بخشی از مقاله
چکیده:
این مقاله، ساخت دستگاه با سیستم تولید همزمان سرمایش و گرمایش بوسیله اثر ترموالکتریک-فتوولتاییک میباشد. این دستگاه دارای دو محفظه سرد و گرم است که حرارت و برودت آنها بوسیله دو ترموالکتریک که در در دیواره جداکننده این دو محفظه نصب شدهاند تامین میشود. برق این دستگاه بدون نیاز به برق شهری و با استفاده از صفحه فتوولتاییک تامین میشود. ترموالکتریک گرما را از یک طرف جذب و آنرا از طرف دیگر خود دفع میکند، به این ترتیب یک طرف آن سرد و طرف دیگر آن گرم میشود.
کارکرد مناسب ترموالکتریک بستگی به این دارد که حرارت سطح گرم آنرا به خوبی دفع کرد، هرچه حرارت طرف گرم بیشتر دفع شود در طرف سرد نیز برودت بیشتری بدست میآید. این کار بوسیله یک پره خنک کننده که به سطح گرم ترموالکتریک متصل است و یک فن که بر روی این پره سوار میشود انجام میپذیرد.
تامین برق مصرفی این دستگاه بوسیله یک صفحه خورشیدی مونوکریستالی که به یک باطری ذخیره متصل است انجام میشود. وجود باطری ذخیره این امکان را میدهد تا در صورت نبود تشعشع خورشیدی، دستگاه قابل استفاده باشد. البته امکان کارکرد دستگاه بوسیله برق شهری با استفاده از یک منبع تغذیه نیز پیش بینی و امکان پذیر شده است.
مقدمه:
امروزه استفاده از سوختهای فسیلی و گرمایش زمین به یکی از اصلیترین دغدغههای کشورهای بزرگ و صنعتی تبدیل شده است، چرا که افزایش درجه حرارت کره زمین، اکوسیستم آنرا تحدید میکند. یکی از بهترین روشهای مقابله با افزایش درجه حرارت کره زمین استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و پاک میباشد. مانند تولید انرژی برق از خورشید با استفاده از صفحات خورشیدی، تولید برق از انرژی حرارتی به حدر رفته سیستمهای حرارتی صنعتی با استفاده از المان ترموالکتریک و نیز تولید برق خورشیدی و بکارگیری آن برای ایجاد حرارت و برودت بوسیله ترموالکتریک، یکی از روشهای بسیار مناسب برای کاهش وابستگی تولید انرژی به سوختهای فسیلی میباشد که اقدامات زیادی در این باره انجام شده است که میتوان به چند مورد آن اشاره کرد.
احمدی و همکاران، 1393 افزایش راندمان سلول فتوولتاییک با استفاده از مبدل ترموالکتریک براساس پیوند p-n با مساحت زیاد و بر پایه مادهی SiGe را مورد ارزیابی قرار داده اند. عملکرد فتوولتاییک تحت تاثیر دماست که در نتیجهی افزایش دما، راندمان سلول فتوولتاییک تا حدود 25 درصد کاهش می یابد. ماژول ترموالکتریک می تواند عملکرد ماژول فتوولتاییک را افزایش دهد، بدین طریق که از گرمای تلف شده در سلول فتوولتاییک ، توسط پیوستن مبدل ترموالکتریک در عقب صفحه خورشیدی استفاده می کنیم که در این صورت ماژول ترکیبی فتوولتاییک-ترموالکتریک ایجاد میشود. آنها به این نتیجه رسیده اند که با افزایش دما میزان راندمان سلول خورشیدی تا حدود 52 درصد کاهش می یابد، راهکاری که به منظور افزایش راندمان ماژول فتوولتاییک پیشنهاد شد استفاده از ترموالکتریک است با یک پیوند p-n با مساحت زیاد. همچنین افزایش بازدهی وابسته به این است که سطح سرد ترموالکتریک به اندازهی کافی سرد شده باشد به طوری که برابر دمای محیط شود که در این امر جنس مادهی تشکیل دهنده ترموالکتریک اهمیت زیادی دارد.
حسن نیا و همکاران - Hasan Nia et al, 2014 - ساخت سیستم خورشیدی ترکیبی المان ترموالکتریک و متمرکز کننده های آینهای موسوم به فرنل را انجام دادهاند. نور خورشید بوسیله متمرکز کننده های نوع فرنل در یک نقطه کانونی متمرکز میشوند و در نقطه کانونی دما افزایش می یابد که در این نقطه کانونی یک مخزن روغن قرار دارد و روغن داغ شده بوسیله لوله به قسمت طرف گرم ژنراتور ترموالکتریک انتقال یافته و در سطح آن باهم تماس پیدا میکنند و به صورت جریان همرفتی ترموالکتریک را گرم می کند و از طرف دیگر جریان آب که همدما با محیط است بوسیله لوله به مخزن آب انتقال می یابد که این مخزن با طرف سرد ترموالکتریک در تماس قرار داده شده است.
ژنراتور ترموالکتریک در بین مخزن روغن داغ و مخزن آب سرد قرار گرفته است و بنا بر اثر سیبک در دوسر ترموالکتریک اختلاف پتانسیل بوجود میآید و برای جلوگیری از اتلاف حرارتی بین سطوح ترموالکتریک، این سیستم در یک حباب خلاء قرار داده شده است. با انجام آزمایش در روز 24 مرداد ساعت 13 - بیشترین گرما در تابستان - در بابل به این نتایج رسیدند که دمای روغن به 130℃ رسید و دمای آب طرف سرد ژنراتور 30℃ شده است که منجر به تولید برق با قدرت 1,038وات می شود و همچنین به این نتیجه رسیده اند که برای دستیابی به حداکثر توان ژنراتور ترموالکتریک 6 - وات - نیاز به بکارگیری حداقل 6 عدد لنز فرنل می باشد.
شعبانی و رخشان، 1390 بازتوانی واحدهای گازی و بخاری نیروگاه نکا با طرح مشترکی از فناوری ترموالکتریک و سرمایش جذبی و تلفیقی از بکارگیری فناوری ترموالکتریک و سرمایش جذبی جهت افزایش بازده واحدهای بخار و گازی نیروگاه نکا مورد بررسی قرارگرفته و راهکارهای عملی پیشنهاد گردیده است. المانهای ترموالکتریک با چیدمان حلقوی بر روی لوله ها، اختلاف دمای موجود در درون وبیرون لوله های کندانسور را به اختلاف پتانسیل الکتریکی تبدیل نموده و در واقع بخشی از انرژی گرمایی در حال هدررفت مبدل را به برق تبدیل مینمایند.
میزان مشخصی از بخار ورودی به چگالنده مازاد بوده که با طراحی یک سیکل بخار و انتقال بخار به سیستم تغذیه بخار و سیستم سرمایش جذبی دواثره، سرمایش تولید می شود. این سرمایش جهت خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور، بازده واحد گازی را در روزهای گرم سال به مقدار قابل توجهی افزایش خواهد داد. در روزهای غیر گرم سال نیز می توان این بخار را در سیستم آب شیرین کن تبخیری جهت تامین آب نیروگاه بکار گرفت.
با اجرای طرح ماجول های ترموالکتریک بر لوله های کندانسور اصلی دو واحد بخار، دارای افزایش توان بمیزان 14,4 مگاوات خالص خواهد بود، که با وجود بخار مازاد سیکل بخار، پیشنهاد گردید که 21,65 تن از هرسیکل بخار با شرایط یاد شده، وارد چیلرجذبی گردد. برای ایجاد سرمایش در ماههای گرم سال، می توان هوای ورودی به توربین های گازی را خنک کاری نمود که برای یک واحدگازی افزایش توان سالانه برابر با 6,3 مگاوات خواهد داشت.
گیلز فریز و همکاران - - Gilles Fraisse et al, 2007 مروری بر تکنولوژیهای و تولیدات محصولات صنعتی و تجاری بوسیله المان ترموالکتریک بر پایه برق تولیدی از صفحه خورشیدی را انجام دادهاند. آنها در ابتدا به بررسی معایب استفاده از انرژیهای فسیلی و آلوده کننده بودن آنها پرداختهاند سپس به معرفی چند محصول ساخته شده بوسیله المان ترموالکتریک پرداختهاند. یک یخچال ساخته شده بوسیله المان ترموالکتریک مورد بررسی قرار گرفته شده است که برق خود را از صفحه خورشیدی میگیرد. سپس یک یخچال معرفی شده که طرف گرم ترموالکتریک آن بوسیله پرههای خنک کننده با پرههای آلومینیومی خنک میشود و طرف سرد آن داخل محفظه یخچال قرار گرفته است و به برسسی ساختار ترموالکتریک پرداخته است
