بخشی از مقاله
چکیده:
استفاده از خشککنهای خورشیدی در فرآیند خشک کردن محصولات کشاورزی روز به روز افزایش مییابد. طراحی مناسب اجزای خشککن عملکرد خشککن را بالا میبرد و زمان خشک شدن را کاهش میدهد.یکی از قطعات اصلی خشککنهای خورشیدی، کلکتور خورشیدی است. از پارامترهای مهم در طراحی کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت، زاویه شیب کلکتور نسبت به افق است چون تغییر در زاویه شیب، میزان تابش خورشیدی دریافتی توسط سطح کلکتور را تغییر میدهد.
بنابراین به منظور دریافت ماکزیمم تشعشع خورشیدی توسط سطح کلکتور باید زاویهی شیب بهینه کلکتور برای زمانهای مختلف در سال تعیین گردد. در این تحقیق از مدل ایزوتروپیک Liu-Jordan و مدل غیر ایزوتروپیک Hay-Davies برای تعیین زاویه بهینه کلکتورهای صفحه تخت در شهرکرد استفاده شد.
تغییرات زاویه شیب از صفر درجه برای ماه می تا 62 درجه برای ماه دسامبر بدست آمد و زاویه بهینه سالانه 29 درجه نسبت به افق محاسبه شد. کمترین و بیشترین شدت تابشروی سطح کلکتور براساس زوایه بهینه ماهانه به ترتیب مربوط به ماه نوامبر و ژوئن است. همچنین نتایج نشان داد که تابش کل سالانه دریافتی برای کلکتورهایی که براساس زاویه بهینه ماهانه نسبت شدهاند20 درصد بیشتر از کلکتورهای افقی است.
مقدمه
خشککردن محصولات کشاورزی با خشککنهای صنعتی بسیار گران قیمت بوده و برای بیشتر کشاورزان امکانپذیر نمیباشد. همچنین آلودگیهای زیست محیطی، روبه اتمام بودن سوختهای فسیلی و هزینه رو به افزایش سوختهای فسیلی بشر را به سمت استفاده از انرژیهای جایگزین سوق داده است. انرژی خورشید یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که به عنوان جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی در فرآیند خشک کردن محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار میگیرد. یکی از قسمتهای اصلی خشککنهای خورشیدی، کلکتور خورشیدی است که با جذب انرژی خورشید باعث گرم شدن هوای مورد نیاز برای خشککردن محصول میشود.
به منظور جذب حداکثر تابش خورشیدی توسط کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت،کلکتورها را به صورت شیبدار نصب میکنند. عملکرد کلکتور خورشیدی صفحه تخت به شدت تحت تاثیر موقعیت و زاویه نصب کلکتور نسبت به افق میباشد. در نیمکره شمالی کلکتورها را رو به جنوب نصب میکنند. زاویه شیب کلکتور نسبت به سطح افق میزان تابش دریافتی توسط سطح کلکتور و در نتیجه مدت زمان خشک کردن محصول را تغییر میدهد بنابراین باید زاویه شیبی که منجر به دریافت حداکثر تابش خورشید توسط سطح کلکتور میشود تعیین گردد که این زاویه به عنوان زاویه شیب بهینه کلکتور در نظر گرفته میشود.
بررسی تحقیقات انجام شده در زمینه تعیین شیب بهینه کلکتورهای خورشیدی نشان داد که زاویه شیب بهینه به عرض جغرافیایی منطقه و شماره روز در سال بستگی دارد از این رو برای مناطق مختلف جهان و ماههای مختلف سال روابط و زوایای مختلفی ارائه شده است.
در تحقیقات متعددی زاویه شیب بهینه برای کلکتورهای طراحی شده در نیمکره شمالی به صورت رابطه opt= -15 بیان شده است این در حالیست که رابطه opt= - +15 - -15 نیز گزارش شده است .
در این روابط عرض جغرافیایی منطقه است . علاوه بر روابط ذکر شده، تابع opt = +10 نیز برای تعیین شیب بهینه سالانه کلکتورهای خورشیدی نصب شده به طرف استوا برای مناطق مختلف موجود است
یک معادله تحلیلی نیز بر حسب عرض جغرافیایی برای تعیین زاویه بهینه ارائه شد و نتایج نشان داد که حداکثر اختلاف بین زاویه بهینه محاسبه شده از طریق معادله و زاویه بهینه براساس آزمایشات کمتر از 3 میباشد
با استفاده از چندین مدل ایزوتروپیک و غیر ایزوتروپیک شیب بهینه ماهانه در نقاط مختلف جهان که در عرضهای جغرافیایی بین -60 تا +60میباشند تعیین گردید و 12 رابطه خطی برای شیب بهینه بر حسب عرض جغرافیایی ارائه شد همچنین با تعیین زوایای بهینه فصلی برای کشور مالزی بیان شد که با استفاده از این زوایا کل انرژی دریافتی سالانه توسط سطح کلکتور 40 افزایش مییابد
زاویه شیب بهینهی کلکتورهای خورشیدی برای منطقه دارالسلام با استفاده از مدل ایزوتروپیک Liu-Jordanمحاسبه شد. کمترین و بیشترین زاویه بهینه ماهانه به ترتیب 1/6 درجه برای سپتامبر و 32/3 درجه برای دسامبر گزارش شد. همچنین بیان شد که استفاده از زاویه بهینه سالانه کل انرژی دریافتی توسط سطح کلکتور را 5 نسبت به حالت افق افزایش میدهد
زاویه شیب بهینه برای شهر ازمیر ترکیه با استفاده از مدل ایزوتروپیک Liu-Jordan محاسبه شد. زاویه بهینه ماهانه محاسبه شده برای ازمیر از صفر درجه در ژوئن تا 61 درجه در دسامبر متغیر بود . - Ulgen, 2006 - در تحقیقی دیگر زاویه شیب بهینه ماهانهی کلکتورهای خورشیدی برای شهر ازمیر ترکیه تعیین گردید و پیشنهاد شد که برای افزایش عملکرد کلکتورها بهتر است کلکتورها را با زاویه شیب بهینه ماهانه نصب نمود
زاویه شیب بهینهی ماهانه، فصلی و سالانه کلکتورهای خورشیدی که رو به استوا قرار گرفتهاند در 10 ایستگاه مختلف جهان محاسبه گردید. زاویه بهینه سالانه این 10 ایستگاه برابر با عرض جغرافیایی منطقه گزارش شد و بررسی نتایج نشان داد که مقدار انرژی دریافتی کلکتور از خورشید در یک سال با استفاده از زاویه بهینه ماهانه و فصلی در مقایسه با زاویه بهینه سالانه به ترتیب 15و 1 بیشتر است
همچنین زاویه شیب بهینه فصلی، شش ماهه و سالانه برای تهران تعیین و زاویه شیب بهینه سالانه 41 درجه گزارش شد - جعفرکاظمی و سعدآبادی، . - 1390 در پژوهشی دیگر زاویه بهینه سالانه برای شهر ارومیه حدود 17 درجه کمتر از عرض جغرافیایی ارومیه محاسبه شد
با توجه به اینکه زاویه شیب بهینه تحت تاثیر عرض جغرافیایی است بنابراین ضرورت دارد که برای تمام مناطق ایران زاویه شیب بهینه کلکتورهای صفحه تخت تعیین گردد. در تحقیق حاضر از دو مدل ریاضی متفاوت برای تعیین زاویه بهینه کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت که در خشککنهای خورشیدی در منطقه شهرکرد به کار برده میشوند استفاده شد و زوایای بهینه به دست آمده با روابط پیشنهادی توسط پژوهشگران دیگر نیز مقایسه شد.
مواد و روشها:
اطلاعات میزان تشعشع خورشید در اکثر نقاط جهان به صورت تشعشع کل روی سطح افق در دسترس میباشد. مدلهای ریاضی متفاوتی برای محاسبه تشعشع کل روی سطوح شیبدار از طریق اطلاعات موجود برای سطح افق ارائه شده است. به طور کلی مدلهای ریاضی محاسبه تابش کل روزانه روی سطوح شیبدار به دو دسته ایزوتروپیک و غیر ایزوتروپیک تقسیم میشوند. تفاوت این دو مدل در ارزیابی مولفه دیفیوز تابش است. در مدل ایزوتروپیک شدت تابش دیفیوز آسمان یکنواخت فرض میشود.
تابش کل روزانه - HT - برای هر ماه روی سطح شیبدار از طریق سه مؤلفه زیر به دست میآید
تابش مستقیم :Hdir قسمتی از تابش خورشید که بدون پخش یا جذب به وسیله اتمسفر و به صورت مستقیم از خورشید به سطح زمین میرسد.
تابش دیفیوز :Hdif قسمتی از تابش خورشید که توسط اجزاء جو پخش یا جذب میشود. تابش پراکنده در تمام جهات از آسمان به زمین میرسد.
تابش انعکاسی :Href قسمتی از تابش خورشید که توسط سطح زمین منعکس میشود.
شدت تابش کل روزانه - H0 - بر حسب wm-2 روی سطح افق در خارج از اتمسفر زمین از رابطه 2 محاسبه شد
