بخشی از مقاله
چکیده
روشهای مختلفی برای چینش هلیو ستات ها وجود دارد که یکی از این روشها، شعاعی-مثلثی میبا شد. در این روش بیشترین اتلافات در مسدود کردن اتفاق میافتد. در این تحقیق روش گرافیکی بدون اتلافات مسدود کردن برای چینش هلیوستاتهای خورشیدی با چینش شعاعی-مثلثی مورد بررسی و تحلیل قرارگرفته است. با گسترش و اضافه نمودن تلفات موجود در میدان خورشیدی و هزینه هلیوستات و برج خورشیدی وکد نویسی در محیط نرم افزار" ای ای اس" ، بازده نوری و هزینه کل میدان خور شیدی مورد تحلیل قرار گرفته و بهینه سازی شد. در کار حاضر چینش میدان هلیوستات برای به دست آوردن 300 کیلووات بر مترمربع توان حرارتی انجام شد که نتیجه بهینه سازی آن برای ارتفاع 130 متر، افزایش بازده نوری و کاهش هزینه کل میدان بود.
-1 مقدمه
انرژی خورشیدی یکی از منابع انرژیهای تجدیدپذیر و از مهمترین آنها میباشد. میزان تابش انرژی خورشیدی در نقاط مختلف جهان متغیر بوده و در کمربند خورشیدی زمین بیشترین مقدار را داراست. کشور ایران نیز در نواحی پرتابش واقع است با شدت تابش متوسط سالیانه در حدود 2000 کیلووات ساعت بر مترمربع، جزو کشور های غنی از نظر تابش خورشیدی می باشد.
همچنین در ایران نواحی زیادی دارای تابش بالاتر از 2300 کیلووات ساعت بر مترمربع هستند، که در واقع بهترین گزینه ها از نظر جغرافیایی برای احداث نیروگاه های حرارتی خورشیدی هستند[1,2]و مطالعات نشان میدهد که استفاده از تجهیزات خورشیدی در ایران مناسب بوده و میتواند بخشی از انرژی مورد نیاز کشور را تأمین نماید. ایران کشوری است که به گفته متخصصان این فن با وجود 300 روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسط تابش 4/5 - 5/5 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز، یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی معرفی شده است.
یکی از تقسیمبندیهای اصلی تکنولوژی خورشیدی کلکتور خورشیدی با متمرکز کننده و کلکتور خورشیدی بدون متمرکزکننده میبا شد. در کلکتورهای خور شیدی با متمرکز کننده فقط تابش م ستقیم خور شید به سمت یک جاذب، بازتاب و یا متمرکز می شود و به این وسیله شار خورشیدی افزایش مییابد که از جمله آن میتوان به کلکتور سهموی خطی ا شاره کرد. در این نوع کلکتورها ن سبت م ساحت دریافت کننده تابش به م ساحت جاذب، ضریب تمرکز نامیده میشود. اما در کلکتورهای بدون متمرکز کننده که هم تابش مستقیم و هم تابش پراکنده ذخور شیدی را دریافت میکنند سطح دریافت کننده تابش و جذب کننده یکسان ا ست که از جمله آن میتوان به کلکتور صفحه تخت ا شاره کرد.
انواع موجود تکنولوژیهای متمرکز کننده دما بالای خور شیدی، کلکتور سهموی خطی، فرسنل خطی، برج قدرت - و یا دریافت کننده مرکزی - و دیش سهموی میباشند. در برج قدرت تابش خور شیدی بو سیله مجموعهای از آینهها - که هلیو ستات نامیده می شوند - با ردیاب دو محوره به یک جذب کننده که بالای برج واقع است متمرکز میشوند. جذب کننده در واقع نقش یک مبدل حرارتی را ایفا میکند و تابش متمرکز شده خور شیدی را به سیال عبوری انتقال میدهد.
در بین کلکتورهای ذکر شده دو کلکتور برج قدرت و دیش سهموی قابلیت ر سیدن به دمای بالای 500 درجه سل سیوس را دا شته و به منظور بکارگیری در سیکل برایتون گازی منا سب میبا شند. در سالهای اخیر تحقیقات مختلف آزمای شگاهی به منظور به کارگیری و بهبود عملکرد کلکتور برج قدرت انجام شده [4,5]و این کلکتور علیرغم قیمت بالا، نسبت به کلکتور دیش سهموی قی مت کمتری دارد بنابراین در تحقی قات مختلفی به عنوان محرک ترکیبی سی کل برایتون بکار رفته است
و در این تحقیق نیز از این کلکتور ا ستفاده می شود. سیالا و الایب در سال 2001 میلادی[9]، روش گرافیکی بدون اثر بلاک کردن هلیوستات ها را فرموله کردند که یکی از آسانترین روشهای موجود برای چینش هلیوستاتها میباشد. آنها تاثیر افزایش ارتفاع برج بر تراکم آینهها را مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که با افزایش ارتفاع تراکم آینهها بیشتر و در نتیجه زمین مورد نیاز هلیوستاتها کاهش مییابد.
شائودانگ وی و همکاران در سال 2010 میلادی[5]، با ارائه یک روش جدید برای چینش هلیوستاتها توانستند زمان محا سبه بازده نوری مزرعه خور شیدی را کاهش دهند. همچنین چینش جدیدی برای پروژهی PS10 ارائه دادند که بازده نوری را 0/09 درصد افزایش داد.
عاطف و السلیمان در سال 2015 میلادی[10] به بهینه سازی چینش مزرعه خورشیدی از نظر بازده نوری سالیانه پرداختند. آنها با به دست آوردن بازده نوری سالانه با میانگین روزانه به مقدار 0/5023 و انتخاب روزهای میانگین از ماههای سال و به دست آوردن بازده نوری سالانه با میانگین ماهانه به مقدار0/5025 نشان دادند که با انتخاب روزهای میانگین میتوان با صرف زمان کمتر بازده نوری سالیانه را بهینه سازی کرد.
در این تحقیق روش گرافیکی سیالا برای چینش هلیو ستاتهای خور شیدی با گ سترش و ا ضافه نمودن تاثیرات تلفات موجود در مزرعه خور شیدی،از نقطه نظر بازده نوری و از نظر اقت صادی و با کد نوی سی در نرم افزار" ای ای اس"1 مورد تحلیل قرار گرفته و بهینه سازی میشود.
-2طراحی و شبیه سازی چینش هلیوستاتهای خورشیدی
-1-2هندسه تابش خورشید
برای تعیین هند سه تابش خور شید در سطح زمین ابتدا زمان تابش - ساعت خور شیدی t - ، روز تابش - - - اساس تاریخ میلادی - و همچنین موقعیت جغرافیایی - عرض جغرافیایی - φ مشخص شده است. با توجه به شکل - 1 - برای هر هلیوستات باید زاویه سمت الراس - θz - 2 و زاویه عزیمت خورشید - γs - 3 در سطح هر هلیوستات مشخص شود. به این منظور زاویه ساعت - ω - و زاویه انحراف - δ - 1 را طبق روابط - 1 - و - 2 - تعریف می شوند. لازم به ذکر است که تمام روابط بر حسب رادیان نوشته شده اند.
که ℎ ساعت محلی در زمان طراحی ا ست - برای سادگی در محا سبات از ساعت محلی به جای ساعت
خورشیدی استفاده شده زیرا اختلاف بین ساعت خورشیدی و محلی کم است.
شکل - . - 1زوایای مربوط به تابش در سطح زمین[
برای بدست آوردن زاویه قائم تابش - θz - و زاویه ی عرضی تابش - γs - از روابط - 3 - و - 4 - استفاده شده است:
به منظور به دست آوردن ساعات طلوع و غروب خورشید، از رابطه زیر استفاده شده است:
زوایای بازتاب برای هر هلیو ستات بو سیله موقعیت هر هلیو ستات ن سبت به برج بد ست میآید. از اینرو با
توجه به شکل - - زاویه بازتاب قائم - θm - به دست آورده می شود.
که 0 معرف پایهی هلیو ستات میبا شد که در این کار 5 متر در نظر گرفته شده ا ست و ℎ ارتفاع برج و
شعاع حلقه از مبدا - پایه ی برج - می باشد.
از طرف دیگر زاویه بازتاب عرضی - - ψ که زاویه بین محور شمال با محور تقسیم است در چینش مزرعه خورشیدی - در قسمت - - - 2-2 برای هر هلیوستات تعیین می شود.
