شبیه سازی، تحلیل داده

دانلود پایان نامه ارشد

براي مصرف کنندگان در ايران تمرکز دارد که از منابع اوليه انرژي براي گرمايش آب استفاده ميکنند. تغييرات در صرفه جويي انرژي مصرفي به واسطه استقاده از آبگرم مصرفي، دماي آب ورودي و منابع خورشيدي تخمين زده شد و اطلاعات به دست آمده براي محاسبه فني اقتصادي استفاده گرديد. پس از انجام تحليل فني-اقتصادي هزينه اجتماعي سيستم مد نظر بر اساس هزينه اجتماعي هر کيلو‌وات ساعت برق توليدي و ميزان ماکزيمم صرفه جويي سيستم آبگرمکن خورشيدي مد‌نظر، در 31 استان ايران محاسبه گرديد.
بازدهي و بهره دهي اقتصادي سيستمهاي خورشيدي وابستگي مستقيمي به ميزان و شدت تابش در هر منطقه دارد. بدين منظور و براي مقايسه ي قابليت کارايي انرژي خورشيدي در يک مکان از نمودارهاي خورشيدي (solar map) NASA استفاده مي شود . در اين نمودارها شدت تابش مناطق مختلف جهان با هم مقايسه مي شوند. در شکل 3-1 يک نمونه از اين نمودارها ديده مي شود و مناطقي که داراي استعداد تابشي بالاتري هستند با رنگ هاي تيره و مناطق با تابش کمتر با رنگ روشن نشان داده مي شود.

شکل 3-1: نقشه خورشيدي مقايسه ميزان تابش دريافتي مناطق مختلف جهان

در اين نقشه، که به منظور تعيين مناطق مستعد براي استقرار نيروگاههاي خورشيدي تهيه شده است، مناطق با قابليت عالي با تيره ترين رنگ نشان داده شده است و به تدريج با کم رنگ شدن قابليت کمتر مي شود. لازم به توضيح است مناطقي قابليت نصب و بکارگيري نيروگاه خورشيدي را دارد که داراي شدت تابش بسيار بالا و ممتد باشند. اين مناطق در نقشه با برچسب excellent نشان داده شده اند. مناطقي که با عناوين very good و good نشان داده شده اند براي کاربرد انرژي خورشيدي در دماهاي پايين تر – که شامل بقيه ي موارد کاربرد خورشيدي است – مناسب هستند.
همانطور که در اين نقشه مشخص است قسمت عمده شهرهاي ايران در ناحيه good و very good واقع است که نشان دهنده استعداد بالاي تابشي مناطق مختلف ايران است. مناطقي که با برچسب very good نشان داده شده است شامل مناطقي ازاستانهاي يزد، کرمان، زاهدان و بخشهايي از استانهاي فارس و بوشهر است.
3-1- نرم افزارهاي شبيه سازي سیستم های خورشیدی

3-1-1- انواع نرم افزارهاي شبيه سازي
در دنیا شرکت های متفاوتی نرم افزارهای طراحی و شبیه سازی را در اختیار مهندسین قرار داده اند تا تحلیل و شبیه سازی سیستم های خورشیدی سهل و آسان گردد و زمان رسیدن به اهداف مورد نظر بسیار کوتاه تر گردد.
از جمله نرم افزار های مختلفی که در این زمینه مورد استفاده قرار می گیرند می توان به نرم افزارهای TRNSYS ، Polysun ، T*SOL ، TSOL express Retscreen ، F-Chart و Web Tools و … اشاره نمود که هر کدام از این نرم افزارها با توجه به قابلیت هایشان توانایی های متفاوتی را در اختیار کاربران قرار می دهند . بطور کلی این نرم افزارها از سه سطح متفاوت تشکیل شده اند که در هر سطح با توجه به قابلیت ها با دریافت یک سری داده های اولیه از سوی کاربر ، سیستم مورد نظر را شبیه سازی نموده و به تحلیل داده ها پرداخته و نتایج مورد نظر را در اختیار کاربر قرار می دهند.
نسخه Light اين نرم افزار پکيجي است که توسط اين شرکت ها به بيشتر شرکتهاي فعال در زمينه سيستم‌هاي انرژي‌هاي تجديدپذير پيشنهاد داده مي‌شود. خصوصيت بارز اين سطح از نرم افزار این است که براي تمام اجزاي مختلف سيستم خورشيدي ، حاوي مجموعه اي از محصولات شرکتهاي مختلف شامل تمام اطلاعات مربوط به آن جزء خاص از سيستم است و با انتخاب محصول مورد نظر از شرکت، نرم افزار به تحلیل می پردازد.
سطح Professional این نرم افزار ها علاوه بر قابليتهاي موجود در سطح light، قابليت تعريف جزء جديد براي پروژه و اضافه کردن آن به ليست کاتالوگهاي موجود را دارد. بدين صورت که تمامي اطلاعات سيستم در اين پکيج قابل تعريف است.
سطح Designer این نرم افزارها کاملترين و داراي بيشترين انعطاف پذيري در بين سطوح مختلف است و امکان بيشترين تغييرات را در پروژه فراهم مي کند؛ بدين معني که پس از تعريف سيستم و انتخاب يک شکل از الگوهاي چيدمان موجود، مي‌توان به هر تعداد اجزاي مختلف را به صورت دلخواه در نقاط مختلف سيستم اضافه يا حذف کرد. اين سطح از نرم افزار به علت قابليت بالاي تغيير در نوع، نحوه و شکل چينش اجزا براي مقاصدي با سطح علمي و انعطاف پذيري بالاتر مناسب است و امکان مطالعه‌ اثر چيدمانهاي مختلف و محل و نوع آنها را در نوع رفتار سيستم خورشيدي فراهم مي کند.
در نرم افزار Polysun سطحی به نام Customized وجود دارد که این سظح امکان سفارشي کردن نرم افزار را براي يک سري از ترکیب بندی هاي مشخص با اجزاي تعريف شدۀ ثابت براي خريدار فراهم کرده است؛ بدين معني که براي تحليل و شبيه سازي، لزومي به انتخاب اجزاء از کاتالوگ موجود نبوده و در هر بار استفاده تنها نوع و ميزان مصرف و شرايط تابشي از مصرف کننده گرفته مي شود. اين قالبها (templates) دقيقاً منطبق با خصوصيات محصول قابل عرضه به مشتري خورشيدي است که توسط نرم افزار polysun به صورت قالبهاي آماده و سهل الوصول در نرم افزار تعبيه شده است. لازم به ذکر است که قالبهاي تعريف شده براي شرکتهاي مختلف در هر سه سطح نرم افزار وجود داشته و قابل استفاده مي باشند.
در نمودار 3-2 ميزان راحتي کار و توانايي‌هاي نرم افزار‌هاي گوناگون شبيه‌سازي سيستم هاي خورشيدي آمده است. در اين نمودار همانطور که مشاهده مي‌شود نرم افزارهای TRNSYS ، Polysun ، T*SOL ، TSOL express Retscreen ، F-Chart و Web Tools به ترتیب بهترين نرم‌افزار شبيه سازي از لحاظ توانايي و راحتي در کار مي‌باشد .

نمودار3-2 مقايسه انعطاف پذيري انواع نرم‌افزار‌هاي شبيه سازي سيستم‌هاي خورشيدي

در نمودار 3-3 نيز ميزان دقت نرم افزار‌هاي متفاوت مقايسه شده است، همانطور که مشاهده مي‌شود نرم افزارهای TRNSYS ، Polysun ، T*SOL ، TSOL express Retscreen ، F-Chart و Web Tools Polysun به ترتیب داراي بالاترين دقت مي‌باشد.

نمودار 3-3 : مقايسه دقت انواع نرم‌افزار‌هاي شبيه سازي سيستم‌هاي خورشيدي

در این تحقیق از نرم افزار شبیه سازی Polysun استفاده شده است که چه از نظر توانایی و چه از نظر دقت انجام محاسبات و تحلیل ها بعد از نرم افزار TRNSYS در جایگاه دوم بین نرم افزار های شبیه سازی سیستم های خورشیدی قرار گرفته است. بهمین منظور لازم است تااز برخی ویژگی های این دو نرم افزار مطلع شویم.
3-1-2- نرم افزار شبیه ساز TRNSYS
از نظر قابليت و انعطاف پذيري در بين نرم افزارهاي تحليلي موجود، نرم افزار TRNSYS داراي بيشترين انعطاف پذيري در طراحي سيستمهاي انرژي‌هاي تجديدپذير به ويژه سيستم‌هاي حرارتي انرژي خورشيدي به طور خاص است.
جنبه‌ي علمي و تحقيقاتي اين نرم افزار قوي تر بوده و براي بهينه کردن سيستمهاي حرارتي همراه با قابليت اضافه کردن ريزترين اطلاعات اعم از جزئيات سيستم و نوع بارگذاري سيستم بوده و قابليت برنامه نويسي به زبان FORTRAN و اضافه کردن subroutine به نرم افزار را دارا مي‌باشد. لازم به ذکر است استاندارد آمريکايي SRCC بر مبناي اين نرم افزار مي‌باشد.مشکل عمده در استفاده از نرم افزار دارا بودن رابط گرافيکي (GUI) نسبتاً پايين و بالابودن سطح علمي و جزئيات الزامي در آن مي‌باشد. در شکل 3-2 نمایی از نرم افزار TRNSYS قرار داده شده است.

شکل 3-2 : نمایی از صفحه ورود داده ها در نرم افزار TRNSYS

3-1-3- نرم افزار شبیه ساز Polysun
در این تحقیق از نرم افزار شبیه ساز Polysun بهره گرفته شده است و در همین راستا ابتدا اطلاعات کامل و مدون در مورد این نرم افزار و شرکت تولید کننده آن بیان می شود. نرم افزار شبیه ساز Polysun پس از نرم افزار شبيه ساز TRNSYS بهترين نرم افزار براي شبيه سازي سيستم‌هاي انرژي‌هاي تجديدپذير مي‌باشد. اين نرم افزار شبيه سازي شامل چهار پکيج نرم افزاري solar thermal simulation، photovoltaic simulation، heat pump simulation و cooling simulation است.
شرکت polysun امکان خريد مجموعه‌ي دوتايي از بخش‌هاي بالا و همچنين نرم افزار simulation solar thermal شامل تمام بخش‌هاي بالا به صورت يک محصول جداگانه در اختيار قرار مي دهد. مجموعه‌هاي دوگانه شامل:
ترکيب سيستم‌هاي حرارتي خورشيدي و هيت پمپ
ترکيب سيستم‌هاي حرارتي خورشيدي و فوتوولتايک
ترکيب سيستم‌هاي فوتوولتايک و هيت پمپ
شرکت velasolaris نرم افزار Polysun را در سه سطح Light، Professional و Designer عرضه مي‌کند. علاوه بر اين امکان سفارشي کردن نرم افزار و ارائه‌ي يک سطح از نرم افزار به صورت سفارشي نيز مجود دارد. نسخه Light اين نرم افزار پکيجي است که توسط اين شرکت به بيشتر شرکتهاي فعال در زمينه سيستم‌هاي انرژي‌هاي تجديدپذير پيشنهاد داده مي‌شود. خصوصيت بارز اين سطح از نرم افزار، با توجه با اينکه نرم افزار polysun اصولاً يک نرم افزار Catalogue Based است، براي تمام اجزاي مختلف سيستم خورشيدي حاوي مجموعه اي از محصولات شرکتهاي مختلف شامل تمام اطلاعات مربوط به آن جزء خاص از سيستم است. نحوه‌ي استفاده از اين نرم افزار، انتخاب از ليست کاتالوگ مربوط به آن جزء سيستم و اضافه کردن آن به پروژه‌ است. انتخاب نوع خاصي از يک جزء سيستم يا بر اساس استفاده‌ي مستقيم از محصول موجود در کاتالوگ است يا بر اساس حدأکثر نزديکي خصوصيات آن جزء از سيستم به مورد استفاده شده در پروژه مي باشد. نکته قابل توجه در اين سطح از نرم افزار عدم امکان تغيير خصوصيات اجزاي موجود در کاتالوگ است و فقط امکان انتخاب يک جزء و استفاده‌ي آن در پروژه وجود دارد. در شکل 3-3 نمایی از نرم افزار polysun قرار داده شده است.

شکل 3-3 : نمایی از صفحه ورود داده ها در نرم افزار Polysun
در اين تحقيق از نرم افزار Polysun نسخه Designer جهت انجام شبيه سازي استفاده گرديده است. در اين تحقيق يک سيستم ترموسيفون که در شکل 3-4 نشان داده شده است با اين نرم افزار طراحي گرديد. در طراحي انجام شده میزان دمای آب گرم مصرفی ،50 درجه سانتيگراد و ميزان مصرف آبگرم 300 ليتر در روز بر اساس پروفيل مصرفي استاندارد Ashrae در نظر گرفته شده است.

شکل3-4 : طرح سيستم ترموسيفون در نرم افزار Polysun

در طراحي انجام گرديده با اين نرم افزار فرض گرديده است که اين سيستم در تمام مدت سال هر روز مصرف ميگردد. و همچنين سنسور دمايي سيستم کمکي در لايه 10 در مخزن ذخيره آبگرم بهداشتي مي‌باشد.
نرم افزار Polysun بعد از دریافت داده ها از سوی کاربر اقدام به تحلیل و محاسبات خورشیدی کرده که در نهایت به شبیه سازی سیستم مورد نظر پرداخته و بازه ای کامل از اطلاعات مورد نیاز را در اختیار کاربر قرار می دهد . این اطلاعات برگرفته شده از محاسباتی از قبیل عملکرد کلکتور خورشیدی ، سهم خورشیدی کلکتور ، و دیگر اطلا عات مورد نیاز می باشد و در نهایت برای کاربر بیان می کند که سیستم انتخابی توانایی برآورده کردن میزان تقاضای درخواستی انرژی کاربر را دارد با خیر.

3-2- محاسبات خورشیدی
3-2-1- تابش خورشيدي
به طور كلي پيشگويي و انجام محاسبات درباره تابش خورشيدي بر اساس كاهش تابش برون جوي ناشي از جو، از آنجايي كه اطلاعات جوي كافي، به ندرت در دسترسند، غيرعملي ميباشند. در عوض، براي پيشگويي يك فرآيند خورشيدي در آينده از اندازهگيريهاي انرژي تابشي در گذشته كه در محل مورد درخواست و يا مكاني در نزديك آن انجام گرفته استفاده ميكنيم.
دانستههاي تابش خورشيدي در چندين گونه و براي اهداف گوناگون به كار ميروند. بيشتر اطلاعات مفصل در دسترس درباره تابش مستقيم و پخشي روي سطوح افقي، در طي ساعتها، ميباشند كه در شبيهسازي فرآيندهاي خورشيدي بسيار سودمند. معمولاً اطلاعات به صورت روزانه هستند و تابش ساعتي از اين دادههاي روزانه قابل برآورد است. تابش كل ماهانه خورشيدي روي يك سطح افقي در برخي روشهاي طراحي فرآيند قابل استفاده ميباشد.
ابزارهاي اندازهگيري تابش كل ، پيرانومتر ناميده ميشوند و از روي اين

پایان نامه
Previous Entries انرژی خورشیدی، فتوولتائیک، تابش خورشیدی Next Entries انرژی خورشیدی، تابش خورشیدی