دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه49
بخشی از فهرست مطالب
چکیده
هدف از این مطلب بررسی اصول کارکرد سیستم های ردیاب خورشیدی و پتانسیل استفاده از آنها در تولید برق خورشیدی است. به این منظور ابتدا با بررسی رفتارهای حرکتی خورشید و زمین و موقعیت های آنها نسبت به هم ، به تشریح اصول کلی الگوریتم ها و روابط هندسی موقعیت خورشید و زمین (بر حسب مکان جغرافیایی، روز، ساعت و زاویه پنل خورشیدی ) پرداخته می شود و با انتخاب یکی از الگوریتم های مطرح ، محاسبه موقعیت زمین و خورشید و تعیین زوایای لازم انجام می گیرد. با استفاده از این الگوریتم موقعیت خورشید برای شهر تهران در روزهای اول بهار، اول پاییز، اول تابستان و اول زمستان محاسبه شده و به صورت نمودار نمایش داده می شود. سپس انواع روش ها و سیستم های ردیابی خورشیدی دسته بندی و معرفی گردیده و توضیحات لازم در این خصوص ارائه می گردد . با انتخاب یکی از روش های مطرح و پیچیده که ترکیبی از الگوریتم های مختلف می باشد ، جزییات بیشتری در مورد طراحی و فرآیند کار آن روش، ارائه خواهد شد. در انتها بررسی اقتصادی کاربرد روش ارائه شده برای شرایط مشخص انجام می گردد.
مقدمه
امروزه یافتن منابع انرژی پاک برای آینده یکی از دغدغه های مهم جوامع بشری به حساب می آید و انرژی خورشید می تواند پاسخ مناسبی برای این موضوع به شمار آید. پاکی ، فراوانی ، تجدید پذیری ، پایداری و در دسترس بودن از بارزترین ویژگی های انرژی خورشید می باشد. بر همین اساس در سالیان اخیر طراحی ، ساخت و استفاده از انواع سیستم ها و دستگاه هایی مبتنی بر استفاده از انرژی خورشید پدیدار گردیده است. امروزه سیستم های خورشیدی به شکل گسترده ای در مصارف گوناگون صنعتی ، خانگی و کشاورزی و . . . مورد استفاده قرار می گیرند.
سیستم هاى فتوولتاییک یا برق خورشیدى متشکل از تعدادى پنل خورشیدى مى باشند که نور خورشید را جذب کرده و آن را مستقیما به الکتریسیته تبدیل مى کنند. الکتریسیته تولیدى توسط این پنل ها از نوعDC یا مستقیم است و براى مصارف عمومى توسط اینورتر تبدیل به جریان AC مى شود. در بسیارى از کاربردها انرژى تولید شده براى مصارف بعدى یا استفاده در شب هنگام، می بایستى ذخیره گردد که براى این عمل نیاز به شارژ کنترلر و باطرى هاى مناسب می باشد. به دلیل بالا بودن قیمت الکتریسیته تولیدى از این سیستم ها، بهتر است که تمامى اجزاء تشکیل دهنده سیستم داراى راندمان هاى بالا باشند تا تلفات به حداقل میزان ممکن برسد.
مهمترین بخش و گرانقیمت ترین جزء این سیستم ها، پنل هاى خورشیدى هستند . نحوه استقرار و جهت نصب و میزان تابش دریافتی این پنل ها ، نقش کلیدى در میزان دریافت انرژى از خورشید و به تبع آن میزان تولید انرژی توسط سیستم ایفا می کند.
با توجه به وابستگی شدید سیستم های خورشیدی به نور خورشید و همچنین تغییر وضعیت تابش خورشید در طول روز، ماه و سال ، طراحی و ساخت سیستم هایی که بتواند متناسب با این تغییرات ، حداکثر بهره را از نور خورشید به دست آورند مورد بررسی قرار گرفت و تا به امروز مطالعات ، مقالات و کارهای فراوانی در این خصوص صورت گرفته و نتایج خوبی هم حاصل شده است که از مهمترین نتایج این اقدامات را می توان افزایش بهره وری سیستم های خورشیدی ، حداکثر به میزان 40 درصد و در نتیجه کاهش هزینه های تولید انرژی دانست. یکی از مهمترین موضوعاتی که در این خصوص مطرح می باشد طراحی و استفاده از سیستم ردیاب خورشیدی (SOLAR TRACKER) می باشد. سیستم های ردیاب خورشیدی (SOLAR TRACKER) در واقع با استفاده از روش های مختلف، مسیر حرکت نور خورشید را محاسبه یا مشاهده و ردیابی می کنند و توسط مکانیزم های مختلف پنل خورشیدی را به گونه ای که حداکثر بهره برداری از نور خورشید صورت گیرد تنظیم می کنند.
در سال های اخیر و به منظور بهینه سازی ، ارتقا و افزایش کارایی سیستم های خورشیدی، علومی همچون الکترونیک ، کنترل ، کامپیوتر ، نجوم ، فیزیک و شیمی به کار گرفته شدند و هرکدام به سهم خود در این امر دخیل و موثر بوده اند. همگام با پیشرفت های تکنولوژی، انواع روش های الکترونیکی و کنترلی و کامپیوتری در طول چند دهه اخیر برای طراحی ، محاسبات و شبیه سازی ، اجرا و عملیاتی کردن ایده های مختلف و . . . در این عرصه مطرح گردیده است. ساختارها ، سیستم های مکانیکی و مکانیزم های مختلفی در کاربری های مختلفی برای این امر ارائه شده است و الگوریتم ها و روش های مناسبی هم در مورد هندسه زمین و خورشید که امکان محاسبه دقیق موقعیت خورشید را در زمان ها و مکان ها مختلف می دهند معرفی گردیده است. از این رو همانطور که مشخص است بهره مندی از علوم مختلف در بهینه سازی این سیستم ها امری اجتناب ناپذیر بوده و مسلما نتایج مطلوبی برای آیندگان به همراه خواهد داشت.
فصل اول بررسی اصول کلی روابط هندسی خورشید و زمین فصل اول : بررسی اصول کلی روابط هندسی خورشید و زمین
تعاریف اولیه
1- عرض جغرافیایی(Latitude): بر روی کره زمین دوایر فرضی موازی با استوا قرار دارند که هر چه به سمت قطب ها پیش می رویم محیط آنها کاهش می یابد. تمامی نقاطی که روی یکی از این دوایر هستند از نظر عرض جغرافیایی کاملا یکسان می باشند. فاصله زاویه ای این دوایر تا خط استوا را عرض جغرافیایی گویند(شکل 1-1). عرض جغرافیایی اغلب با f نشان داده می شود. [16]
2- طول جغرافیایی(Longitude): دوایری فرضی روی کره زمین هستند که از دو قطب می گذرند به آنها نصف النهار گویند (شکل 1-1). همه نقاطی که بر یک نصف النهار واقعند دارای طول جغرافیایی یکسان هستند. فاصله زاویه ای نصف النهار هر منطقه تا نصف النهار مبدا را طول جغرافیایی گویند [16]
شکل 1-1. [16]
3- زاویه میل خورشید (Solar Declination Angle) : به زاویه بین اشعه نور خورشید با صفحه استوا اطلاق گردیده (شکل 1-2) و معمولا در محاسبات با d نشان داده می شود. محاسبه این زاویه از طریق روابط هندسی مهمترین گام در روابط حاکم بر موقعیت زمین و خورشید به حساب می آید. این زاویه در طول سال به خاطر حرکت انتقالی زمین از -23/45 تا 23/45 تغییر می کند. [22]
-4 زاویه ساعتی خورشیدی: زمین هر 24 ساعت یک دور کامل (360 درجه) می چرخد پس هر ساعت 15 درجه تغییر زاویه دارد. اگر زاویه بین زمین و خورشید را در ظهر خورشیدی صفر درجه در نظر بگیریم اختلاف زاویه ایجاد شده به ساعات مختلف نسبت به این زمان را زاویه ساعتی خورشیدی گویند.(شکل 1-2) و در محاسبات با w نشان می دهند. [22]
شکل 1-2. [10]
-5 زاویه تابش یا زاویه ارتفاع (ZENITH ANGLE): زاویه ایست که پرتو نور خورشید با سطح افق می سازد و به ازا عرض جغرافیایی و زمان های مختلف تغییر می کند (شکل 1-7). این زاویه را در محاسبات با α یاh نشان می دهند. [17]
6- زاویه سمت یا گرای خورشید (AZIMUTH ANGLE): به زاویه ای که مربوط به حرکت وضعیت خورشید به صورت غربی – شرقی است اصطلاحا سمت خورشید یا گرای خورشید گفته می شود (شکل1-6). درواقع زاویه سمت خورشید زاویه تصویر پرتو خورشید روی سطح زمین نسبت به جهت شمال جغرافیایی است . این زاویه را با (Z) و یا (θs) نشان می دهند .[17]
شکل( 1-6). [20] شکل (1-7). [20]
1-2) بررسی رفتار حرکتی زمین و خورشید نسبت به هم
به منظور بررسی و شناخت صحیح روابط هندسی حاکم بر وضعیت خورشید و زمین نسبت به هم دیگر پس از تعاریف اولیه، لازم است شناختی کافی از نوع و نحوه رفتار ، حرکت و تغییر وضعیت این دو نسبت به هم بدست آید. بدین منظور قبل از ورود به بحث روابط هندسی به بررسی رفتار حرکتی و موقعیتی زمین و خورشید نسبت به هم پرداخته می شود.
تصور عمومی از رفتار حرکتی زمین و خورشید این گونه است که خورشید همیشه از طرف شرق طلوع می کند و همیشه در طرف غرب غروب می کند و همیشه در هنگام ظهر خورشید عمود بر ما می تابد. اما واقعیت موقعیت زمین و خورشید چنین نیست، گرچه این موضوع در نقاطی که دقیقا بر روی خط استوا واقع اند برای مدت زمان کوتاهی صادق است. یعنی اینکه خورشید فقط در نقاطی که بر روی خط استوا قرار دارند و فقط برای 2 روز از سال، از مشرق کامل طلوع و در مغرب کامل غروب می کند و در هنگام ظهر نور خورشید عمود بر ناظر می تابد. شکل( 1-3) رفتار حرکتی زمین و خورشید را برای نقاط واقع بر خط استوا نشان می دهد.
