بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به معایب روشنایی مصنوعی و مزایاي انرژي نورانی خورشید و همچنین مصرف انرژي زیاد در این بخش مخصوصا در مکانهاي اداري، بررسی سیستمی براي استفاده از انرژي نورانی خورشید بسیار مناسب است. از میان راهکارهایی که براي انتقال نور بررسی شده است با توجه به مزایاي فیبر نوري در انتقال نور و برتري آن نسبت به سایر روش هاي انتقال، استفاده از آن پیشنهاد میشود.
در این پژوهش سعی بر طراحی سیستمی ساده، کم هزینه با بازده بالا بود، به این منظور از عدسی ساده محدبی با فاصله کانونی کم بهره برده شد. براي محاسبه و پیشبینی عملکرد مجموعه تحلیل انرژي بر روي سیستم انجام پذیرفت و براي سنجش اعتبار معادلات، نمونهاي ساخته و مورد آزمایش قرار گرفت که با توجه نتیجههاي حاصل از آزمایشها، استفاده از مجموعهاي متشکل از چندین نمونه ساخته شده براي روشنایی داخل ساختمان پیشنهاد شد.
-1 مقدمه:
انرژي خورشید یکی از منابع تامین انرژي رایگان، پاك و عاري از آثار مخرب زیستمحیطی است که از دیرباز به روشهاي گوناگون مورد استفاده بشر قرارگرفتهاست. گرچه نور خورشیددر بیرون جو طیف تقریبا کاملی از امواج الکترومغناطیس را داراست لیکن با توجه به جذب و پخشی که بر روي آن توسط اتمسفر زمین صورت می پذیرد بیشترین طیف انرژي که در سطح زمین دریافت میشود در ناحیه بین اشعه ماورا بنفش و مادون قرمز قرار دارد.
با توجه به آثار مفید انرژي خورشید بر روي سیستم هاي زنده از قبیل آثار ضدمیکروب اشعه ماورا بنفش یا تنظیم سیستم فیزیولوژیک بدن توسط این اشعه و همچنین تطابق بسیار بالایی که بین ناحیه مرئی و سیستم بینایی انسان وجود دارد، سازگاري مناسبی بین انرژي خورشیدي و انسان از لحاظ فیزیکی و روانی وجود دارد.
از سوي دیگر سرایت بیماريهاي تنفسی در محیطهاي کاري داراي نور مصنوعی یا نور ناکافی، به مراتب بیشتر از حالتی است که نور طبیعی موجود است، همچنین استفاده از سیستمهاي روشنایی الکتریکی علاوه بر هزینههاي بسیار موجب گرم شدن فضا و نیز خسارات جسمی - چشم - و روانی میگردد، علاوه بر آن نور لامپ نسبت به نورطبیعی خسته کنندهتر است، این در حالی است که میتوان به راحتی از نور خورشید براي روشنایی در مکانهایی که در روز نیاز به نور دارند استفاده کرد .
علاوه بر مسائل مزبور با توجه به بحران انرژي در سالهاي اخیر جایگزینی انرژيهاي فسیلی با انرژيهاي تجدیدپذیر و از جمله انرژي خورشیدي به منظورکاهش و صرفهجویی در مصرف انرژي، کنترل عرضه و تقاضاي انرژي و کاهش انتشار گازهاي آلاینده با استقبال فراوانی روبرو شده است.
به طور معمول به سه روش کلی می توان نور خورشید را منتقل کرد: استفاده از اصل ساده بازتاب آیینه اي، استفاده از لولههاي خورشیدي، و در آخر فناوري انتقال نور توسط فیبر نوري به عنوان اصلی ترین سیستمهاي انتقال نور مورد استفاده اند
شکل .1 انتقال نور توسط فیبر نوري.
فیبر نوري رشته باریک و بلندي است که از یک ماده شفاف مثل شیشه یا پلاستیک ساخته شدهاست و میتواند نوري که از یک سمت به آن وارد شده را از سمت دیگر خارج کند. یکی از عمدهترین خصیصههاي فیبر نوري جداسازي نور از سایر مولفههاي الکترومغناطیسی آن می باشد؛ به عبارت دیگر نور خورشید علاوه بر نور مرئی شامل مولفههاي دیگري چون تشعشعات ماوراء بنفش - یکی از عوامل اصلی ابتلا به سرطان پوست - و تشعشعات مادون قرمز است که مقادیر بالاي آنها براي سلامت انسان و محیط زیست وي مضر تلقی میشوند. نور خروجی از فیبر نوري فاقد تمام این گونه تشعشعات است و خالصترین نور براي مصارف روشنایی می باشد
کاریو و همکاران[2] سیستمی را متشکل از آیینه سهموي و فیبر نوري براي انتقال نور بررسی نموده و آزمایش هایی را براي بررسی اثر ضریب بازگشت آیینه، جنس و زاویه ورود نور به فیبر نوري انجام داده اند و در پایان بازده مجموعه را براي یک تار فیبر نوري بیش از%70 قید کرده اند.
لیانگ و همکاران[3] سیستم انتقالی را با تعداد مختلف فیبر نوري آزمایش کرددند و در پایان براي تعداد 19فیبر بازده حدود%60 را استحصال نمودند.
کندیلی و همکاران[4] بررسی اگزرژي را بر روي یک سیستم انتقال نور انجام داده و بازده %42 براي مجموعه و %18 را براي اگزرژي به دستآوردند. همچنین متوجه شدند که بیشترین میزان افت اگزرژي برابر با %95 افت در قسمت متمرکزکننده صورت میپذیرد.
کندیلی و همکاران[5] در مقاله دیگري سیستم انتقالی را بررسی نموده و ساختهاند که از دیش سهموي خارج مرکز و مجموعهاي از فیبرهاي نوري استفاده می نماید و باتوجه به مقایسه انجامشده بین دیشهاي خارج مرکز و مرکزگرا بازده دیشهاي خارج ازمرکز را در حدود %1 بیشتر ذکرنمودهاند.
تکلیاگلو و همکاران[6] مطالعه اي را درباره فیبرهاي نوري و تاثیر تعداد و زاویه خم و همچنین اثر زاویه ورودي نور به فیبر را بر روي انتقال نور انجام دادهاند.
ژو و همکاران[7] سیستم دریافتکننده قیفیشکلی را بررسی نمودهاند و همچنین مشاهده نمودند با افزایش طول فیبر و کاهش قطر آن انتقال نور کاهش مییابد.
هان و همکاران[8] در مقایسهاي که بین جمعکنندههاي سهموي و قیفی شکل انجام دادهاند، مشاهده کردند بازده جمع-کنندههاي سهموي بیشتر از جمعکنندههاي قیفیشکل با همان ابعاد است. همچنین با شبیهسازي سیستم در نرمافزارهاي مختلف، تطابق بیشتر نتایج نرمافزار xأئکل را بر مشاهدات تجربی مشاهده نمودند.
هدف از این پروژه بررسی و ساخت سیستم انتقالدهنده نور خورشید توسط فیبر نوري در داخل کشور و بهبود عملکرد مجموعه نسبت به کارهاي انجام شده است. با توجه به نمونههاي متفاوت ساخته شده در خارج از کشور مشاهده میشود از انواع متفاوت متمرکزکننده بهره گرفته شده است که براي بهبود عملکرد هرکدام کارهایی را میتوان انجام داد. براي تمرکز نور خورشید میتوان از روشهاي گوناگون بهره برد.
در صورت استفاده از عدسی به عنوان متمرکزکننده می توان از عدسی با قطر بزرگتر یا کیفیتهاي بالاتر به منظور تمرکز بیشتر نور خورشید بهره برد اما به علت تمرکز زیاد نور، دماي نقطه تمرکز نیز به شدت بالا میرود که براي حل این مشکل میتوان از فیلترهاي حرارتی که توسط لایه نشانی ایجاد میشوند به منظور حذف طیف مادون قرمز استفاده کرد. با توجه به اینکه استفاده از دیش هاي سهموي کاربرد زیادي به عنوان متمرکزکننده دارد میتوان دیش هاي سهموي را با افزایش دقت در ساخت آنها به منظور تمرکز دقیقتر - حداکثر افت کل مجموعه در بخش متمرکزکننده نور اتفاق میافتد
یا استفاده از دیشهایی با ابعاد کوچک براي جلوگیري از تاثیرات جوي و استفاده از دیشهاي خارج ازمرکز بهبود بخشید. همچنین براي شدت تمرکز بیشتر معمولا سطح دیش را با آلومینیوم یا کروم پرداخت میکنند [5] ، [9] اما میتوان سطح رویه دیش را آیینه اي کرد تا حداکثر بازتاب را به وجود آورد که با توجه به مشکلات حرارتی در اینجا نیز بایستی از فیلترهاي حرارتی براي حذف گرما استفاده نمود.
براي دریافت حداکثري انرژي خورشیدي نیز نیاز به مجموعهاي است تا با رصدکردن خورشید سطح دریافتکننده خورشیدي را دقیقا عمود بر پرتوهاي خورشید قرار دهد، لذا ردیابهاي خورشیدي در انواع و دقتهاي مختلف طراحی و ساخته شده است.
پس از طراحی و ساخت مجموعه، راندمان و عملکرد آن بایستی مورد ارزشیابی قرار گیرد که در این پژوهش این کار با توجه به ملاحظات انرژي صورت پذیرفته است. در پایان نیز براي مقایسه داده هاي به دستآمده از معادلات، نمونه اولیه طرح ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته است.
