انرژی خورشیدی، تابش خورشیدی

دانلود پایان نامه ارشد

ابزارهاست كه بيشتر دادههاي موجود درباره تابش خورشيدي بدست ميآيند. آشكارسازهاي اين ابزار بايد داراي يك پاسخ مستقل از طول موج تابش سرتاسر طيف انرژي خورشيدي باشند. به علاوه آنها بايد داراي يك پاسخ مستقل از زاويه برخوردي تابش خورشيدي باشند. آشكارسازهاي بيشتر پيرانومترها با يك يا دو پوشش ها شيشهاي نيمكرهاي جهت محافظت در برابر باد و ديگر اثرات مزاحم ديگر، پوشيده شدهاند.

3-2-2- تعيين عملکرد کلکتور خورشيدي
در اين تحقيق، داده هاي هواشناسي و جغرافيايي 31 استان ايران در محاسبات استفاده شده است. ابتدا، تابش متوسط روزانه خورشيد در يک ماه بر روي سطح افقي به تابش ساعتي خورشيد بر روي سطح شيب دار تبديل شد.
شاخص صافي متوسط ماهانه (K_T) نسبت تابش متوسط روزانه خورشيد در يک ماه بر سطح افقي به تابش متوسط روزانه از بالاي زمين در يک ماه بر سطح افقي (H_o) بوده که H_o را مي توان با استفاده از معادله زير به دست آورد:
H_o=(24/π) I_gs f[cos⁡λ cos⁡δ sin⁡〖ω_s 〗+(π/180) w_s sin⁡λ sin⁡δ ] (3-1)
که در آن〖 I〗_gsثابت خورشیدی (1367 Wm-2)؛ f عامل تصحیح مختلف المرکزی، λ عرض، δ زاویه انحراف خورشید، و w_s متوسط زاویه ساعت غروب خورشید برای ماه فرضی می باشد. بنابراین عامل تصحیح مختلف المرکزی، زاویه انحراف خورشید و ساعت غروب خورشید براورد می گردد:
f =1+0.333 (cos⁡〖(360 n)/365〗 )(3-2)
δ=23.45 sin⁡[360(284+n)/365] (3-3)
w_s=cos^(-1)⁡(-tan⁡λ.tan⁡δ )(3-4)

که در آن n تعداد روزهاي سال است که از اول ژانويه محاسبه مي شود. به منظور تعيين متوسط تابش منتشر روزانه خورشيد در طي ماه ، از رابطه H_d/H استفاده شد .
نسبت کل تابش ساعتي به روزانه به عنوان تابع مدت تابش خورشيد محاسبه شده و بنابراين:
r_t=I/H(3-5)
بر اساس مدت تابش خورشید و تابش روزانه، تابش ساعتی قابل براورد بوده و در منحنی های نشان داده شده در نمودار 3-4 توسط لیو و جوردن، ساعات توسط زمان برای نقطه میانی ساعت تعیین گردیده و فرض می شود که روزها حول ظهر خورشیدی متقارن باشند

R_t=π/(4*s_o ) [cos⁡〖[90 h/w_s ]+2/√π (1-ψ)〗 ](3-6)
Ψ=exp[-4(1-|h|/w_s )^2 ](3-7)
که در آن h زاويه ساعت است که در هر ساعت 15 درجه تغيير کرده و صبح منفي و بعد از ظهر مثبت است، و S_o حداکثر مدت تابش احتمالي خورشيد به شيوه زير محاسبه مي گردد:
s_o=2/15 w_s(3-8)

نمودار 3-4 :رابطه بين تابش كل روزانه و ساعت به ساعت روي يك سطح افقي به عنوان تابعي از طول روز. اقتباس شده از Liu و Jordan (1960)

نمودار 3-5 یک رشته منحنیهای بيان شده برای r_d، نسبت تابش پخشی ساعتی به تابش پخشی روزانه، به صورت تابعی از زمان و طول روز را نشان میدهد.
نسبت انتشار ساعتي به تابش انتشار روزانه به شکل زير براورد مي گردد:
R_d=I_d/H_d =I_o/H_o (3-9)
منحني ها بر اساس فرض ليو و جوردن که بر اساس آن I_d/H_d همان I_o/H_o است به واسطه معادله زير نشان داده مي شوند:
r_d=π/24 ( cos⁡h-cos⁡〖w_s 〗)/(sin⁡〖w_s 〗-π/180 w_s cos⁡〖w_s 〗 ) (3-10)

نمودار 3-5: رابطه بين تابش كل روزانه و ساعت به ساعت روي يك سطح افقي به عنوان تابعي از طول روز اقتباس شده از Liu و Jordan (1960)
نمودار 3-5 به همراه نمودار 3-6 میتواند برای برآورد میانگینهای ساعتی تابش پخشی در صورت دانستن میانگین روزانه تابش کل، استفاده شود.

نمودار 3-6 :رابطه پيشنهادي سهم بخشي روزانه با K_T ، از Erbs و همكاران 1982
تابش پرتو بعداً بر اساس معادله زير محاسبه مي شود:
I_b=I-I_d(3-11)
کل تابش خورشيد بر سطح شيب دار ظرف يک ساعت ضمن انعکاس مجموع انوار، انتشار ايزوتروپيک و تابش پراکنده خورشيد از زمين به شکل زير محاسبه مي شود:
I_T=I_d R_b+I_d ((1+cos⁡β ))/2+I ((1+cos⁡β ))/2 ρg(3-12)
که در آن ρ_g بازتابندگي زميني و برابر با 0.2 است. عامل هندسي (R_b) به شکل زير محاسبه مي شود:
R_b= ( cos⁡〖(λ-β) cosδ cos⁡h 〗+sin⁡〖(λ-β) sin⁡δ 〗)/(cos⁡λ cos⁡〖δ cos⁡h 〗+sin⁡〖λ sin⁡δ 〗 )(3-13)
دوم، بازده انرژي مفيد کلکتور، تفاوت بين تابش خورشيدي جذب شده و اتلاف حرارتي به شکل زير محاسبه مي گردد:
Q_u=A_c F_r [I_T (τα)—U_L (T_(f,i)-T_a )](3-14)
که در آن A_c سطح کلکتور، F_r عامل دفع حرارت، ατ ضريب انتشار- جذب انرژي، U_L ضريب اتلاف حرارت کل، T_(f,i) دماي ورودي سيال و T_a دماي هواي محيط مي باشند.
عامل دفع حرارت را مي توان به شکل زير محاسبه نمود:
F_r=(GC_p)/U_L [1-exp^(-((U_L F_l)⁄(Gc_p )) ) ](3-15)
که در آن G سرعت جريان سيال در سطح کلکتور واحد، C_p حرارت مخصوص در فشار ثابت، F^(‘,) عامل راندمان کلکتور بوده وF^(‘,) به شرح ذيل محاسبه مي گردد:
F_l=(1/U_L )/w{1/(U_L [D+(W-D)F] )+1/C_b +1/(πDh_(f,i) )} (3-16)
که در آن W فاصله بين لوله ها، D قطر لوله، F عامل راندمان fin، C_b ضريب رسانايي پيوند وh_(f,i) ضريب انتقال حرارت بين سيال و ديواره لوله هستند. در محاسبات فرض مي شود عبارت 1/C_b با صفر برابر باشد زيرا حداقل مقدار برابر با 0.1 يا کمتر از آن است.
عامل راندمان fin را مي توان به شرح ذيل محاسبه نمود:
F=tanh⁡[(m(w-D))/2]/((m(w-D))/2)(3-17)
که در آن
M=[U_L/(K_p δ_p )]^(1⁄2)(3-18)
و k_p ضريب رسانايي و δ_p ضخامت ورق جاذب هستند.
ضريب انتقال حرارت بين سيال و ديواره لوله (h_(f,I)) به شرح ذيل قابل محاسبه خواهد بود:
h_(f,i)=Nu_k/D (3-19)
که در آن عدد Nusselt از Nu=1.86 (Re Pr)^(1/3) (D/L)^(1/3) برایRe≤2300 و Nu=0.027 〖Re〗^0.8 〖Pr〗^(1/3) برای Re2300 محاسبه می گردد. در معادلات Re عدد رینولدز و Pr عدد Prandantl در نظر گرفته می شوند.

ضريب انتشار- جذب انرژي به شرح ذيل محاسبه مي شود:
(Τα)=τα/(1-(1-α) ρ_d )(3-20)
که در آن τ ضريب انتشار انرژي روکش، α جذب صفحه جاذب و ρ_d انعکاس روکش شيشه اي (برابر با 0.16) مي باشند.
ضريب اتلاف کلي حرارت با مجموع تلفات فوقاني، پشتي و کناري به شيوه نشان داده شده در زير برابر است:
U_L=U_L+U_b+U_e(3-21)
اتلاف فوقاني، پشتي و کناري به شرح ذيل محاسبه مي گردند:
U_t={N/(344/T_p [((T_p-T_a ))/((N+f) )]^.31 )+1/h_q }^(-1)+σ(T_p+T_a )(T_p^2+T_a^2 )/([ε_p+.0425 N (1-ε_p)]^(-1)+[(2N+f-1)/ε_g ]-N)(3-22)
U_e=(k_e ch)/(L_e A_C 1.8236) (3-23)
U_b=K_b/L_b (3-24)
که در آن T_p=T_(f,i)+5، N تعداد روکش ها (در این بررسی برابر با 1) f=(1-0.04 h_w+5x〖10〗^(-4) h_w^2 )(1+0.058N)، h_w=5.7+3.8V_r، V_r سرعت باد (متر بر ثانیه)، σ ثابت استفان-بولتزمن، ε_p قابلیت تشعشع ورق جاذب، ε_g قابلیت تشعشع روکش شیشه ای، k_e قابلیت رسانایی عایق بندی حاشیه ای، 〖L 〗_e ضخامت عایق بندی حاشیه ای،c محیط کلکتور و h ارتفاع کلکتور می باشند.
3-2-3- سهم خورشيدي
سهم خورشيدي، نسبت دو مقدار مشابه انرژي است، به طور کل سهم خورشيدي نسبت ميزان انرژي جذب شده از خورشيد به انرژي کل مصرفي براي گرمايش آب و يا محيط مي باشد.
SF= Q_s/(Q_s+Q_aux )×100(3-25)
SF: سهم خورشيدي
QS: ميزان انرژي حرارتي خورشيدي جذب شده (kwh)
Qaux: ميزان انرژي حرارتي مصرفي توسط سيستم کمکي (kwh)

3-3- ذخیره سازی انرژی
انرژی خورشیدی یک منبع انرژی وابسته به زمان است. نیازهای انرژی برای گونه گستردهای از کاربردها نیز به زمان وابسته است اما به سبکی متفاوت از در دسترس بودن انرژی خورشیدی. بنابراین ذخیره انرژی یا فرآورده دیگری از یک فرآیند خورشیدی در صورتی که انرژی خورشیدی بخشهای اساسی این نیازهای انرژی را برآورده کند، ضروری میباشد.
ذخیره انرژی (یا فرآورده) باید در پرتو یک سیستم فرآیند خورشیدی که اجزای اصلی آن کلکتور خورشیدی، واحدهای ذخیره، ابزار تبدیل (همچون دستگاه تهویه یا موتورها) بارها، تامین انرژی کمکی (تکمیلی) و سیستمهای کنترل، در نظر گرفته شود. عملکرد هر یک از این اجزا به عملکرد بقیه مربوط است. وابستگی عملکرد کلکتور به دما تمامی عملکرد سیستم را به دما حساس میسازد. در گرمایش خورشیدی غیر فعال (passive)، اجزای ذخیره و کلکتور در ساختار ساختمان تلفیق میشوند. عملکرد واسطه ذخیره در سیستمهای گرمایی غیر فعال وابسته به جذب انرژی می باشد.
گنجایش بهینه یک سیستم ذخیره انرژی به زمان مورد انتظار تابش خورشیدی در دسترس، طبیعت بارهای مورد انتظار برای فرآیند، درجه اطمینان مورد نیاز برای فرآیند، روشی که با آن انرژی کمکی فراهم میشود، و یک آنالیز اقتصادی که تعیین میکند چه مقدار از بار سالانه باید توسط انرژی خورشیدی و چه مقدار توسط منبع کمکی انرژی انتقال داده شود، بستگی دارد.
3-3-1- بارهاي فرآيند خورشيدي
در زما‌ن‌‌هاي در طول سال ميزان حرارت جذب شده توسط سيستم خورشيدي از ميزان حرارت مورد نياز براي بار تجاوز مي‌کند. لذا يک زير مجموعه ذخيره به منظور ذخيره انرژي خروجي اضافي کلکتور و بازگرداندن آن به هنگام نياز مي بايست در سيستم‌هاي خورشيدي تعبيه گردد. ذخيره انرژي به روشني در تعيين خروجي سيستم مهم است. اگر ذخيره‌اي نبود، يک افت

پایان نامه
Previous Entries شبیه سازی، تحلیل داده Next Entries چرخه عمر، انرژی خورشیدی، مالیات بر درآمد