فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:97
سمینار برای دریافت مدرک کارشناسی ارشد "M.Sc"
مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی
فهرست مطالب:
چکیده: 1
مقدمه: 2
فصل اول 3
کلیـــات 3
فصل اول - کلیات 4
1-مقدمه: 4
2-اهمیت کلکتور های خورشیدی: 4
کلکتور های صفحه تخت: 6
انتخاب جاذب: 7
کلکتورهای لوله خلا: 8
بازده کلکتور: 10
3-انتخاب کلکتور اقتصادی 10
بازار کلکتور های خورشیدی: 11
فصل دوم 12
استاندارد بین المللی تست کلکتور خورشیدی 12
ISO 9806 – 1: 1994 12
فصل دوم- استاندارد بین المللی تست کلکتور خورشیدی (ISO 9806-1:1994) 13
2نمادها و واحدها 16
3نصب و تعیین مکان کلکتور 16
3-2چهارچوب نصب کلکتور 16
4وسایل اندازه گیری 18
4-1- 2 اندازه گیری زاویه برخورد تابش خورشیدی مستقیم 19
4-2اندازه گیری تابش حرارتی 20
4-3اندازه گیریهای دما 21
4-3-2 تعیین اختلاف دمای سیال انتقال حرارت (T) 22
4-3-3اندازه گیری دمای هوای اطراف (ta) 22
4-4اندازه گیری دبی مایع در کلکتور 23
4-9سطح کلکتور 24
5آرایش آزمون 25
5-2سیال انتقال حرارت 25
5-3لوله کشی و اتصالات 26
5-4پمپ و وسایل کنترل جریان 27
5-5تنظیم دمای سیال انتقال حرارت 27
6آزمون بازده حالت پایدار در فضای باز 28
6-5اندازه گیریها 29
6-6دوره آزمون (در حالت پایدار) 30
6-7 ارائه نتایج 31
7تعیین ظرفیت گرمایی مؤثر و ثابت زمانی کلکتور 36
7-3روش آزمون برای ثابت زمانی کلکتور 37
7-4محاسبه ثابت زمانی کلکتور 38
8ضریب تصحیح زاویه برخورد کلکتور 39
8-4محاسبه ضریب تصحیح زاویه برخورد کلکتور 40
9تعیین افت فشار در کلکتور 40
فصل سوم 43
استاندارد اتحادیه اروپا جهت تست کلکتور خورشیدی 43
EN 12975 – 2: 2001 43
فصل سوم- استاندارد اتحادیه اروپا جهت تست کلکتور خورشیدی (EN 12975-2:2001) 44
1-تستهای قابلیت اطمینان 44
تست کارایی حرارتی کلکتورهای گرم کننده مایع: 47
طرح تست: 52
فصل چهارم 68
استاندارد ایالات متحده آمریکا جهت تست کلکتور خورشیدی 68
ASHRAE 93: 1991 68
فصل چهارم- استاندارد آمریکا جهت تست کلکتور خورشیدی (ASHRAE 93: 1991) 69
4-روش انجام تست: 72
مراحل تست و محاسبات: 76
محاسبات ثابت زمانی کلکتور: 82
فصل پنجم 84
مقایسه استانداردهای تست کلکتور خورشیدی 84
فصل پنجم – مقایسه استاندارد های تست کلکتور خورشیدی 85
1- مقایسه سه استاندارد 9806-1 ISO، EN 12975-2 و ASHRAE 93: 85
2- مقایسه دو استاندارد ISO 9806-1 و EN 12975-2: 88
مراجع: 94
چکیده:
استفاده از استانداردها و رعایت حداقل کیفیت مورد انتظار در محصولات و خدمات مختلف امروزه در سراسر جهان رایج است، به طوریکه بسیاری از صنایع بدون رعایت استانداردها مجاز به تولید یا ارائه خدمات نیستند. از انرژی خورشید میتوان به طرق مختلف، مثل تولید برق، گرمایش و سرمایش، تولید آب شیرین، تامین آب گرم و ... استفاده نمود. در صنعت انرژی خورشیدی نیز همچون سایر صنایع، استانداردهای مختلفی تدوین شده است. در بخش گرمایش آب مصرفی برخی از استانداردها مربوط به تست و استفاده از سیستمها و روشهاست و برخی دیگر از استانداردها به چگونگی تست کلکتورهای خورشیدی که جزء اصلی و نقطه آغازین تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی گرمایی است، پرداخته اند. در این گزارش به مطالعه و بررسی سه استاندارد ISO، DIN و ASHRAE که به ترتیب مربوط به استاندارد جهانی، اتحادیه اروپا و ایالات متحده آمریکا هستند پرداخته شده است و در پایان پارامترهای مختلف آن در قالب چند جدول مقایسه شده اند. لازم به ذکر است که به دلیل گستردگی و حجم زیاد استانداردها، در این گزارش تنها کلکتورهای صفحه تخت مورد بررسی قرار گرفته اند.
مقدمه:
در جهان امروز، روند مصرف انرژی به سرعت در حال افزایش است و با توجه به محدودیت منابع فسیلی ضرورت استفاده از انرژیهای تجدید پذیر و پاک بر همگان روشن است. یکی از انواع انرژیهای نو، انرژی خورشیدی است. کشور ایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقهای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین ردهها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین 1800 تا 2200 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از 280 روزآفتابی گزارش شده است که بسیار قابل توجه است. از این انرژی میتوان به طرق مختلف، مثل تولید برق، گرمایش و سرمایش، تولید آب شیرین، تامین آب گرم و ... استفاده نمود.
امروزه لزوم رعایت استانداردها جهت دستیابی به بهترین کیفیت و اطمینان از دوام کالا یا خدمات بر همگان روشن است و صنعت انرژی خورشیدی نیز از این امر مستثنی نیست. به همین منظور کشورهای مختلف استانداردهایی را برای تست ابزار و لوازم مورد استفاده در انرژی خورشیدی تدوین نموده اند که در این گزارش مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند و در پایان بین آنها مقایسه صورت گرفته است.
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:92
عنوان :
بررسی تئوری و تجربی عملکرد یک آبگرمکن خورشیدی با کلکتور لوله خلاء
(تحت حمایت شرکت بهینهسازی مصرف سوخت کشور)
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی
فهرست مطالب:
عنوان مطالب شماره صفحه
چکیده 1
مقدمه 2
فصل اول : کلیات 3
فصل دوم : آشنایی با انواع کلکتور خورشیدی و استانداردهای تست کلکتورهای خورشیدی 8
2-1- مقدمه 9
2-2- انواع کلکتورها 10
2-2-1- کلکتورهای صفحه تخت 10
2-2-2- کلکتورهای ترکیبی سهموی ثابت 12
2-2-3- کلکتور لوله خلاء 13
2-2-4- کلکتورهای دنبالکننده خورشیدی 17
2-3- استانداردهای تست کلکتورهای خورشیدی 19
2-3-1- استاندارد ASHRAE 93 19
2-3-1-1- تست ثابت زمانی- τ 19
2-3-1-2- تست بازده حرارتی - ηg 19
2-3-1-3- تست اصلاحکننده زاویه تابش - Kθb(θ) 20
2-3-1-4- توزیع دمای ورودی به کلکتور برای تست بازده حرارتی 21
2-3-1-5- مدت زمان انجام تست 21
2-3-2- استاندارد ISO 9806-1 و EN 12975-2 21
2-3-2-1- تست ثابت زمانی- τ 21
2-3-2-2- تست بازده حرارتی 22
2-3-2-3- تست اصلاحکننده زاویه تابش - Kθb(θ) 23
2-3-2-4- توزیع دمای ورودی به کلکتور برای تست بازده حرارتی 23
2-3-3- روش تست شبهدینامیکی استاندارد EN12975-2 23
2-4- مقایسه استانداردها 24
2-4-1- مقایسه سه استاندارد 9806-1 ISO، EN 12975-2 و ASHRAE 93 26
2-4-2- مقایسه دو استاندارد ISO 9806-1 و EN 12975-2 29
فصل سوم : آشنایی با انواع سیستمهای تست کلکتورهای خورشیدی و استانداردهای تست آنها 35
3-1- کارایی کلکتورهای خورشیدی 36
3-2- کارایی حرارتی کلکتور 37
3-3- روش تست دینامیکی 41
فصل چهارم : روابط حاکم بر کلکتورهای لوله خلاء و حل نمونه عددی 43
4-1- مقدمه 44
4-2- محاسبه کارایی حرارتی کلکتور 44
4-3- توزیع دما در مسیر سیال 48
4-4- ضریب دفع گرمای کلکتور و ضریب جریان 49
4-5- بازده کلکتور 51
4-6- مشخصات تجهیزات مورد استفاده 51
4-7- حل نمونه عددی 55
فصل پنجم : آزمایش، نتایج و ترسیم نمودارهای مربوطه 60
5-1- مقدمه 61
5-2- روش انجام آزمایش 61
5-3- نتایج 62
5-4- نمودارها و تحلیل 67
5-4-1- دادههای هواشناسی 67
5-4-2- تغییرات دمای خروجی از کلکتور بر حسب تغییرات دبی 69
5-4-3- نمودارهای بازده مدل تئوری و آزمایش تجربی 74
5-4-4- نمودارهای حرارت دریافتی مدل تئوری و آزمایش تجربی 78
5-4-5- نمودارهای افت دما در مسیر آب ورودی 85
5-5- نتیجه گیری کلی 86
5-6- پیشنهادات برای ادامه تحقیق 87
منابع و ماخذ 88
فهرست منابع فارسی 88
فهرست منابع لاتین 89
چکیده انگلیسی 91
اصالت نامه 92
فهرست جدولها
عنوان شماره صفحه
2-1- مشخصات انواع کلکتورهای متداول 9
2-2- شرایط تست شبهدینامیکی 23
2-3- دمای متوسط سیال و شرایط آب و هوایی برای هر نوع روز 24
2-4- بیشترین دمای خروجی بر اساس نوع کلکتور 24
2-5- مقایسه حدود مجاز پارامترهای مختلف جهت دستیابی به شرایط یکنواخت در سه استاندارد 24
2-6- شرایط آب و هوایی لازم در سه استاندارد 25
2-7- شرایط زمانی بازه داده و پیش بازه داده برای تست در حالت کلکتور ساکن 25
2-8- تشابه پارامترهای تست کلکتور خورشیدی در ISO 9806-1،
EN 12975-2، ASHRAE 93 26
2-9 تفاوت پارامترهای تست کلکتور خورشیدی در ISO 9806-1،
EN 12975-2، ASHRAE 93 27
2-10- جدول تشابه پارامترهای تست کلکتور خورشیدی در دو استاندارد
ISO 9806-1 و EN 12975-2 29
2-11- جدول تفاوت پارامترهای تست کلکتور خورشیدی در دو استاندارد
ISO 9806-1 و EN 12975-2 33
4-1 - مشخصات فیزیکی کلکتور لوله حرارتی مورد آزمایش، ساخت شرکت sunrain 54
4-2 - پارامترهای موثر جهت حل یک نمونه عددی 56
5-1 - مقایسه نتایج تئوری و تجربی برای کلکتور با 19 لوله حرارتی
و دبی 100 لیتر بر ساعت 63
5-2 - مقایسه نتایج تئوری و تجربی برای کلکتور با 19 لوله حرارتی
و دبی 150 لیتر بر ساعت 63
5-3 - مقایسه نتایج تئوری و تجربی برای کلکتور با 19 لوله حرارتی
و دبی 200 لیتر بر ساعت 64
5-4 - مقایسه نتایج تئوری و تجربی برای کلکتور با 4 لوله حرارتی
و دبی 50 لیتر بر ساعت 64
5-5 - مقایسه نتایج تئوری و تجربی برای کلکتور با 4 لوله حرارتی
و دبی 37.5 لیتر بر ساعت 65
5-6 - مقایسه نتایج تئوری و تجربی برای کلکتور با 4 لوله حرارتی
و دبی 25 لیتر بر ساعت 65
5-7 - دادههای ضریب جریان کلکتور بر حسب نرخ ظرفیت بدون بعد کلکتور 66
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
2-1- شکل شماتیک بخشهای مختلف یک کلکتور صفحه تخت 11
2-2 - صفحه جاذب یکپارچه 11
2-3 - صفحه جاذب با پرههای جداگانه 11
2-4 - شماتیک انواع کلکتورهای سهموی 12
2-5 - کلکتور سهموی تکی 13
2-6 - کلکتور سهموی یکپارچه 13
2-7 - کلکتور نوع لوله خلا 14
2-8 - نمونه یک لوله حرارتی 14
2-9 - شکل شماتیک یک لوله حرارتی 15
2-10 - نمای برش خورده از یک کلکتور لوله خلا جهت نمایش عملکرد آن 15
2-11 - نمونه لوله از یک کلکتور لوله خلاءتر (Dewar Type) 16
2-12 - نمونه لوله از یک کلکتور با لوله حرارتی U-type 16
2-13 - شماتیک دو نوع از کلکتورهای ترکیبی به همراه بازتابکننده تخت (a) و سهموی (b) 17
2-14 - شماتیک دو نوع از کلکتورهای ترکیبی سهموی یکپارچه 17
2-15 - نمونهای کلکتورهای دنبال کننده خورشیدی 18
3-1 - مدار آزمون بسته استانداردهای ISO و EN 38
3-2 - مدار آزمون باز استانداردهای ISO و EN 38
3-3 - مدار آزمون بسته استاندارد ASHRAE 39
3-4 - مدار آزمون باز استاندارد ASHRAE 39
3-5 - مدار آزمون باز استاندارد ASHRAE با حرکت دائمی سیال 40
3-6 - نمودار مقایسهای بازده دو کلکتور لوله خلاء و صفحه تخت 41
4-1 - مدار مقاومت حرارتی جهت مدل تئوری کلکتور لوله خلاء با لوله حرارتی 45
4-2 - شکل شماتیک یک کلکتور لوله خلاء 46
4-3 - موازنه حرارتی روی سیال جریان یافته در یک لوله 49
4-4 - نمونهای از نمودار تغییرات ضریب جریان کلکتور 50
4-5 - تجهیزات مورد استفاده در آزمایش تجربی 53
4-6 - یکی از لولههای حرارتی کلکتور مورد آزمایش به همراه تصویر بزرگ شده بخش کندانسور و اواپراتور 55
4-7 - تصویر مجموعه تجهیزات تست کلکتور خورشیدی 55
5-1 - دیاگرام شماتیک مدار مورد استفاده جهت تست کلکتور خورشیدی 61
5-2 - ضریب جریان کلکتور بر حسب نرخ ظرفیت بدون بعد کلکتور
با استفاده از نتایج آزمایش 66
5-3 – دادههای هواشناسی روز 8 آگوست 2011 67
5-4 - دمای هوا و میزان تشعشع در روز 8 آگوست 2011 برای نقاط داده 68
5-5 – دادههای هواشناسی روز 15 آگوست 2011 68
5-6 - دمای هوا و میزان تشعشع در روز 15 آگوست 2011 برای نقاط داده 68
5-7 - اختلاف دمای ورودی و خروجی در حالتهای تئوری و تجربی
در طول زمان با دبی آب 200 لیتر بر ساعت 69
5-8 - اختلاف دمای ورودی و خروجی در حالتهای تئوری و تجربی
در طول زمان با دبی آب 150 لیتر بر ساعت 70
5-9 - اختلاف دمای ورودی و خروجی در حالتهای تئوری و تجربی
در طول زمان با دبی آب 100 لیتر بر ساعت 70
5-10 - اختلاف دمای ورودی و خروجی در حالتهای تئوری و تجربی
در طول زمان با دبی آب 50 لیتر بر ساعت 71
5-11 - اختلاف دمای ورودی و خروجی در حالتهای تئوری و تجربی
در طول زمان با دبی آب 37.5 لیتر بر ساعت 71
5-12 - اختلاف دمای ورودی و خروجی در حالتهای تئوری و تجربی
در طول زمان با دبی آب 25 لیتر بر ساعت 72
5-13 - مقایسه دمای خروجی اندازهگیری شده و مورد انتظار برای کلکتور
با 4 و 19 لوله حرارتی و دبیهای مختلف 73
5-14 - اختلاف دمای خروجی تجربی و دمای ورودی در دبیهای مختلف
برای کلکتور با 19 لوله حرارتی 73
5-15 - اختلاف دمای خروجی تجربی و دمای ورودی در دبیهای مختلف
برای کلکتور با 4 لوله حرارتی 74
5-16 - بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 200 لیتر بر ساعت
و 19 لوله حرارتی برای کلکتور 75
5-17 - بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 150 لیتر بر ساعت
و 19 لوله حرارتی برای کلکتور 75
5-18 - بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 100 لیتر بر ساعت
و 19 لوله حرارتی برای کلکتور 76
5-19 - مقایسه بازده مدل تئوری و تجربی با دبیهای آب گذرنده متفاوت
و 19 لوله حرارتی برای کلکتور 76
5-20 - بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 50 لیتر بر ساعت
و 4 لوله حرارتی برای کلکتور 77
5-21 - بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 37.5 لیتر بر ساعت
و 4 لوله حرارتی برای کلکتور 77
5-22 - بازده مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده 25 لیتر بر ساعت
و 4 لوله حرارتی برای کلکتور 77
5-23 - مقایسه بازده مدل تئوری و تجربی با دبیهای آب گذرنده متفاوت
و 4 لوله حرارتی برای کلکتور 78
5-24 - حرارت دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده
200 لیتر بر ساعت و 19 لوله حرارتی برای کلکتور 79
5-25 - حرارت دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده
150 لیتر بر ساعت و 19 لوله حرارتی برای کلکتور 79
5-26 - حرارت دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده
100 لیتر بر ساعت و 19 لوله حرارتی برای کلکتور 80
5-27 - مقایسه حرارت دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبیهای آب گذرنده مختلف و 19 لوله حرارتی برای کلکتور 80
5-28 - حرارت دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده
50 لیتر بر ساعت و 4 لوله حرارتی برای کلکتور 81
5-29 - حرارت دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده
37.5 لیتر بر ساعت و 4 لوله حرارتی برای کلکتور 81
5-30 - حرارت دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبی آب گذرنده
25 لیتر بر ساعت و 4 لوله حرارتی برای کلکتور 81
5-31 - مقایسه حرارت دریافتی در مدل تئوری و تجربی با دبیهای آب گذرنده مختلف و 4 لوله حرارتی برای کلکتور 82
5-32 - مقایسه حرارت اندازهگیری شده و مورد انتظار برای کلکتور
با دبی 200 لیتر بر ساعت و 19 لوله حرارتی 82
5-33 - مقایسه حرارت اندازهگیری شده و مورد انتظار برای کلکتور
با دبی 150 لیتر بر ساعت و 19 لوله حرارتی 83
5-34 - مقایسه حرارت اندازهگیری شده و مورد انتظار برای کلکتور
با دبی 100 لیتر بر ساعت و 19 لوله حرارتی 83
5-35 - مقایسه حرارت اندازهگیری شده و مورد انتظار برای کلکتور
با دبی 50 لیتر بر ساعت و 4 لوله حرارتی 84
5-36 - مقایسه حرارت اندازهگیری شده و مورد انتظار برای کلکتور
با دبی 37.5 لیتر بر ساعت و 4 لوله حرارتی 84
5-37 - مقایسه حرارت اندازهگیری شده و مورد انتظار برای کلکتور
با دبی 25 لیتر بر ساعت و 4 لوله حرارتی 84
5-38 - افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور برای کلکتور با 19 لوله حرارتی و دبیهای مختلف 85
5-39 - افت دمای مسیر مخزن تا ورودی کلکتور برای کلکتور با 4 لوله حرارتی
و دبیهای مختلف 86
فهرست علائم و نشانهها
مساحت کلکتور (m2) Ar
ظرفیت گرمایی ویژه (J/kg.K) Cp
قطر (m) D
ضریب بازده کلکتور F’
ضریب جریان کلکتور F”
ضریب دفع حرارت کلکتور FR
تشعشع (W/m2C) G
ضریب انتقال حرارت (W/m2.K) h
شدت تشعشع خورشید (W/m2) I
ضریب رسانایی حرارتی (W/m.K) k
دبی جرمی – نرخ انتقال جرم (kg/s) m ̇
دبی حرارتی - نرخ انتقال حرارت (W) Q ̇
مقاومت حرارتی (W/K) R
ضخامت دیواره (m) t
دما (°C) T
اختلاف دمای کاهش یافته (m2K/W) T*
ضریب اتلاف انتقال حرارت کلکتور (W/m2C) UL
ضریب انتشار ε
بازده η
ویسکوزیته دینامیکی (N.s/m2)
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:91
پایان¬نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد "M.Sc."
مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی
فهرست مطالب:
عنوان مطالب شماره صفحه
چکیده 1
مقدمه 2
فصل اول: کلیات 4
1-1) هدف 4
1-2) پیشینهی تحقیق 4
1-3) روش کار و تحقیق 10
فصل دوم: کلکتورهای خورشیدی 12
2-1 ) کلکتور صفحه تخت 12
2-1-1) ساختمان کلکتور صفحه تخت 12
2-1-2) تاثیر آب و هوا بر کلکتور صفحه تخت 15
2-2 ) کلکتورهای لوله ای خلاء 15
2-2-1) انواع کلکتورهای لوله ای خلاء 16
2-3 ) کلکتورهای متمرکز کننده 19
2-3-1 ) اجزای کلکتورهای متمرکز کننده 20
2-3-2 ) انواع کلکتورهای متمرکز کننده 20
فصل سوم : آبگرمکنهای خورشیدی 24
3-1 ) اجزای اصلی آبگرمکن های خورشیدی 25
3-1-1) کلکتور خورشیدی 25
3-1-2) مخزن ذخیره آب گرم 25
3-2-1 ) آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی 26
3-2-2) آبگرمکن های خورشیدی با سیستم های جابجایی اجباری 27
3-2-3) آبگرمکن های خورشیدی یکپارچه 29
فصل چهارم : آنالیز قانون دوم ترمودینامیک 31
4-1 ) انرژی و قانون اول ترودینامیک 31
4-2) قانون دوم ترمودینامیک 32
4-2-1) اگزرژی 33
4-2-2)اتلاف اگزرژی و تولید آنتروپی در فرایندهای ترمودینامیکی 38
فصل پنچم : آنالیز انرژی و اگزرژی کلکتورهای خورشیدی 41
5-1) کلکتور صفحه تخت 41
5-1-1) آنالیز انرژی 41
5-1-2) آنالیز اگزرژی 44
5-2) کلکتور لولهای خلاء با لوله حرارتی 47
5-2-1) تحلیل حرارتی 47
5-2-2) راندمان انرژی 52
5-2-2) راندمان اگزرژی 52
فصل ششم : نتیجهگیری و پیشنهادات 54
6-1) ارزیابی عملی روابط تئوری 54
6-1-1) کلکتور صفحه تختف 55
6-1-2) کلکتور لولهای خلاء با لوله حرارتی 61
6-2) بررسی تاثیر تغییر پارامترهای طراحی بر عملکرد کلکتورها 66
6-2-1) کلکتور صفحه تخت 66
6-2-2) کلکتور لولهای خلاء با لوله حرارتی 75
6-3) جمع بندی و پیشنهادات 77
منابع و ماخذ 78
فهرست منابع لاتین 78
سایتهای اطلاع رسانی 80
چکیده انگلیسی 81
صفحه عنوان انگلیسی ............................................................................................................................................................82
اصالت نامه .............................................................................................................................................................................83
فهرست جدولها
عنوان شماره صفحه
جدول 4-1) مقایسه بین انرژی و اگزرژی 34
جدول 6-1) مشخصات کلکتور صفحه تخت مورد استفاده جهت آزمایشات عملی 55
جدول 6-2) نتایج آزمایشات عملی کلکتور صفحه تخت 56
جدول 6-3) مشخصات کلکتور لولهای خلاء مورد استفاده در آزمایشگاه 61
جدول 6-4) نتایج آزمایشات عملی و تئوری کلکتور لولهای خلاء 62
فهرست نمودارها
عنوان شماره صفحه
نمودار 6-1) تغییرات راندمان انرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب T_i-T_a/I_T در دبیهای مختلف. 58
نمودار 6-2) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب T_i-T_a/I_T در دبیهای مختلف. 60
نمودار 6-3) تغییرات راندمان انرژی کلکتور لولهای خلاء بر حسب T_i-T_a/I_T در دبیهای مختلف. 64
نمودار 6-4) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور لولهای خلاء بر حسب T_i-T_a/I_Tدر دبیهای مختلف. 65
نمودار 6-5) تغییرات دمای صفحه جاذب بر حسب تغییرات T_i-T_a/I_T و دبی جریان 67
نمودار 6-6) تغییرات راندمان انرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب T_i-T_a/I_T و دبی جریان ورودی به کلکتور. 68
نمودار 6-7) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب T_i-T_a/I_T و دبی جریان ورودی به کلکتور. 69
نمودار 6-8) تغییرات راندمان انرژی و اگزرژی کلکتور را بر حسب تغییرات قطر لولههای داخلی کلکتور. 70
نمودار 6-9) تغییرات راندمان انرژی کلکتور بر حسب ضخامت عایق پشت کلکتور. 71
نمودار 6-10) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور بر حسب ضخامت عایق پشت کلکتور. 71
نمودار 6-12) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور بر حسب سرعت وزش باد. 72
نمودار 6-13) تغییرات راندمان انرژی کلکتور بر حسب T_i-T_a/I_T، برای سه سیال عامل مختلف. 73
نمودار 6-14) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور بر حسب T_i-T_a/I_T، برای سه سیال عامل مختلف. 74
نمودار 6-15) تغییرات راندمان انرژی کلکتور لولهای خلاء بر حسب T_i-T_a/I_T و دبی جریان ورودی به کلکتور. 75
نمودار 6-16) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور لولهای خلاء بر حسب T_i-T_a/I_T و دبی جریان ورودی به کلکتور. 76
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
شکل 2-1 ) کلکتور صفحه تخت 15
شکل 2-2) کلکتور لولهای خلاء 16
شکل 2-3 ) کلکتور لوله ای خلاء جریان مستقیم 17
شکل 2-5 ) کلکتور لوله ای خلاء با دو لولهی شیشهای 18
شکل 2-6) نمای شماتیک کلکتور لولهای خلاء با لوله حرارتی 19
شکل 2-7) کلکتور سهموی خطی 21
شکل 2-8) کلکتور فرنل 22
شکل 3-1 ) ابگرمکن ترموسیفونی با کلکتور صفحه تخت 26
شکل 3-2 ) آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی حلقه باز 27
شکل 3-3) آبگرمکن خورشیدی با سیستم های جابجایی اجباری حلقه باز 28
شکل 5-1) نمای شماتیک کلکتور صفحه تخت مورد بررسی. 41
شکل 5-2) لوله حرارتی در حالت افقی 48
شکل 5-3) کلکتور لولهای خلاء با لوله حرارتی مورد بررسی 49
شکل 5-4) مدل الکتریکی انتقال حرارت در کلکتور لوله خلاء با لوله حرارتی. 49
شکل 6-1) تجهیزات مورد استفاده در آزمایشگاه انرژی خورشیدی 54
چکیده:
آبگرمکنهای خورشیدی پرکاربردترین سیستمهای حرارتی خورشیدی در جهانند. اصلیترین بخش آنها کلکتور خورشیدی است که انرژی تابشی خورشید را جذب کرده و به سیال عامل انتقال میدهد. استفاده از راندمان قانون اول ترمودینامیک به عنوان یکی از مهمترین پارامترها جهت معرفی و مقایسهی سیستمهای حرارتی از جمله کلکتورهای خورشیدی به طور متداول مورد استفاده قرار میگیرد. در حالیکه قانون اول ترمودینامیک به تنهایی قادر به بیان عملکرد کمی و کیفی این سیستمها نمیباشد. در این تحقیق مدلی تئوری و جامع برای تحلیل انرژی (قانون اول ترمودینامیک) و اگزرژی (قانون دوم ترمودینامیک) کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت و لولهای خلاء با لوله حرارتی ارائه شده که در آن تاثیر مولفههای طراحی کلکتور روی عملکرد آن قابل بررسی است. پس از ارزیابی و تایید این مدل با استفاده از نتایج آزمایشات عملی به بررسی تاثیر پارامترهای طراحی مختلف روی راندمان انرژی و اگزرژی کلکتور پرداخته شده است.
مقدمه:
طبق آمار استخراج شده در سال 2006، %81 انرژی مصرفی در جهان توسط منابع فسیلی تامین میگردد [1]. با ادامهی این روند علاوه بر مشکلات حاصل از محدودیت این منابع، شاهد مشکلات زیست محیطی بسیاری نیز خواهیم بود. گرم شدن زمین در اثر افزایش گازهای گلخانهای یکی از مهمترین اثرات استفادهی روز افزون از انرژیهای فسیلی است. افزایش پنج درصدی غلظت دی اکسید کربن که مهمترین گاز گلخانهای محسوب میشود، در جو زمین در فاصلهی سالهای 1995 تا 2005 [1] نمونهای از خطرات زیست محیطی ناشی از ادامهی روند کنونی مصرف سوختهای فسیلی است که موجب روی آوردن بیشتر بشر به استفاده از انرژیهای پاک و تجدیدپذیر شده است. بطوریکه طبق سیاستهای منتشر شده استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در فاصلهی سالهای 2008 و 2035 سه برابر میشود [2]. در میان انواع مختلف انرژیهای تجدیدپذیر انرژی خورشیدی به دلیل دسترسی آسان و هزینه کارکرد پایین همواره مورد توجه خاصی بوده است. استفاده از این انرژی در دو مقیاس صنعتی (عمدتاً با هدف تولید برق ) و خانگی ( عمدتاً به منظور تولید حرارت ) در چند دههی اخیر رشد چشمگیری داشته است. در مناطق با آب و هوای گرم میتوان تا %75 نیاز گرمایش آب را با استفاده از سیستمهای حرارتی خورشیدی تامین کرد. این درصد در مناطق با آب و هوای سرد اروپا تا %20 کاهش مییابد [1]. آبگرمکنهای خورشیدی به دلیل قیمت پایین و تکنولوژی سادهترش پرکاربردترین سیستم حرارتی خورشیدی در جهان محسوب میشوند. اصلیترین بخش این سیستمها، کلکتور خورشیدی است که انرژی تابشی خورشید توسط آن جذب میگردد. کلکتور خورشیدی نوع خاصی از مبدل است که انرژی تشعشع خورشید را به حرارت تبدیل می کند اما از جهات مختلف با مبدلهای حرارتی تفاوت دارد. در مبدلهای گرمایی، گرما معمولا از طریق جابجایی یا هدایت به سیال دیگر منتقل می شود و انتقال گرما از طریق تابش در آنها بسیار ناچیز است درحالیکه در یک کلکتور خورشیدی، انتقال حرارت از طریق تابش دارای نقشی اساسی است. در سیستمهای خانگی عموماً از کلکتورهای صفحه تخت و لولهای خلاء استفاده میشود. شناخت و ارزیابی دقیق این کلکتورها میتواند تاثیر زیادی در طراحی بهینهی آنها داشته باشد. عمدهی تحقیقاتی که در سالهای گذشته روی این کلکتورها صورت گرفته بر پایهی قانون اول ترمودینامیک بوده است. اما این تحلیل هیچگونه اطلاعاتی در مورد افتها و بازگشتناپذیریهای داخلی نمیدهد و به تنهایی نمیتواند معیار مناسبی جهت ارزیابی کارایی کلکتورهای خورشیدی باشد. این امر لزوم استفاده از تحلیلهای بر پایهی قانون دوم ترمودینامیک را نشان میدهد. آنالیز اگزرژی واضح ترین تحلیل بر پایهی قانون دوم ترمودینامیک است. که یکی از مهمترین مزایای آن نسبت به قانون اول در نظر گرفتن شرایط محیط است که تاثیر بسیاری بر عملکرد سیستم و افزایش یا کاهش مصرف انرژی دارد. به همین دلیل در این پایان نامه به صورت تئوری و تجربی به بررسی راندمان انرژی و اگزرژی دو نمونه کلکتور صفحه تخت و لولهای خلاء موجود در سایت انرژی خورشیدی دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب خواهیم پرداخت.
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:72
پایان نامه کارشناسی
مهندسی مکانیک – حرارت و سیالات
فهرست مطالب:
چکیده 1
پیش گفتار: 3
چرا انرژی خورشیدی؟ 3
الف- واکنش هسته ای فیژن: 6
ب- واکنش هسته ای فیوژن: 8
انرژی خورشید: 9
فصل اول 12
آشنایی با برج نیرو 12
اجزاء برج نیرو: 14
2- توربین و ژنراتور: 15
3- کلکتور: 16
امکانات بهره برداری اضافی: 17
فصل دوم 19
انتقال انرژی از طریق تشعشع 19
خواص تشعشعی: 21
قانون پلانک: 22
تشعشع خورشید: 23
اثر فاصله زمین از خورشید: 25
June 26
تأثیر زاویه میل: 26
صفحات پوششی: 29
قابلیت انعکاس پوشش: 29
قابلیت عبوردهی پوشش: 30
قابلیت جذب پوشش: 30
جنس پوشش: 30
اثر رنگ برروی جذب انرژی تشعشعی: 32
فصل سوم 33
محاسبات دودکش 33
فشار رانش: 34
راندمان دودکش: 36
تلفات اصطکاکی: 38
فصل چهارم 39
محاسبات توربین 39
توان کلی: 40
فصل پنجم 46
مختصری در مورد کلکتور 46
بالانس انرژی: 47
فصل ششم 50
ارزیابی اقتصادی برجهای نیرو 50
بررسی هزینه مخصوص: 51
مقایسه برج نیرو با سایر نیروگاهها: 57
2- بدون مصرف آب: 58
فصل هفتم 60
برج آزمایشی مانزانارس 60
و نتایج حاصل از آن 60
مدهای بهره برداری توربین: 63
مراجع: 69
چکیده
در شرایط کنونی، تلاش در جهت خودکفایی و رفع وابستگی های تکنولوژی کشورمان، یکی از مبرمترین وظایف آحاد ملت ایران است و هرکس بنابه موقعیت خویش بایستی در این راستا گام بردارد. یکی از صنایع کشور که پیشرفت دیگر صنایع در گرو پیشرفت و توسعه آن است، صنعت برق می باشد. نیروگاههای موجود تولید برق از تکنولوژی بسیار بالایی برخوردارند، به طوری که در حال حاضر طراحی و ساخت آنها در انحصار چند کشور خاص می باشد. با توجه به اینکه رسیدن به این تکنولوژی در آینده نزدیک برای مان مقدور نیست، این سؤال پیش می آید که برای تأمین انرژی بدون نیاز به تکنولوژی وارداتی چه باید کرد؟ برج نیرو پاسخ مناسبی است به این سؤال چرا که از یک سو بحران انرژی را حل کرده و از سوی دیگر با داشتن تکنولوژی ساده و در عین حال مناسب برای شرایط اقلیمی کشورمان می تواند ما را در تأمین انرژی موردنیاز یاری نماید.
در ابتدا پیش گفتاری در مورد بحران انرژی در جهان آورده شده و در ادامه آن مقایسه ای اجمالی بین انواع انرژیهای موجود و لزوم استفاده از انرژی خورشید مورد بررسی قرار گرفته است.
در فصل اول پس از آشنایی مقدماتی با برج نیرو، مختصری در مورد کیفیت ساختمانی اجزاء برج و عملکرد آنها بیان شده و نهایتاً امکانات بهره برداری اضافی و افزایش راندمان در برجهای نیرو مطرح شده است.
فصل دوم به تئوری تشعشع خورشید اختصاص داده شده. در این قسمت با توجه به نیازی که مشاهده گردید ابتدا مکانیزم پدیده تشعشع و قوانین مربوط به آن به طور خیلی مختصر گفته شده است. در ادامه مطلب، تشعشع خورشید و عواملی که برروی شدت تشعشع آن اثر می گذارند و نهایتاً پوشش ها بررسی شده اند.
فصل سوم شامل محاسبات دودکش است. در این فصل فشار رانش دودکش، دمای هوای خروجی از دودکش، تلفات دودکش و بالاخره راندمان دودکش مطرح شده است.
در فصل چهارم به بررسی تئوریک توربین پرداخته شده است. ابتدا با داشتن افت فشار در دوطرف پروانه قدرت ماکزیمم توربین محاسبه شده و سپس با داشتن قدرت ماکزیمم، فاکتور بتز، برای این نوع توربین خاص بدست آمده است. نهایتاً توان واقعی و نیروی وارد بر پره ها، مورد بررسی قرار گرفته اند.
فصل پنجم شامل اطلاعات مختصری در مورد کلکتور است. در این فصل به بررسی بالانس انرژی در کلکتور، پرداخته شده است. همچنین مقایسه ای بین بالانس انرژی برجهای نیرو و سایر نیروگاههای خورشیدی انجام شده است.
فصل ششم به ارزیابی اقتصادی برجهای نیرو اختصاص داده شده. در این قسمت ابتدا، هزینه مخصوص اجزاء مختلف (دودکش، توربین، کلکتور) و سپس هزینه مخصوص کل پروژه برای دو نوع پوشش شیشه ای و پلاستیکی مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه برخی از مزیتهای برج نیرو نسبت به سایر نیروگاهها، بیان شده است.
در فصل آخر مشخصات و نتایج حاصل از اولین برج نیروی آزمایشی که در مانزانارس اسپانیا احداث گردیده آورده شده است.
پیش گفتار:
چرا انرژی خورشیدی؟
مصرف انرژی در جهان به طور سرسام آوری رو به ازدیاد است. بالارفتن سطح زندگی مردم که با جانشین شدن انرژی مکانیکی بجای انرژیهای انسانی و حیوانی همراه بوده است از یکسو و ازدیاد جمعیت از سوی دیگر باعث بالارفتن میزان مصرف انرژی شده اند. بشر مترقی امروز برای تولید آب آشامیدنی، برای تولید مواد غذایی و برای کلیه کارهای روزمره خود نیازمند استفاده از انرژی می باشد. بطوریکه بدون انرژی زندگی او کلاً مختل می گردد.
طبق برآوردهایی که دانشمندان نموده اند، از ابتدای خلقت تا سال 1852 میلادی، بشر معادل 1.2×1015 کیلووات ساعت و در فاصله 1852 تا 1952 نیز معادل 1.2×1015 کیلووات ساعت انرژی مصرف نموده است. پیش بینی می شود که در فاصله 1952 تا 2052 مصرف انرژی بشر به 30×1015 تا 120×1015 کیلووات ساعت برسد.
امروزه بین تقاضای انرژی و انرژیهای در دسترس و قابل مهار هماهنگی وجود ندارد و دنیای امروز با این بحران بزرگ روبروست. آنچه مسلم است منابع شناخته شده انرژی مورد استفاده بشر (نظیر ذغال سنگ، نفت، گاز و غیره) در صورتیکه صددرصد نیزقابل مهار و استخراج باشند نمی توانند پاسخگوی نیازهای آتی بشر باشند و دیری نخواهد پائید که این منابع نیز به اتمام خواهند رسید. در ضمن نگهداری و حفظ بعضی از منابع جهت کاربردهای فوق العاده ویژه نظیر تغذیه و داروسازی ضرورت دارد از سوی دیگر استفاده از اینگونه انرژیها با مشکلاتی توأم می باشد. مثلاً در مورد سوختهای هسته ای، امکان تبدیل آنها محدود بوده و همچنین استفاده از آنها تکنولوژی پیشرفته ای لازم دارد. بعلاوه از بین بردن فضولات آن نیز مشکلاتی ایجاد می کند.
در مورد سوختهای فسیلی نیز استفاده مداوم از هریک از آنها در درازمدت ضمن داشتن مخاطره های محیط زیست هزینه های اقتصادی فزاینده ای را به دنبال دارد.
منابع شناخته شده انرژی عبارتند از:
- سوختهای فسیلی (شیمیایی) نظیر زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی
- چوب، فضولات گیاهی، حیوانی و انسانی (بیوماس)
- مواد غذایی (انرژی مصرفی انسان و حیوان)
- جریان آبهای سطحی مانند رودخانه ها و آبشارها
- باد
- امواج دریا
- جزر و مد
- حرارت زیر پوسته زمین (ژئوترمال)
- حرارت آب سطح دریاها
- واکنشهای هسته ای
- انرژی خورشید.
در این قسمت منابع مختلف انرژی بطور مختصر با یکدیگر مقایسه می شوند.
1- سوختهای فسیلی: سوختهای فسیلی مرسومترین منبع انرژی مورداستفاده بشر است. بشر برای اینکه از منابع سوختهای فسیلی استفاده کند مجبور است که آنها را سوزانده بصورت انرژی گرمایی درآورد تا هم برای مصارف گرمایی و هم برای تبدیل به سایر انرژیها مثل الکتریکی و مکانیکی مناسب باشد. مشهورترین اثر نامطلوب استفاده از سوختهای فسیلی، آلودگی محیط زیست می باشد، بخصوص سوختن زغال سنگ باعث تولید گازهای اکسید گوگرد، اکسید ازت، دی اکسید کربن و نیز ریزش بارانهای اسیدی میگردد. در ضمن گازکربنیک بصورت مانعی در مقابل تشعشع حرارتی زمین به آسمان عمل می کند و در درازمدت موجب افزایش دمای کره زمین می گردد که خود اثرات نامطلوبی برروی محیط زیست می گذارد. مشخصه دیگر سوختهای فسیلی محدود بودن منابع آن است و بشر فقط تا چند سال دیگر قادر خواهد بود که احتیاجات خود را از این منابع تأمین نماید. بدین ترتیب منابعی را که طبیعت در مدت چهار میلیون سال بوجود آورده، بشر در مدتی کمتر از چهارصد سال بکلی مصرف خواهد نمود.
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:170
پایان نامه کارشناسی
مهندسی مکانیک – حرارت و سیالات
فهرست مطالب:
چکیده 1
مقدمه 2
فصل اول 4
انرژی خورشید 4
(1-1)- مشخصات نور خورشید در بالای جو زمین 5
(1-2)- مقدار ثابت خورشید 5
(1-3)- طیف خورشید در بالای جو 6
(1-4)- شدت تابش خورشید در خارج جو 8
(1-5)- مقدار تابش بر روی سطحی به مساحت واحد 10
مشخصات امواج خورشید در سطح زمین 13
(1-2-1)- اثر جو زمین 14
(1-2-2)- اندازه گیری طیف خورشید 17
(1-2-3)- شکل خورشید 19
(1-2-4)- مدلهای ریاضی تعیین شدت تابش خورشید 21
(1-2-5)- زوایای هندسی خورشید نسبت به زمین 27
(1-2-6)- زمان 28
(1-2-7)- زاویه ساعت( ) : 28
(1-2-8)- زمان واقعی خورشید : 29
(1-2-9)- رابطه زمان : 31
(1-2-10)- تبدیل زمان : 35
زاویه انحراف( ) : 35
زاویه عرض جغرافیایی( ) 38
(1-8)- زاویای فراز خورشید، قطبی یا سمت الراس و سمت خورشید : 39
(1-10)- زمانهای مهم روزانه و فصلی 53
فصل دوم 56
کلکتورها 56
انواع گردآورنده خورشیدی : 66
گردآورنده صفحه تخت : 66
گردآورنده بشقابی نوع 1: 67
گردآورنده بشقابی نوع 2 : 67
گردآورنده با آینه ثابت : 68
تکنولوژی کلکتور های خورشیدی 69
گردآورنده تخت خورشیدی : 76
عوامل مهم در بازدهی گردآورندههای تخت خورشیدی: 80
میزان جریان سیال : 81
انتقال حرارت به سیال : 82
انتقال حرارت از طریق هدایت : 83
توزیع دما در گردآورندههای تخت خورشیدی : 88
مبانی انتقال حرارت : 90
ضریب انتقال حرارت جابجایی به شرح زیر محاسبه میشود : 91
جابجایی آزاد از یک رویه تخت : 94
جابجایی آزاد بین دو رویه رویه موازی : 94
ضریب کل انتقال حرارت یک گرد آورنده : 97
اتلاف انرژی حرارتی از قسمت فوقانی گردآورنده : 98
اتلاف انرژی حرارتی از قسمت تحتانی گردآورنده : 109
موازنه حرارتی و ضرایب انتقال حرارت برای یک جذبکننده صفحه تخت با یک پوشش 114
ضرایب انتقال حرارت : 116
روش پیشنهادی، استفاده معادله افت حرارتی در حالت محیطی : 117
ضریب دریافت گرما و ضریب جریان گردآورنده : 126
ثابت زمانی گردآورنده ها : 130
تصحیح زاویه برخورد : 132
فصل سوم 136
کاربرد کلکتورها 136
تاریخچه آبگرمکن خورشیدی: 137
مقدمه ای بر آبگرمکن خورشیدی : 138
کلکتورهای تحت خلا شیشه ایی: 139
سیستم خورشیدی تهیه آبگرم بهداشتی با دو زیر سیستم 140
اجزاء آبگرمکن های خورشیدی : 142
مبدل حرارتی : 142
مخزن ذخیره آبگرم : 142
انواع آبگرمکن خورشیدی : 142
آبگرمکن با گردش طبیعی : 145
آبگرمکن خورشیدی یکپارچه : 145
نیروگاه خورشیدی 250 کیلووات شیراز 148
بهینهسازی کلکتور سیستم آبگرم خانگی خورشیدی با روش اکسرژی و مقایسه با تحلیل انرژی 156
مفهوم اکسرژی و راندمان اکسرژی کلکتور 159
تحلیل حرارتی 160
تحلیل اپتیکی 163
تحلیل اکسرژی 163
یافتن مقادیر بهینه پارامترهای موثر در راندمان اکسرژی 166
منابع 170
چکیده
در این فصل ابتدا مشخصات تابش خورشید در خارج از جو زمین، سپس مقدار آن با روش ریاضی در روی سطح زمین تشریح می¬گردد. آنگاه روشی که با کمک آن براحتی می¬توان مقدار انرژی رسیده به یک محل دلخواه را محاسبه نمود. ملاحظه خواهد شد در صو رتیکه اطلاعات هواشناسی موجود باشد، بهتر است از آن برای بهینه نمودن طراحی سیستم خورشیدی استفاده نمود.
برای آنکه طراح سیستم خورشیدی شدت تابش رسیده به دهانه ورودی کلکتور را پیش¬بینی نماید باید بداند که چه مقدار تابش خورشید به واحد سطح در آن نقطه می رسد و امتداد این تابش چگونه است. لذا ابتدا محل خورشید در آسمان باید مشخص شود سپس از ترکیب شدت تابش و امتداد کلکتور نسبت به خورشید، طراح مقدار انرژی رسیده به کلکتور را برآورد می¬نماید.
مقدمه
خورشید تنها منبع انرژی تجدید پذیر، در مرکز منظومه¬ی شمسی است. انرژی خورشید در 24 ساعت شبانه¬روز و در 365 روز سال به صورت امواج الکترومگنتیک به زمین می¬تابد.
درجه حرارت سطح خارجی خورشید حدود 6000 درجه کلوین است. قسمت کوچکی از انرژی خورشید به ما در زمین می رسد زیرا، اولا ً: این انرژی در تمام جهات منتشر شده و یک قسمت جزئی از آن بعد از طی فاصله بین زمین و خورشید به سطح خارج اتمسفر زمین می رسد. ثانیا ً: با گردش زمین حول محورش، هر وسیله برای دریافت انرژی خورشید در روی زمین صرفا ً در روز ( تقریبا ً نصف شبانه روز ) انرژی خورشید را دریافت می¬کند. ثالثاً: از امواج رسیده به خارج جو زمین، تا رسیدن آنها به سطح زمین حدود 30 % دیگر از آن تلف می¬شود. بعلاوه شرایط آب و هوا می تواند انرژی رسیده به زمین را بیش از درصد فوق باز هم کاهش دهد.
مقدار انرژی که به واحد سطح زمین در واحد زمان می¬رسد، بنام شدت تابش خورشید نامیده می¬شود. واحد اندازه¬گیری شدت تابش خورشید وات بر متر مربع ( ) است. شدت تابش مقداری لحظه¬ای است و با زمان می¬تواند تغییر نماید. ماکزیمم شدت تابش برای تعیین شرایط پیک انرژی دریافتی سیستم بکار می¬رود. اگر مکانیزم ذخیره¬سازی در طراحی سیستم مورد نظر باشد، طراح می¬بایست از تغییرات شدت تابش خورشید نسبت به زمان آگاه باشد، تا بتواند طراحی سیستم را بهینه کند.
بعلاوه، طراح سیستم خورشبدی لازم است بداند چه مقدار انرژی خورشیدی در روز، ماه یا سال به سیستم خورشیدی رسیده است. جمع مقدار انرژی رسیده، مقدار تابش خواهد بود. مقدار تابش با واحد ژول بر متر مربع ( ) و یا بیشتر با واحد ( ) اندازه¬گیری می¬شود. همانطور که در بخش بعد شرح داده خواهد شد، مقدار تابش و یا مقدار تشعشع به طور ساده جمع انرژی امواج رسیده در طول یک زمان دلخواه است.
فصل اول
انرژی خورشید
(1-1)- مشخصات نور خورشید در بالای جو زمین
منبع اصیل انرژی ما خورشید، در مقایسه با سایر ستارگان ستاره¬ای با اندازه، عمر و نوری متوسط است که در روی یکی از بازوهای کهکشان راه شیری قرار دارد. روشنایی این ستاره را نیز با توجه به دمای سطحی آن که معادل 6000 درجه کلوین است در مقایسه با گروهی از ستارگان با دمای 16000 درجه کلوین و گروهی دیگر با دمای 3000 درجه کلوین می¬توان به طور نسبی متوسط دانست.
حدس بر آنست که در خورشید گازهای هیدروژن و هلیم ترکیب شده و در آن پدیده ذوب اتمی انرژی¬ای با شدت وات در بدنه خورشید آزاد می¬شود.
قسمت اعظم انرژی الکترومگنتیک رسیده به زمین از پوسته خارجی خورشید بنام فتوسفر است. قطر تقریبی خورشید بوده و در فاصله از زمین قرار دارد.
(1-2)- مقدار ثابت خورشید
شدت تابش خورشید در سطح خارجی آن حدود است. اما چون تابش منتشر شده و مقدار آن با نسبت مربع فاصله کاهش می¬یابد، بنابراین با توجه به فاصله زمین از خورشید (شکل1-1)، شدت تابش خورشید که مقدار انرژی رسیده به یک متر مربع از سطح عمود بر تابش خورشید در خارج جو زمین در واحد زمان است، معادل 1376 وات بر متر مربع تعیین می¬شود که آن را با نشان می¬دهیم و مقدارش از طریق زیر محاسبه می¬شود :
شکل (1-1) : کاهش شدت تابش انرژی از سطح خورشید به سطح خارج از جو
در مدارک و کتابهای قدیمی ایرانی و خارجی مقدار ثابت خورشید 1353 وات بر متر مربع ذکر شده که می¬بایست به مقدار 1367 وات بر متر مربع اصلاح گردد. این مقدار نه تنها توسط محاسبه مشخص می-شود، بلکه به علت اندازه¬گیری¬های دقیق صورت گرفته در خارج از جو زمین نیز به اثبات رسیده است.
اندازه ظاهری زاویه¬ی قرص خورشید به کمک قطر فتوسفر و فاصله زمین تا خورشید قابل محاسبه است. در فاصله 1.000AU اندازه زاویه ای قرص خورشید 9.3 میلی رادیان (0.553 درجه ) است. با تغییر فاصله زمین از خورشید در طول سال، اندازه ظاهری زاویه¬ی خورشید به میزان 1.7 % تغییر می¬کند.
(1-3)- طیف خورشید در بالای جو
45 درصد از امواج رسیده از خورشید به جو زمین از امواج قابل رؤیت¬اند که طول موج آنها در محدوده بین 0.3 تا 0.7 میکرون قرار دارند. کمی بیش از یک درصد از انرژی خورشید در محدوده طول موج کوتاه ( شامل اشعه ایکس X و ماورای بنفش UV ) و 54 درصد بقیه انرژی در ناحیه¬ی مادون قرمز است. به طوریکه در بخش بعد شرح داده خواهد شد، طیف خورشید بعد از ورود به جو زمین تا رسیدن به سطح زمین دچار تغییر می¬شود.