بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
محاسبه بازدهی و عملکردکلکتورهای خورشیدی صفحه تخت توسط نرم افزارmatlab به عنوان دستگاه ارائه دهنده انرژی خورشیدی جهت مصارف صنعتی وخانگی
چکیده:
درشرایط حال حاضرکره زمین که انواع آلودگی های فراوان وبسیارخطرناک جان میلیونهانفرراتهدیدمی کندوخسارتهایی بسیارجبران ناپذیری رابرزیست کره وشرایط زنگی کردن چه انسان وچه حیوان را برروی آن واردمیسازد ،استفاده از انرژیهای پاک وسالم وتجدیدپذیر ودردسترس میتواندبهترین درمان برای جوامع بشری باشد.باتوجه به تجدیدناپذیربودن انرژیهای فسیلی وروبه اتمام بودن آنها وباقی نماندن اثری ازاین گنج طبیعی برای نسلهای آینده،وهمچنین شرایط فعلی زیست کره وگرانتربودن دسترسی واستفاده ازاین انرژیها،تحقیقات درزمینه گسترش وشناخت منابع انرژیهای نووتجدیدپذیروپاک وطرحی دستگاههایی به منظوردراختیارگذاشتن این انرژیهابه بخشهای مختلف صنعتی وخانگی هرروزدرحال افزایش میباشد،میتوان گفت یکی ازمهمترین دستگاههای پرکاربرددراین زمینه کلکتورهای خورشیدی میباشدکه وظیفه جمع کردن انرژی تابشی خورشیدی وانتقالش رابرعهده دارد،لذادراین مقاله سعی شده است بازدهی کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت به عنوان یکی ازمهمترین انواع آن راباتوجه به کاربردوسیع کلکتورهادرمصارف صنعتی وخانگی توسط نرم افزارmatlab موردبررسی قرارگیرد.
واژههای کلیدی: انرژی های تجدیدپذیر،سوخت های فسیلی،انرژی خورشیدی،کلکتور،زیست کره،
مقدمه:
یکی ازروش های دست یابی به انرژی های خورشیدی وانتقال آن جهت مصارف صنعتی وخانگی استفاده ازکلکتورهای خورشیدی میباشد.که درمیان انواع مختلف کلکتورها،ساده ترین ومتداولترین نوع آنهاکلکتورهای خورشیدی صفحه تخت میباشد.درکشورهای جهان وبه ویژه درایران نیزبیشترازاین نوع کلکتورهااستفاده میشود.یکی ازشیوه هاوموضوعات مهم تحقیقاتی درمجامع علمی دست یابی به حداکثرانرژی تابشی خورشیدمیباشدکه دراین زمینه محاسبه عملکردوبازدهی کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت نسبت به جذب انرژی تابشی خورشیدوانتقال آن به سیال مرتبط جهت مصارف مختلف ازاهمیت زیادی برخوردارمیباشد.به طورکلیکلکتورهای حرارتی خورشیدی به عنوان قلب سیستم های گرمایش خورشیدی وظیفه جذب انرژی خورشید را بر عهده دارند. این کلکتورها به دو دسته کلی متمرکز کننده و غیر متمرکز کننده تقسیم می گردند. کلکتورهای غیرمتمرکز کننده شامل کلکتورهای صفحه تخت و کلکتورهای لوله خلاء می باشند که برای تامین آب گرم گرمایش فضا به کار می روند.اجزای اصلی یک کلکتور تخت عبارتند از:
- صفحه جاذب: مهمترین عنصر در یک کلکتور صفحه جاذب آن است. این قطعه از یک صفحه فلزی تشکیل می شود که لوله های عبور سیال بر پشت آن جوش شده است. پوشش روی صفحه جاذب در محصولات سنگرکار به صورت برگزیده (Selective) و از جنس اکسید تیتانیوم است تا بتواند حداکثر جذب و حداقل انتشار حرارت را داشته باشد. در صورتیکه پوشش آن از رنگ مشکی معمولی (Black Paint) باشد، علیرغم جذب بالا، انتشار حرارت زیادی نیز خواهد داشت. کلکتورهای سنگرکار با استفاده از این صفحات جاذب قدرتمند، عملکرد بسیار خوبی خصوصا در زمستانها و شرایط ابری دارند.
-2 شیشه: پوشش نهایی کلکتورهای خورشیدی، شیشه های مخصوص است. این شیشه ها با افزایش عبور طیف مادون قرمز و ماوراء بنفش از خود راندمان کلکتورها را افزایش می دهند. در زیر مقایسه ای از عملکرد شیشه های ساده و شیشه های مخصوص دارای آهن کم آورده شده است. کلکتورهای خورشیدی سنگرکار از شیشه های مخصوص خورشیدی با درصد آهن کم ساخته می شوند. هر چه مقدار ذرات آهن در شیشه بیشتر باشد، انتقال نور خورشید به صفحات جاذب کمتر و در مقابل انرژی ورودی در شیشه جذب می گردد که باعث اتلاف انرژی خورشیدی و در نتیجه راندمان پایین تر می شود.
-3 عایق: بدنه کلکتور باید در مقابل انتقال حرارت عایق باشد تا بتواند حداکثر راندمان را داشته باشد. این عایق معمولا از جنس عایق های معدنی (پشم سنگ) است. عایقها در پشت و کناره های جاذب به کار می روند.
-4 قاب: قاب کلکتور از جنس آلومینیوم و یا ورق گالوانیزه است و سایر اجزای کلکتور را در بر می گیرد.
مبنای سنجش کیفیت کلکتورهای خورشیدی میزان راندمان آنها است که رابطه مستقیم با کیفیت صفحات جاذب دارد. کلکتورها که وظیفه جذب انرژی خورشید را بر عهده دارند، در واقع قلب سیستم به شمار می آیند و از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. کلکتورها معمولا از صفحاتی فلزی تشکیل می شوند که دارای پوششی جاذب هستند. در زیر این صفحات لوله هایی جوش خورده است که در داخل آنها سیال عامل به گردش در می آید و با عبور از طول لوله، گرم می شود. سیال گرم شده، حامل انرژی خورشیدی است که از آن در مصارف گوناگون استفاده مینمایند.
محاسبه میزان عملکرداین نوع ازکلکتورهاازطریق فرمولهای تئوری ونتایج تجربی نیزقابل محاسبه میباشد،دراین مقاله سعی شده است که توان وقابلیت آن درجذب انرژی خورشیدی توسط نرم افزارmatlab به عنوان یک نرم افزارمحاسباتی بادقت بالاوخطای بسیارناچیزموردبررسی قراربگیرد
پیشرفت کار:
روند پژوهش دراین مقاله درموردمدلسازی ریاضیاتی چگونگی جذب انرژی تابشی خورشیدی درلایه های کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت وانتقال آن به سیال مرتبط انجام میپذیرد .این مدلسازی طی انجام یکسری مرحل اولیه وتکرارچندین مرحله باداده های بسیاربسیاردقیقتری وکاهش خطادرهرمرحله انجام ودرنتیجه به اعدادی مشابه باآزمایشات تجربی انجام شده که ازقبل میدانیم دست پیدامیکنیم.
اهداف انجام مدلسازی ریاضیاتی:
الف)هدف ازانجام این کاردست یابی به یک مدلسازی ریاضیاتی برای تخمین بسیاردقیق وکم خطای عملکردکلکتورهای خورشیدی صفحه تخت است،که بایک لایه شیشه پوشیده شده وجذب انرژی درکانالهای تعبیه شده موازی درحال انجام میباشد.
ب)مدلسازی مناسب میزان توزیع دماگذرادرهرمقطع درزمانهای خاص
پ)استفاده ازنرمافزارمناسب محاسباتی ریاضیاتی همچون matlabبرای تولیدکدعددی مناسب
بیان نظری وتئوری :
درعملکردکلکتورهای خورشیدی صفحه تخت چه زاویه قرارگیری مناسب وچه جذب پرتوهای تابیده شده ومیزان انتقال انرژی تابشی به سیال مرتبط فرمولهایی موجودمیباشدکه این روندطی شده راصرفابه زبان ریاضیاتی ودرشرایط ایده آل وکاملا تئوری بیان مینماید.دربعضی ازپژوهش ها ومقالات کارهای تحقیقاتی نیزدراین رابطه انجام شده است که سعی شده درآن مقالات
نتایج تجربی وعملیاتی کاررابااندازه گیریهای دقیق توسط پیشرفته ترین دستگاهها،بانتایج حاصل ازمحاسبه فرمولی ونظری مقایسه نموده وبه میزان بازدهی ودرصدخطای بین این دوروش دقیق شویم.
دراینجاسعی شده است بابیان فرمولهای نظری وبیان نرم افزاری چگونگی توزیع شدن وجذب پرتوهای تابیده شده به سطح کلکتورهای صفحه تخت وانتقال آن به سیال مرتبط، ارتباطی نشان دهیم.رابطه بین انرژی تابیده شده وجذب شده
بافرض منبع بی نهایت تابشی:
انرژی های تابشی ورودی راازطریق محاسبات تقسیم بندی سطوح وبه طورچندعامل همزمان محاسبه مینماییم
گرمای جذب شده براساس ضریب تابشی ودمای ورودی:
