بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله به توصیف وتوسعه ردیاب خورشیدی تک محوره کم هزینه، - single axis solar tracker :SAST - با قابلیت ردیابی زاویه آزیموت با مصرف انرژی کم طراحی واجرا گردیده است. این طرح قابلیت نصب پنل های فتوولتائیک درکلاس 12 و 24رادارد. تنظیم زاویه و جهت نصب براساس اقلیم منطقه و حداکثر تغییرات زاویه آزیموت کشور ایران صورت می پذیرد. سازه طراحی شده قابلیت تحمل شرایط آب وهوایی منطقه را دارد. در قسمت مکانیکی طرح از فولاد AISI 1020 با پوشش گالوانیزه گرم 55 میکرومتر بصورت ترکیبی از جوش و پیچ و مهره ودر قسمت الکترونیکی این طرح از یک servo motor با کنترل هوشمند بوسیله درایور اختصاصی و سنسورهای نوری استفاده شده است.
کلید واژه- پنل فتوولتائیک، سازه نصب، ردیاب خورشیدی، زاویه آزیموت، کنترل هوشمند
-1 مقدمه
رشد وپیشرفت روز افزون علم و فناوری، زمینه آسایش و رفاه زندگی انسان ها را در جهان امروز فراهم کرده است، اما این پیشرفت و رشد، باخودمشکلاتی را به همراه خواهد داشت که از جمله این مشکلات می توان به آلودگی های زیست محیطی، تغییرات نامتعارف آب و هوایی و تبعات ناشی از آن ها اشاره نمود.[1]شاید دلیل توسعه انرژی های تجدیدپذیر در کشورهای جهان نگرانی های زیست محیطی باشد، اما مهم ترین محرک آنها دلایل اقتصادی هستند. هزینه های فعلی انرژی های تجدیدپذیر نسبت به سوخت های فسیلی متداول بیشتر است، چرا که تکنولوژی تولید انرژیهای تجدیدپذیر جدید است و طبیعتا هزینه سرمایه گذاری اولیه بالایی دارند.
علاوه بر این به دلیل نو بودن این تکنولوژی، استفاده از این انرژ یها به زیرساختهای اساسی نیاز دارد . از این رو انرژی های تجدیدپذیر باعث ورود تکنولوژی به کشور می شود و می تواند بستر مناسب برای تحقیق و توسعه در این زمینه را ایحاد کند.[2]از بهترین منابع انرژی تجدید پذیر میتوان به انرژی خورشیدی و سیستم فتوولتائیک اشاره کرد که به دلیل اقتصادی بودن آنها در هر سطح توان مورد توجه قرار گرفته است.[3]برای دریافت حداکثر انرژی در سیستم های فتوولتائیکبایستی در هر زمان پنل فتوولتائیک به سمت خورشید تنظیم شود تا نور تابیده شده برروی پنل عمود باشد. لذا این عمل توسط سازه نصب بهینه، بازاویه و جهت مناسب محقق می شود.[5] , [4]
در این تحقیق ابتدا سازه نگهدار پنل خورشیدی در نرم افزار INVENTOR طراحی شده و پارامترهایی از قبیل تنشهای مربوط به سازه نگهدار مورد بررسی قرار گرفته و در عین حال ساده ترین و اقتصادی ترین حالت ممکن برای این کار پیشنهاد شده است. برای ردیابی زاویه و جهت بهینه نصب، محرک الکتریکی با درایور و سنسور مناسب طراحی شده است. در این سازه نصب از تجهیزات و قطعات موجود در داخل کشور استفاده گردیده است. تا کاهش هزینه کلی سیستم فتوولتائیک و تعمیر ونگهداری آن را در پی داشته باشد.این سازه نصب این قابلیت را دارد که بر روی آن پنل های خورشیدی از 5 وات تا 340 وات با توان تجمیعی 819 وات قرار گیرد.SAST یک سازه نصب چهارفصلی با قابلیت تغییر زوایای نصب از 14 درجه تا 62 درجه وهمچنین قابلیت سوارشدن سیستم ردیاب برای ردیابی اتوماتیک زاویه آزیموت روی سازه می باشد.
از امکانات این طرح به موارد زیر اشاره می شود :
.سیستم ردیابی تک محور
.قابلیت تغییر محور دوم براساس چهارفصل از
.62-14 درجه
•درجه آزیموت شرق- غرب: 90 درجه ترین حالت با نصب پنل به 1,9 متر می رسد درحالی که ارتفاع
•بازگشت به نقطه homeپایه این سازه 96 سانتی متر بوده و وزن این سازه 167 کیلوگرم
•مناسب برای سرعت باد بالا است و کل سطح - 5,14 - SAST متر می باشد که درمجموع
•مناسب برای نصب سطح زمین و پشت بام سطح ماژول تا 5,14 متر مربع می تواند باشد. تحلیل تنش های
•قرارگیری در حالت stand by وکاهش مصرف انرژی بعد استاتیک با توجه به استاندارد های اروپایی و تحلیل تنش VON
از شناسایی جهت و زاویه مناسبMISES صورت گرفته است.
·پیگیری گام به گام، بسته به نور روزانه
·کارکرد در محدوده دما: -25œC تا +50œC
·کارکرد در رطوبت محیطی روزانه: حداکثر 80
-2 طرح مکانیکال
سازه نصب - SAST - برای افزایش راندمان تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی باتنظیم مناسب ترین جهت و زاویه برای پنل های فتوولتائیک مطرح شده است . شکل 1 و 2 ساختار CAD طراحی شده در نرم افزار inventor را نشان می دهد.
-1-2 ساختار مکانیکی - SAST - با هدف کم کردن هزینه های ساخت، اجرا، سادگی نصب و قدرت مکانیکی طراحی شده است . شبیه سازی در inventor نشان می دهد که این سازه مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی منطقه نصب را دارد و بادهایی تا حدود 100 km / h را میتواند تحمل کند. ارتفاع این سازه در بیشینه در ساختار - - SAST از فولاد AISI 1020 با پوشش گالوانیزه با ضخامت 3mm با ضخامت موضعی 55 m و چگالی موضعی 55gr/m که تا %80 رطوبت محیطی راتحمل میکند استفاده شده است.
-3 تجزیه و تحلیل تنش
قطعات - SAST - بعد از طراحی و مونتاژ توسط نرم افزار تخصصی Inventor در قسمت آنالیز همین نرم افزار با دانه های شش وجهی - hexa - و دانه های چهار وجهی - tetra - شبکه بندیشدند.سپس با بارگذاری و اعمال تکیه گاه ها نتایج براساس تئوری تحلیل تنش von mises انجام شده و نتایج بصورت شکل زیر بدست آمده است:1/40 کوپل گردیده است اینرسی چرخش روتور این موتور بسیار پایین است به همین دلیل تغییر سرعت سریع،گشتاور وموقعیت را نیز به خوبی تغییر می دهد تفاوت اصلی driver servo با سایر روش های کنترلی در آشکارسازی سرعت گردش و موقعیت می باشد که موجب تصحیح حرکت و موقعیت موتور نسبت به فرامین ارسالی میشود. درایو سروو دارای ورودی مربوط به انکودر می باشد و بااستفاده از اطلاعات مختلفی که می گیرد پارامترهای مختلفی از موتور از جمله: موقعیت، سرعت، گشتاور، مقدار بارروی شفت موتورو... را اندازه گیری می کند.
-2-3 بلوک دیاگرام سیستم
-1-3 قسمت الکتریکال
شبیه ساز نیروگاه فتوولتائیک با مکانیزم جستجوگر خورشید براساس تغییر پارامترها و کنترل از طریق PLC را به ارمغان می آورد.حاوی ادوات زیر می باشد: - 1 - سروموتور و درایو سرو - 2 - سنسورهای نوری - 3 - کنترلر - 4 - مانیتورینگ - 5 - پنل خورشیدی - 6 - شارژ کنترلر - 7 - اینورتر - 8 - مصرف کننده ها - - 9گیربکس در این شبیه ساز از FD servo motor با جریان 1,6آمپر استفاده شده و در زمانی که سیستم حرکتی ندارد و در حالت Standby قرار گرفته جریانی معادل 0,19 آمپر مصرف خود ترکر خواهد بود توان مصرفی این موتور 200 وات و نیروی تولیدی آن 0.64NM و سیستم کنترلی آن بر اساس servo driver می باشد.
در این سیستم قرارگیری در حالت stand by وکاهش مصرف انرژی بعد از شناسایی جهت و زاویه مناسب و نیز پیگیری گام به گام بسته به نور روزانه لحاظ گردیده است ازاین رو انرژی مصرفی سروو موتور بسار کم و 1,5 کیلووات ساعت بصورت سالیانه خواهد بود .[6] موتور سروو به یک گیربکسبرای تشخیص تابش درقسمت سنسور از 8 عدد LDR استفاده شده است که توسط برد میکروکنترلری بررسی شده و سیگنال مناسب به واحد PLC صادر می شود:و یک عدد سنسور خازنی cr30-15 dn ساخت شرکت AUTONICS برای HOMING استفاده شده است. این سنسور از نوع PROXIMITY بوده و خروجی قابل شناسایی برای واحد PLC را دارد و نیازی به مدار واسط ندارد . HMI استفاده شده
