بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این پژوهش بررسی میزان دریافت انرژی خورشیدی با استفاده از پنل، در استان زنجان - بعنوان نمونه - است. برای محاسبهی تابش ساطع شده از خورشید بر روی سطح پنل از مدل اینیشن به کمک نرم افزار پی وی لیب، در مدت یک سال برای هفت شهر مختلف استان زنجان استفاده شده است.
در این پژوهش سه کمیت جریان ، توان، انرژی و همچنین تاثیرات باد ودما روی پنل مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که بازدهی جریان برای شهرهای خنک و باد خیز خیلی بیشتر از شهر های گرم و بدون باد است. راستی آزمایی مدل سازی برای سال 2013 انجام شد و نتایج با دادههای هواشناسی مقایسه گردید، مشاهده میشود که دادهی تجربی تابش کل با داده ی شبیه سازی همخوانی خوبی دارد.
مقدمه
با توجه به افزایش جمعیت جهانی و افزایش بی رویه مصرف انرژی، ضرورت بهرهمندی از انرژیهای نو و تجدیدپذیر را بیش از پیش آشکار می سازد و همچنین جهت کاهش آلودگی های ناشی از سوخت های فسیلی و گازهای گلخانه ای، استفاده از انرژی خورشیدی می تواند سهم بسزایی داشته باشد. مزیت مهم انرژی های تجدیدپذیر، نداشتن آلایندگی، دسترسی آسان، در دسترس بودن منابع متنوع و مختلف از جمله انرژی خورشیدی، زمین گرمایی، باد و امواج، هیدروژن و پیل سوختی است. همین امر لزوم جایگزینی انرژی های تجدید پذیررا آشکار می سازد.
در این پژوهش بطور خاص انرژی خورشیدی برای استان زنجان مورد بررسی قرارگرفته است. از عوامل تأثیرگذار بر انرژی دریافتی از پنل می توان به تابش خورشید، دمای محیط و پنل، سرعت و جهت باد اشاره کرد. پنل فتوولتاییکٌ، 13 الی 20 درصد تابش خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و بقیه انرژی خورشیدی به گرما تبدیل میشود.[1,2] پس از اینکه پرتو خورشید به پنل تابیده شد پنل گرم می شود به موجب این امر توان خروجی و کارایی پنل کاهش مییابد.
در هوای صاف و آفتابی پنل می تواند بهطور متوسط روزانه 800 وات بر متر مربع از تابش خورشید انرژی دریافت کند، همچنین سرعت و جهت باد از جمله مهمترین پارامتر های تعیین کنندهی دمای پنل هستند. در این پژوهش مقدار انرژی دریافتی کل برای یک روز با هوای صاف - 8 فروردین - حدود 1150 بهدست آمد.
شرح مساله
استان زنجان بین عرض جغرافیایی 35 درجه و 33دقیقه تا 37 درجه و 15 دقیقه شمال، طول جغرافیایی 47 درجه و 10 دقیقه تا 46 درجه و 26 دقیقه خاوری از نصف النهار گرینویچ در منطقهی کوهستانی و بادخیز واقع شده است. دمای این استان خنک، غلظت هوا کم و هوای آن خشک است. ما داده های مربوط به سرعت باد و دمای یک سال استان زنجان را از هواشناسی دریافت کردیم که این پارامترها بهعنوان ورودی در نرمافزار پی وی لیب مورد استفاده قرار می گیرد.
در این شبیهسازی، پنل - - PV در جهت 180 درجه شمالی و همچنین زاویه شیب آن برابر با عرض جغرافیایی هر شهر به صورت ثابت در طول یک سال در نظر گرفته شده است. از جمله کمیتهای بررسی شده عبارتند از: تابش مستقیم خورشید - DNI - 2، تابش کل خورشید - GHI - 3 و تابش پراکنده - DHI - 4 ، که در ذیل به برخی از روابط آنها اشاره میشود.
در اینجا شدت تابش خورشید در بیرون جو است که طبق رابطه - 2 - به دست میآید.
زاویه اوج خورشید - زاویهای که پرتو خورشید با پنل میسازد - و پارامترهایی هستند که به ارتفاع سطح دریا
وابسته اند و طبق رابطه - 3 - مشخص میشوند. پارامتری است که ارتفاع از سطح دریا را مشخص میکند. 5 ضریب توده هوامیباشد.
همچنین تاثیر باد بر دمای پنل طبق رابطه - 5 - تعریف میشود که Tm و Ta به ترتیب دمای پنل و محیط و - WS - سرعت باد را به ما میدهد و a و b پارامتر ثابت هستند که مقادیر آنها در جدول - 1 - آورده شده است.
دمای محیط، سرعت و جهت باد تاثیر بسزایی بر انرژی فتوولتاییک دارد. طبق رابطه - 5 - ، هر چه سرعت باد بیشتر باشد دمای پنل کاهش مییابد. از آنجاییکه تقریبا 70 درصد از تابش فرودی بر پنل به گرما تبدیل میشود دمای پنل تا حدود 70 درجه افزایش مییابد که این امر موجب کاهش بازدهی میگردد. نمودارهای سرعت باد و دما برای شهرهای مختلف در شکل1 قابل مشاهده است. سرعت باد در ماه فروردین بیشینه و در بهمن ماه کمینه است.
شکل1 دمای شهرهای استان زنجان در ماههای مشخص شده - چپ - و سرعت باد در طی یک سال - راست - نشان داده شده است.
شکل 2 نمودار انرژی کل، انرژی مستقیم، پراکندگی کل در شهر زنجان برحسب وات بر مترمربع - - برای یک روز - چپ - . در بازهی زمانی یک سال - راست - را نشان میدهد.
