیواستات در یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی 60
4-3-1 یافتن مکان هلیواستات ها در یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی 61
4-3-2  یافتن ضریب انسداد 62
4-3-3  پیداکردن بازده هلیواستات ها 67
4-3- 4 پیداکردن شار حرارتی تولیدی توسط میدان هلیواستات ها برروی دریافت کننده مرکزی 68
فصل پنجم – نتایج حاصل از طراحی نیروگاه دریافت کننده مرکزی
5-1 مقدمه 71
5-2 مطالعه زوایای شیب و سمت الرأس هلیواستات ها در هر لحظه و هر مکان 71
5-3  طراحی چیدمان هلیواستات ها در میدان یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی 75
5-3-1 مطالعه صحت کد نوشته شده در این پایان نامه 76
5-3-2 طراحی میدان هلیواستات برای شهر کرمان 80
5-3-3 طراحی میدان برای نیروگاهی با توان ثابت 81
5-3-4 مطالعه تأثیر پارامترهای موثر بر بازده میدان 85
5-4 بهینه سازی میدان هلیواستات با بهره گیری از الگوریتم ژنتیک 86
5-5 نتیجه گیری 91
5-6 پیشنهادات 93
فهرست منابع 94

مقدمه

در این فصل آغاز به لزوم بکار گیری انرژی های تجدید پذیر با در نظر داشتن شرایط کشورمان ایران می پردازیم. سپس طرح کلی یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی معرفی خواهد گردید. در ادامه به معرفی کارهای تحقیقی و اجرایی گذشته می پردازیم و در انتها اهداف این پروژه معرفی خواهد گردید.

1-2 اهمیت بکار گیری انرژی های پاک و تجدید پذیر در ایران

نور خورشید باعث رشد همه ی گیاهان شده و آب تازه برای گیاهان وبقای بشر تولید می کند. بعلاوه به عنوان منبع گرمازا در زندگی مردم هزاره اول مؤثر بوده و آزمایشات جدی برای بهره گیری از آن برای تولید انرژی، در قرن هجدهم شروع گردید که رایج ترین کاربرد آن گرم کردن منازل می باشد. شار حرارتی در نواحی گوناگون زمین بسته به موقعیت جغرافیایی، شرایط آب و هوایی منطقه، ساعات آفتابی و … مقادیر مختلفی می باشد. در حال حاضر حدود 90%  الکتریسیته تولیدی در کشور توسط نیروگاه های سوخت فسیلی تامین می گردد. سهم بسیار بزرگ سوخت های فسیلی در تولید توان الکتریکی در ایران عامل بروز مشکلاتی مانند آلودگی محیط زیست و همچنین کاهش ظرفیت صادرات نفت و گاز کشور شده می باشد. از طرفی افزایش مصرف انرژی جهان در سال های آتی ناشی از افزایش رشد جمعیت ، میل به رفاه و افزایش تولید ناخالص سرانه در جهان می باشد که پیش بینی می گردد تا سال 2020 به حدود 7000دلار یعنی تقریبا 75% بیش از سال 1890 باشد.  انتظار می رود با مصرف این اندازه انرژی، اندازه انتشار دی اکسید کربن از 9/5 گیگا تن در سال 1890 به 4/8 گیگاتن در سال 2020 برسد. گازهای آلاینده دیگر را بایستی به این اندازه اضافه نمود. مطالعات و تجربیات نشان می دهد که دو راه حل اصلی برای تعدیل این مشکل هست:

  1. افزایش بازده و صرفه جویی در مصرف انرژی
  2. افزایش سهم انرژی های تجدید پذیر در ترکیب انرژی جهان

یادآوری این نکته بسیار مهم می باشد که بهره گیری از انرژی های تجدید پذیر در مقایسه با سوخت های فسیلی هر چند از هزینه بهره برداری بسیار اندک برخوردار می باشد، لکن هزینه سرمایه گذاری بسیار بالاتر  و حتی چندین برابر خواهد داشت. همین موانع سبب شده که در حال حاضر سهم انرژی های نو کمتر از 2% و در 2020 حدود 4% از کل انرژی مصرفی جهان پیش بینی گردد.  با در نظر داشتن این گونه معضلات و همچنین رو به اتمام بودن منابع سوخت های فسیلی، اهمیت و لزوم کار سازمان یافته جهت جایگزین کردن منابع انرژی پاک و تجدید پذیر، مشخص می گردد. یکی از منابع تجدید پذیر و در عین حال در دسترس با ظرفیت بالا در ایران انرژی خورشیدی می باشد. در نیروگاه های گرمایی –  خورشیدی، تابش خورشیدی به انرژی گرمایی تبدیل می گردد تا با بهره گیری از آن، بخار آب مورد نیاز برای به حرکت در آوردن توربین ها تولید گردد که به روش تبدیل الکتریکی- حرارتی موسوم می باشد. نیروگاه های خورشیدی دریافت کننده مرکزی از مهمترین انواع نیروگا ه های گرمایی – خورشیدی هستند که به دلیل امکان رسیدن به دماهای بالا و بازده حرارتی خوب، مورد توجه قرار گرفته اند که در ادامه به تبیین مختصری در مورد این نیروگاه می پردازیم. شکل 1-1 نمونه ای از یک نیروگاه به همراه چندین برج دریافت کننده را نشان می دهد که در حال ساخت در کشور استرالیا می باشد وقرار می باشد تا سال 2013 بهره برداری گردد.

 
شکل 1-1 نمونه ای از یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی با چندین برج [1]

1-3 طرح کلی نیروگاه دریافت کننده مرکزی

طرح کلی نیروگاه دریافت کننده مرکزی[1]  که به آن برج توان[2] خورشیدی نیز گفته می گردد، به این شکل می باشد که میدان بزرگی از آینه ها که به نام هلیواستات[3]  معروفند، تابش مستقیم خورشید را به سمت یک دریافت کننده که در بالای یک برج بلند قرار دارد منعکس می کنند. در واقع میدان هلیواستات در حکم یک جمع کننده می باشد که تابش مستقیم نور خورشید را به سمت یک دریافت کننده متمرکز می کند. بخشی از دریافت کننده به نام جاذب که دارای ضریب جذب بسیار بالاست، انرژی تابشی را جذب و به حرارت تبدیل می کند. این سیال یا می تواند مستقیما وارد یک سیکل تولید توان گردد و یا از طریق یک مبدل حرارتی انرژی خود را به سیال عامل تحویل دهد. سیکل تولید توان نیروگاه می تواند سیکل رانکین با سیال عامل آب باشد و حتی در طرح های جدیدتر می توان از سیکل توربین گازی برایتون یا از سیکل ترکیبی بهره گیری نمود [2]. شکل 1-2 نمودار ساده ای از نیروگاه دریافت کننده مرکزی همراه با سیکل ترکیبی را نشان می دهد.

 
شکل 1-2 نمودار ساده ای  از نیروگاه دریافت کننده مرکزی [3]

1-4 مروری بر کارهای گذشته

نیروگاه های گرمایی- خورشیدی با فناوری تمرکز نوری در آینده تأثیر مهمی در تولید برق با بهره گیری از انرژی های تجدیدپذیر بر عهده خواهند داشت اما هم اکنون تعداد آنها در مقایسه با نیروگاه های سوخت فسیلی کم می باشد [4]. انرژی خورشید در سطح زمین بسیار گسترده می باشد اما به دلیل دمای پایین تولید کار از آن مشکل می باشد [5]، به همین علت در نیروگاه های حرارتی- خورشیدی برای افزایش دما از فناوری تمرکز نوری بهره گیری می کنند. متمرکز کردن انرژی خورشید، آغاز برای مصارف انرژی در مقیاس کوچک 100 وعموماً برای پمپ های آب بهره گیری می گردید. ایده نیروگاه دریافت کننده مرکزی آغاز در سال 1956 توسط یک دانشمند روس به نام باوم [6] مطرح گردید. طرح پیشنهادی او به این شکل بود که تعداد 1300 آینه که بر روی واگن های کوچکی قرار داشتند، نور را بر روی یک دیگ متمرکز می کردند. واگن های کوچک، قادر بودند بر روی چند ریل منحنی شکل در اطراف دیگ حرکت کنند. طبق محاسبات باوم، این مجموعه در هر ساعت قادر به تولید 11 تا 13 تن بخار در فشار 30 اتمسفر و دمای 400 بود [6].

اولین کار اجرایی در این زمینه در سال 1965 توسط فرانسیا در شهر سان ایلاریو ایتالیا انجام گرفت. در این کار مساحت کل آینه های بکار رفته 52 بود. آینه ها به شکل دایره بوده و به صورت مکانیکی باهم ارتباط داشتند. اقدام رد گیری خورشید نیز به صورت مکانیکی انجام می گرفت[2].

 در سال 1976 یک طراحی مهندسی نسبتاً جامع از یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی، توسط ونت هول و هیلدبرند [7] ارائه گردید. در طرح آن ها تا 500 تولید توان الکتریکی پیش بینی شده بود. آن ها برای مدل سازی بخش نوری یا گردآور نیروگاه، یک مدل کامپیوتری ارائه کردند. براوردهای اقتصادی آنان قابل رقابت بودن چنین نیروگاهی با نیروگاه های سوخت فسیلی را نشان می داد [5]. در همین سال ریاز [8] هلیواستات های واقع بر روی یک نیم دایره به مرکز پای برج را مطالعه نمود. او دو زاویه شیب و سمت را به صورت تابعی از وقت روز و موقعیت هلیواستات روی نیم دایره برای یک عرض جغرافیایی خاص و یک روز خاص از سال بدست آورد [8].

در1977 لیپز و ونت هول [9] روشی برای بهینه سازی یک سیستم دریافت کننده مرکزی ارائه کردند. در این روش، میدان هلیواستات به تعدادی واحد یا سلول تقسیم می گردد که هر سلول مجموعه ای از چندین هلیواستات می باشد. به مقصود سادگی، بعضی از پارامتر های میدان (مثلاً فاصله هلیواستات ها از یکدیگر) برای هر سلول ثابت در نظر گرفته گردید. این فرض باعث کمتر شدن حجم محاسبات گردید. لیپز و ونت هول چند نوع آرایش را برای میدان هلیواستات مورد مطالعه قرار داده و به این نتیجه رسیدند که آرایش یک در میان[4] عملکرد بهتری نسبت به دیگر آرایش ها خواهد داشت [9].

پس از بحران انرژی در سال 1973 طرح های بهره گیری از انرژی خورشیدی در مقادیر زیاد رو به افزایش نهاد. نیروگاه 750 یورولیوس در ایتالیا در سال 1981 با هزینه 2/8 میلیون دلار اولین نیروگاه دریافت کننده مرکزی متصل به شبکه بود. بازده خورشیدی به الکتریکی آن 1/8% با سیال عامل آب بود که به حداکثر دمای 512 می رسید. از دیگر نیروگاه های ساخته شده می توان به نیروگاه 10 سولاروان[5] در سال 1982 در آمریکا با بازده خورشیدی به الکتریکی 7/8%  و هزینه 141 میلیون دلار تصریح نمود.  این نیروگاه که با بهره گیری از بخار به عنوان سیال حامل حرارت فعال بود، بازسازی گردید و نوع سیستم دریافت کننده آن به نمک مذاب تغییر پیدا نمود و در آن از یک سیستم ذخیره حرارتی با دو منبع نمک مذاب بهره گیری گردید و پس از آن به نام سولار تو[6]  تغییر نام پیدا نمود [2]. شکل 1-3  نماهایی از این نیروگاه را نشان می دهد.

   
شکل 1-3 نماهایی از نیروگاه سولارتو در امریکا [10]

در 1989 کولادو و تورگانو [11] روشی برای محاسبه انرژی سالانه تأمین شده توسط یک میدان هلیواستات ارائه کردند. در روش پیشنهادی آن ها مقدار انرژی با انتگرال گیری از حاصل ضرب دو تابع پیوسته روی میدان بدست می آمد. این دو تابع عبارتند از: انرژی سالانه بر واحد آینه و نسبت مساحت آینه ها بر واحد مساحت زمین. در این کار آرایش هلیواستات ها به صورت شعاعی یک در میان[7] فرض شده بود [11].

در سال 2001 سیلا و الایب [12] روشی هندسی و مدلی ریاضی ارائه کردند که بر مبنای آن هیچ انسدادی در میدان به وجود نیاید. آنها میدان هلیواستات را به چندین ناحیه مشخص تقسیم کردند که بر مبنای آن توانستند بهره گیری بیشتری از زمین ببرند. روش آنها در عین سادگی  در مقایسه با روش سلولی هوشمند از عملکرد بهتری برخوردار می باشد [12].

در سال 2004 چن و همکاران کارایی میدان هلیواستات را مورد مطالعه قرار دادند. آن ها از روشی جدید برای دنبال کردن خورشید بهره گیری کردند و به این ترتیب توانستند هزینه ساخت نیروگاه را کاهش دهند [13].

در سال 2004 دادخواه  با بهره گیری از هندسه برداری روشی را برای محاسبه زوایای مشخصه هلیواستات ها به صورت تابعی از دو متغیر زمان و مکان (نسبت به دریافت کننده) ارائه نمود. چگونگی محاسبه بعضی پارامترهای مؤثر بر عملکرد میدان هلیواستات مانند سایه اندازی و انسداد  نیز مورد مطالعه قرار گرفت [14]. 

در سال 2009 کولادو [15] روشی را ارائه نمود که بر طبق آن بتوان آرایش و چیدمان هلیواستات ها را در میدان پیدا نمود. روش وی بر مبنای دو پارامتر اصلی اظهار شدکه یکی ضریب انسداد معین و دیگری فاصله امن که فاصله بین قطر هلیواستات و قطر مشخصه هر هلیواستات برای ایجاد انسداد معین می باشد. قطر مشخصه نیز قطری می باشد که بر مبنای آن هلیواستات ها در میدان چیده می شوند. او میدانی شامل هزار هلیواستات را برای منطقه آلمریا در اسپانیا طراحی و روش خود را با روش سلولی هوشمند مقایسه نمود [15].

یائو و همکارانش در سال 2009 طراحی یک نیروگاه 1 را در چین انجام دادند که هم اکنون در حال ساخت می باشد. آنها نرم افزار HFDL را برای طراحی میدان  ارائه کردند که شبیه سازی میدان را به کمک نرم افزار TRNSYS انجام می داد. همچنین مدلی برای محاسبه اندازه توان حرارتی جذب شده در دریافت کننده نیز ارائه کردند [16].

در سال 2010 وی و همکارانش روشی جدید برای طراحی میدان هلیواستات ارائه کردند. آنها فاکتور بازده را بر مبنای حاصل ضرب میانگین بازده کسینوسی سالیانه و میانگین بازده تضعیف شدن تعریف کردند و نشان دادند که نتایج آنها با حالتی که بازده دنبال کردن سالیانه  در نظر گرفته می گردد نزدیکی زیادی دارد [17].

1-4-1 مروری بر کارهای گذشته در زمینه زوایای بهینه پنل های خورشیدی

برای دریافت بیشترین مقدار انرژی بایستی سطح پانل تقریبا عمود برجهت تشعشع باشد که این امر با بهره گیری از دنبال کننده هایی که به طورلحظه ای خورشید را دنبال می کنند امکان پذیر می باشد. اما مشکل اصلی هزینه بالای ساخت این دنبال کننده ها می باشد، به طوری که می توان به جای بهره گیری از دنبال کننده، زاویه شیب پانل را به صورت روزانه، ماهیانه و یا فصلی عوض کرد. اغلب مطالعات انجام شده دراین زمینه، بر روی زاویه شیب کلکتور های خورشیدی آن هم به صورت ماهیانه صورت گرفته می باشد و بیانگر این مطلب می باشد که زاویه شیب در نیم کره شمالی برای کلکتور های خورشیدی رو به جنوب وابسته به عرض جغرافیایی می باشد.  به عنوان مثال لوند [18] زاویه بهینه سالانه را برابر با و دافی و بکمن [19] این زاویه را بصورت بدست آوردند. کویی و ریفات [20] زاویه بهینه را در چندین شهر دنیا محاسبه کردند و مقدارآن را بدست آوردند. در روابط بالا علامت مثبت مربوط به مناطق واقع در نیم کره شمالی و علامت منفی برای مناطق واقع در نیم کره جنوبی می باشد.

 نیجی گردوف [21] روابطی برای بدست آوردن زاویه بهینه در ماههای مختلف ارائه نمود که این روابط در کارهای انجام شده در نواحی گوناگون جغرافیایی برای سنجش اعتبار مورد بهره گیری قرار می گیرد. اولگن [22] با بهره گیری از یک مدل ریاضی زاویه بهینه در شهر ازمیر ترکیه رامحاسبه و زوایای بهینه را برای این شهر در ماه ها و فصول مختلف سال ارائه نمود. مجاهید [23] با بهره گیری از یک الگوریتم محاسباتی زاویه بهینه را برای عرض های جغرافیایی متفاوت از 10 تا 50 درجه به دست آورد و دریافت که اگر پانل ها در فصول مختلف سال بر اساس زاویه بهینه در فصل مورد نظر تنظیم نشوند تقریباً 10% انرژی تشعشعی از بین می رود. گوفیناتان و همکاران [24] انرژی رسیده به سطح شیب دار را به صورت تابعی از زاویه شیب و زاویه سمت الرأس برای نواحی جنوب آفریقا مورد مطالعه قرار دادند. گاندرهان و هپبسلی [25] زوایای بهینه را برای شهر ازمیر ترکیه بدست آوردند و نتایج را با مدل نیجی گردوف مقایسه کردند. آنها پیشنهاد کردند که برای افزایش انرژی بدست آمده پانل ها را هر ماه در زاویه بهینه ماهیانه قرار دهیم. کمال سیکر [26] ارتباط ای برای بدست آوردن زاویه شیب ارائه کرده و زوایای بهینه را برای شهرهایی از کشور سوریه بدست آورد. همدی و همکاران [27] نیز زاویه شیب بهینه را برای شهری در مصر بدست آوردند و اثر کمیت های مختلف را نیز مطالعه کردند. نتایج آن ها در بعضی ماه ها هم خوانی کمی با نتایج آزمایشگاهی نشان می داد. هارتلی و همکاران [28] زوایای بهینه را برای دریافت بیشترین تشعشع خورشید در شهر والنسیای اسپانیا بدست آوردند. عزمی و همکاران [29] برای شهر دارالسلام زوایای بهینه را بدست آوردند که نتایج آنها در مقایسه با نتایج بدست آمده از روابط نیجی گردوف در بعضی ماه ها تفاوت قابل ملاحظه ای را نشان می داد. علاوه بر کارهای تجربی و بهره گیری از مدل های ریاضی، شری و همکاران [30] با بهره گیری ازیک  نرم افزار تجاری زاویه بهینه را برای مناطقی از اردن بدست آوردند.  عبدل زاده و همکاران [31] زاویه بهینه شیب را برای شهر کرمان تنها با در نظر گرفتن مقادیر ماهیانه انرژی روی سطح افقی بدست آوردند و دریافتند که بیشترین انرژی تشعشعی دریافتی از خورشید در ماه های مختلف سال در زوایای مختلفی انجام می شود که با عرض جغرافیایی برابر نمی باشد، ام چنانچه هدف دریافت بیشترین انرژی تشعشعی سالانه باشد زاویه بهینه شیب پانل به عرض جغرافیایی محل نزدیک می باشد.

1-5 اظهار اهداف

در یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی، مهم ترین بخش چه از لحاظ تلفات و چه از لحاظ هزینه، میدان هلیواستات می باشد.  به مقصود آن که نور منعکس شده از یک هلیواستات به دریافت کننده برسد بایستی پارامترها و عوامل تأثیر گذار طوری تعیین شوند که تلفات کمتری در میدان داشته باشیم یا به تعبیری بازده میدان هلیواستات بیشترین باشد. هدف ما در این پژوهش آغاز آن می باشد که بتوانیم زوایای بهینه پانل های خورشیدی را برای دریافت بیشترین انرژی از خورشید تعیین کنیم. هدف اصلی در این پروژه طراحی میدان هلیواستات در یک نیروگاه دریافت کننده مرکزی با درنظر گرفتن توان حرارتی ثابت می باشد. مطالعه عوامل مؤثر بر بازده میدان هلیواستات نیز انجام خواهد گرفت. سپس با بکار گیری الگوریتم ژنتیک، به بهینه سازی میدان هلیواستات پرداخته و پارامترهای بهینه برای داشتن بیشترین بازده در میدان مشخص خواهد گردید. در انتها میدان هلیواستات بر اساس مقادیر بدست آمده طراحی خواهد گردید.

2-1 مقدمه

در این فصل آغاز به مطالعه زاویه بهینه و بیشینه انرژی دریافتی در کلکتورهای خورشیدی و پانل های فتوو لتاییک می پردازیم و در ادامه زاویه هلیواستات ها در نیروگاه خورشیدی را مورد مطالعه قرار می دهیم.

2-2 موضوعات لازم از انرژی خورشیدی

در شکل 2-1 نمایی کلی از یک کلکتور خورشیدی قابل نظاره می باشد. همان گونه که در شکل نظاره می گردد جهت و موقعیت هر صفحه در هر لحظه توسط دو زاویه شیب و سمت الرأس مشخص می گردد که به ترتیب عبارتند از:

  • زاویه شیب (Slope angle ) : عبارت می باشد از زاویه بین صفحه مورد نظر و سطح افق.    ( به این معنی می باشد که سطح صفحه مورد نظر رو به پایین می باشد).
  • زاویه سمت الراس صفحه (Surface azimuth angle) : اگر راستای عمود بر سطح صفحه مورد نظر را بر صفحه افق تصویر کنیم، راستای این تصویر با راستای نصف النهار محلی زاویه ای می سازد که همان زاویه سمت صفحه می باشد. اگر راستای تصویر در امتداد شمال به جنوب باشد، صفرخواهد بود. شرق منفی و غرب مثبت در نظر گرفته می گردد.
 شکل 2-1 نمایی کلی از یک کلکتور خورشیدی

زوایای مشخص کننده موقعیت خورشید نسبت به محل مورد نظر  ،  و  می باشند که به تریب عبارتند از:

  • زاویه سمت الرأس خورشید (Zenith angle) : راستایی که مکان مورد نظر را به خورشید متصل می کند، با راستای قائم زاویه ای می سازد که همان زاویه سمت الرأس خورشید می باشد.
  • زاویه ارتفاع خورشید (Solar altitude angle) : زاویه ای می باشد که خط واصل خورشید و مکان مورد نظر با افق می سازد. در واقع زاویه ارتفاع خورشید متمم زاویه سمت الرأس می باشد.
  • زاویه سمت خورشید (Solar azimuth angle) : زاویه ای می باشد که تصویر راستای تابش خورشید بر سطح افق، با راستای شمال به جنوب می سازد. علامت مانند  مشخص می گردد.

شکل 2-2 زوایای معرفی شده را نشان می دهد.

 
شکل 2-2 زوایای مشخص کننده جهت و وضعیت صفحه و نیز زوایای مشخص کننده موقعت خورشید [19]

زوایای اصلی ،  و  که با بهره گیری از آن ها می توان جهت تابش خورشید را محاسبه نمود به ترتیب عبارتند از:

  • زاویه عرض خغرافیایی (Latitude angle) : اگر مرکز زمین را به مکان مورد نظر روی سطح زمین متصل کنیم، خط واصل با صفحه استوا زاویه ای می سازد که همان عرض جغرافیایی می باشد که در نیم کره شمالی مثبت و در نیم کره جنوبی منفی در نظر گرفته می گردد.
  • زاویه ساعت (Hour angle) : خط واصل مرکز زمین و مرکز خورشید و نیز خط متصل کننده مرکز زمین به مکان مورد نظر روی سطح زمین را در نظر می گیریم. زاویه ساعت عبارت می باشد از زاویه بین تصویر این دو خط در صفحه استوا. ازنظر علامت در صبح منفی و در بعد از ظهر مثبت در نظر گرفته می گردد. زاویه ساعت به دلیل چرخش زمین حول محور خود، در هر ساعت  تغییر می کند.
  • زاویه میل (Declination angle) : خطی که مرکز زمین و خورشید را به هم متصل می کند، با تصویرش در صفحه استوا زاویه ای می سازد که همان زاویه میل می باشد که از ارتباط زیر محاسبه می گردد:

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد : مطالعه انتقال حرارت ترکیبی جابه­ جایی-تابشی در جریان آشفته داخل مجراهایی با انبساط ناگهانی

در این ارتباط شماره روز میلادی می باشد. شکل 2-3 زوایای  ،  و  را نشان می دهد.

شکل 2-3 زوایای اصلی عرض خغرافیایی، ساعت و میل [32]

2-3 محاسبه شدت تشعشع کل دریافتی روی یک سطح

اطلاعات مربوط به تشعشع کل خورشید روی یک سطح افقی معمولاً در دسترس می‌باشد که با بهره گیری از آن می توان انرژی رسیده به سطوح شیب دار را محاسبه نمود. تشعشع کل روزانه  (میانگین روزانهیا میانگین ماهیانه مقادیر روزانه) برابر با مجموع تابش مستقیم، تابش پخشی و تابش انعکاسی می‌باشد [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 گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       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.

***  **** ***

دسته‌ها: رشته مکانیک