مقاله طراحی نرم افزار محاسباتی مختصات دقیق خورشید برای نیروگاههای جهت یاب خورشیدی

بخشی از مقاله

چکیده

برنامه ریزی برای توسعه بخش نیروگاهی کشور یکی از مهمترین اهداف وزارت نیرو از بدو تاسیس آن بوده است ، ولی توسعه واحداث نیروگاههایی با قابلیت انرژی های تجدید پذیر در سالهای اخیر به دنبال هدف گذاری این نهاد ، با توجه به رو به اتمام بودن منابع فسیلی کشور در آینده ای نزدیک ، صورت پذیرفته ، تا انجا که استفاده از انرژی های تجدید پذیر و نیرو گاههای مدرن در این رابطه وپیشرفت در آنها بخش انکار ناپذیر در هدف گذاری کشورعزیزمان بوده است ، از انجا که یکی از مهمترین دغدغه های نیروگاههای خورشیدی programing سیستمهای جهت یاب سهموی خطی ، دریافت کننده متمرکز ، شلجمی خطی و فتوولتاییک گردان خورشیدی بوده است و با توجه به اساس کاری آنها در ردیابی خورشید و محاسبه مختصات دقیق مکانی خورشید در این مقاله به بررسی نرم افزار ارائه شده جهت محاسبه مختصات دقیق خورشید ، در هر نقطه مکانی در سرتاسر کره زمین و در هر زمان پرداخته شده است که بدون هیچ گونه محدودیت منطقی و اختلافی نتایج را حاصل می کند.

.1 مقدمه

به تاسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده خورشید به الکتریسیته تبدیل می شود نیرو گاههای حرارتی ، نوری خورشیدی گفته میشود که این تجهیزات براساس نوع تمرکز به صورت حرارتی ، نوری تعریف میشوند که فتوولتائیک گردان ، نوری و جهت یاب سهموی خطی ، دریافت کننده متمرکز ، شلجمی بشقابی برای حرارتی، از این دست هستند ، در تمامی این مدلها یک سیستم ردیاب خورشیدی وجود دارد که وظیفه قرار دادن سازه را در راستای پرتوهای خورشید به عهده دارد اساسا این سیستمها به دو صورت کلی عمل می کنند :

·    سیستمهای جهت یاب با استفاده از سنسور.

·    سیستمهای جهت یاب بدون استفاده از سنسور.

در مدل دوم نسبت به موقعیت طراحی شده برای نیروگاه خورشیدی در طول سال و برای روزهای مختلف زوایا و موقعیت قرار گیری سازه محاسبه و جهت programming سیستمهای قابل برنامه ریزی این تجهیزات ، در فرمهایی تهیه و اعمال می گردد . در مقاله پیش رو برنامه ای در محیط matlab ارائه گردیده که بر طبق آن بر و اساس موقعیت ناظر مختصات ، محل و مکان دقیق خورشید برای جهت یابی نیروگاههای خورشیدی ارائه میگردد ، در ابتدا به تفصیل تعاریفی کاربردی در این رابطه ارائه و در ادامه به بررسی برنامه و چگونگی محاسبات آن می پردازیم .

.2 مختصات خورشیدی :

حرکت ظاهری خورشید بر روی کره سماوی مطاقا به موضع ناظر واقع بر سطح زمین بستگی دارد ، در اینجا لازم است با اصطلاحاتی در رابطه با ستاره شناسی خورشیدی در حد بسیار ساده وخلاصه آشنا گردیم .تعاریف زیر در تشریح معادلات حرکت خورشید نسبت به ناظر واقع بر روی سطح زمین نقش بسزایی دارند.

الف- صفحه دایره البروج :

صفحه ثابتی که مدار زمین در آن قرار دارد .

ب- محور زمین :

خطی است که از قطب شمال و جنوب می گذرد.

نکات:

شایان ذکر است محور زمین نسبت به صفحه دایرهالبروج عمود نیست و با آن زاویه 23,5 درجه می سازدو در سراسر سال ثابت است همچنین فصول سال به علت تمایل محور چرخش زمین نسبت به خط عمود بر صفحه دایرهالبروج ایجاد می شودو زمین دارای حرکت وضعی - حرکت به دور خود - می باشد و هر 23,92 ساعت یک بار به دور خود می چرخد.

د- معادله حرکت زمین :

زمین در مداری تقریبا" بیضوی به دور خورشید می چرخد این حرکت با معادله قطبی زیر بیان می شود، - شکل و رابطه شماره . - 1

.3 دستگاههای مختصات خورشیدی: الف- دستگاه مختصات زمین مرکزی :

تشریح ریاضی حرکت خورشید را با در نظر گرفتن یک دستگاه مختصات برای ناظری در مرکز زمین تشریح می کنیم.این دستگاه را دستگاه مختصات زمین مرکزی گوییم شکل - - 2

ب- مشخصات دستگاه :

·    محور: x جهت آن بسوی یک نصف النهار محلی می باشد.

·    محور: y به اندازه 90 درجه نسبت به شرق در صفحه استوایی واقع است.

·    محور: z از محور شمال- جنوب - محور زمین - به عنوان این محور استفاده می شود.

·    زاویه هم میل: D` زاویه بین پرتو خورشید وقطب شمال یا زاویه بین قطب شمال وخطی در صفحه دایره البروج که زمین را به خورشید متصل می کند. این زاویه از رابطه زیر حاصل می شود:

نکته:

این زاویه بنا به فصول از 66,5 درجه در انقلاب تابستانی تا 113,5 درجه در انقلاب زمستانی تغییر می کندو تعداد روزها بعد از اعتدال بهاریn= است .

• زاویه ساعتی : H زاویه بین تصویر پرتوهای خورشید در صفحه استوایی - X-Y - و نصف النهار محلی با محور x زاویه ساعتی به راحتی طبق فرمول زیر به زمان خورشیدی محلی ناظر مربوط می شود.

-    علامت منفی مربوط به زمان قبل از ظهر خورشید است.

-    تغییرات این زاویه ازمقادیر منفی در قبل از ظهر خورشیدی تا مقادیر مثبت در بعد از ظهر خورشیدی می باشد.

.4 دستگاه مختصات محلی خورشید :

در مختصات زمین مرکزی زاویه هم میل وزاویه ساعتی نسبت به مرکز زمین تعریف شدند بنابراین مختصات خیلی مناسبی برای ناظری واقع بر سطح زمین نمی باشد.لذا برای چنین حالتی از دستگاه مختصات خورشیدی محلی استفاده می کنیم. شکل - [4][3] - 3

.5 مشخصات دستگاه :

-1این دستگاه بر سطح زمین و بر عرض L واقع است.

-2محور : x قطب جنوب سطح مدور نشان داده شده در شکل می باشد.

-3محور : y به سمت شرق در صفحه - x-y - در سطح مدور نشان داده شده در شکل می باشد.

-4محور : z عمود بر سطح مدور نشان داده شده در شکل این محور را تشکیل می دهد.

-5 زاویه سمت الراس : Z زاویه بین پرتوهای خورشید و محور عمودی می باشد.