بخشی از مقاله
چکیده
برای بهرهمندی از انرژی گرمایی خورشید از جمعکنندههای حرارتی خورشیدی استفاده میشود. متمرکزکنندههای سهموی خطی، نوعی از گردآورنده توان تابشی خورشیدی هستند که، دارای ساختمان ساده و دمای کاری بالاتری در مقایسه با جمعکنندههای تخت میباشند. برای رسیدن به عملکرد مناسب متمرکزکننده سهموی خطی میبایست در یک جهت - شمالی-جنوبی یا شرقی- غربی - خورشید را تعقیب کنند.
در تحقیق حاضر شبیه سازی یک متمرکزکننده خورشیدی سهموی خطی با سیال عامل آب با روش دینامیک سیال محاسباتی و نرم افزار Fluent مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان دادند شبیهسازی انجام شده به طور قابل قبولی قادر به پیشبینی نتایج تجربی بودند. همچنین بازده حرارتی متمرکزکننده در حالت تعقیب خورشید در جهت شرقی-غربی 26/20 و در تعقیب شمالی-جنوبی تا 26/56 درصد بوده است.
مقدمه
با توجه به ترازنامه انرژی ایران در سال 1392 بیش از دو سوم مساحت کشور ایران در سال 300 روز آفتابی با متوسط تابش 4/5 تا 5/5 کیلووات ساعت بر متر مربع دارد - ایران . - 1392 بنابراین کشور ما، از پتانسیل بسیار بالایی برای استفاده از این انرژی بیانتها و پاک برخوردار است. برای بهرهمندی از انرژی گرمایی خورشید از جمعکنندههای حرارتی خورشیدی مانند جمعکنندههای حرارتی و انواع ترکیبی فتوولتائیک حرارتی و ... استفاده میشود.
یکی از انواع سامانههای حرارتی خورشیدی، متمرکزکنندهها هستند. یک متمرکزکننده سهموی خورشیدی با توجه به شکل 1 شامل بخشهای اصلی چون، صفحه سهموی بازتابنده، لوله جاذب که با یک پوشش شیشهای اطراف آن احاطه شده است و یک سیال حامل حرارت میباشد. در این سامانه نور مستقیم خورشید پس از برخورد به صفحه بازتابنده، به یک سطح کوچکتر - لوله جاذب - ، هدایت و از آن برای تولید حرارت استفاده میشود - کهرباییان و محمدی 1379؛ کهربائیان و محمدی،
کاربرد سامانه متمرکزکنندههای سهموی را، میتوان به دو گروه اصلی تقسیم کرد. اولین و مهمترین استفاده آن، در تولید برق به کمک انرژی گرمایشی خورشید از طریق متمرکزکنندهها میباشد. که در این موارد عرض دهانه جمعکننده تا حدود 6 متر، کل طول مجموع متمرکزکنندهها 100 تا 150 متر است. این سامانهها دما را تا 300-400 درجه سلسیوس بالا میبرند و پروژههای زیادی در سطح دنیا برای تولید برق از این راه به بهره برداری رسیده است.
برای نمونه نیروگاه خورشیدی با 9 واحد جمعکننده با ظرفیت 354 مگاوات بزرگترین نیروگاه خورشیدی با استفاده از متمرکزکنندههای خورشیدی با نام، سامانه مولد انرژی خورشیدی در ایالات متحده آمریکا فعال میباشد. نیروگاه دیگری در آمریکا با 6 واحد ذخیرهکننده دارای ظرفیت 280 مگاوات با نام ایستگاه تولید سولانا در حال فعالیت میباشد.
در کشورهای دیگر هم چون اسپانیا، چین، هند و ... نیروگاههای با ظرفیتهای مختلف وجود دارد - بینام، . - 2015 گروه دیگر از برنامههای کاربردی استفاده از این متمرکزکنندهها در فرآینده گرما تا دما حدود 250 درجه سانتیگراد که بیشتر در صنعت و تقاضا برای حرارت با دمای پایین و نرخ مصرف بالا در زمینههای آب داغ خانگی، بهداشت، گرمایش فضا، استخرهای شنا و ... است. در این نوع کاربردها عرض متمرکزکننده بین 1 تا 3 متر، طول کل آن از 2 تا 10 متر متناسب با کاربرد متفاوت میباشد.
همچنین از این نوع در پمپ کردن آب آبیاری، آب شیرینکن و سمزدایی استفاده میشود - Fernandez-Garcia . - et al., 2010 جمعی از محققین سال 2001 در سامانه فتوولتایک گرمایی به صورت ترکیبی از متمرکز کننده سهموی استفاده کردند که دمای سطح سلولهای سیلیکونی را کاهش دهند و خروجی سالانه 250 کیلووات ساعت برق و 800 کیلووات ساعت گرما در دماهای پایین در هر متر مربع مساحت سلول های خورشیدی نتیجه این تحقیق بوده است . - Brogren et al.,
همچنین نیلسون و همکاران در سوئد از متمرکزکننده سهموی در سامانه فتوولتایک استفاده کردند . - Nilsson et al., 2007 - با توجه به کاربرد گسترده این نوع سامانهها بررسی عملکرد آنها حائز اهمیت میباشد و پژوهشهای زیادی در این زمینه صورت گرفته است. یعقوبی و موسوی سال 2011 شبیهسازی سه بعدی حرارتی در دریافتکننده سامانه متمرکزکننده سهموی برای نیروگاه خورشیدی شیراز انجام دادند که پارامترهای چون سرعت سیال، شکل لوله جاذب، جنس آن و ... درنظر گرفته شد - Yaghoubi . - and Akbarimoosavi, 2011
گزارشاتی در سال 2014 در ترکیه مبنی بر مدلسازی حرارتی عددی برای یک متمرکز کننده سهموی مشاهده شد - < OPD] DQG 6 \OHPH], 2014 - هدف از تحقیق حاضر تحلیل یک متمرکز کننده سهموی خطی کوچک، با استفاده از نرم افزار Fluent بود. در ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی مقایسه شدند. از دیگر اهداف این تحقیق، بررسی اثر تعقیب خورشید در دو جهت مختلف بر بازده حرارتی متمرکز کننده بود که به صورت تجربی مورد ارزیابی قرار گرفت.
مواد و روشها
در این پژوهش از یک متمرکزکننده خورشیدی سهموی خطی که در بخش مهندسی مکانیک بیوسیستم دانشگاه شهید باهنر کرمان به منظور تأمین حرارت مورد نیاز یک گلخانه تحقیقاتی ساخته شده بود، استفاده شد. متمرکزکننده دارای صفحه بازتابنده به ابعاد1/66 ×0/93 متر از جنس استیل براق و دریافتکننده به طول 1/66 متر با قطر خارجی 7 سانتیمتر شامل لوله جاذب که، جریان سیال از آن عبور میکند و شیشه محاطی با ضخامت 2 میلیمتر که، فضای بین لوله جاذب و شیشه محاطی خلاء میباشد. دریافتکننده در مرکز خط کانونی سهموی قرار دارد - شکل. - 2
