انرژی خورشیدی

اختصاصی از یارا فایل انرژی خورشیدی دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

روی این سیاره است. بیش ار 5000 سال قبل، مردم خورشید را پرستش می‌کردند. اولین پادشاه مصر، خدای خورشیدی، به نام را (Ra) بود. در بین النهرین، خدای خورشیدی به نام شاماش (Shamash)،‌ خدای اعظم و برابر با عدالت بود. در یونان دو خدای خورشید به نامهای آپولو و هلیوس وجود داشت. تأثیر خورشید در سایر ادیان نیز نمایان است. زرتشتی، مذهب رومی، هندو، بودائی،‌ کاهن (انگلیس)، آزتگ (مکزیک) و خیلی از قبایل بومی امریکا خورشید را پرستش می‌کردند

امروزه ما میدانیم که خورشید نزدیکترین ستاره به سیاره زمین است. بدون خورشید، امکان ادامه زندگی بر روی این سیاره وجود ندارد. هر روز ما از انرژی خورشید به طرق مختلف استفاده می‌کنیم. زمانیکه لباس‌های خیس را روی طناب آویزان می‌کنیم،‌ گرمای خورشید باعث خشک شدن آنها می‌شود.

گیاهان برای تولید غذا از نور خورشید استفاده می‌کنند. سپس حیوانات، گیاهان را به عنوان غذا می‌خورند. و همانطوریکه در فصل 5 گفتیم ، تجزیه گیاهان در صدها میلیون سال قبل باعث تولید ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی گردید که امروزه ما از آنها استفاده می‌کنیم . بنابراین، سوخت‌های فسیلی در واقع از میلیون‌ها سال قبل نور خورشید را در خود ذخیره نموده‌اند. خورشید و سایر ستارگان بطور غیر مستقیم نقش مهمی را در تولید کلیه انرژی‌ها، بازی می‌کنند. حتی منشاء تولید انرژی هسته‌ای مربوط به یک ستاره است. زیرا اتم‌های اورانیوم در اثر نووا (انفجار یک ستاره) بوجود آمدند.

بررسی آب گرم کن های خورشیدی و طراحی بهینه آن

اختصاصی از یارا فایل بررسی آب گرم کن های خورشیدی و طراحی بهینه آن دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

 قالب بندی : Word

شرح مختصر :

این پروژه با عنوان بررسی آب گرم کن های خورشیدی و طراحی بهینه آن برای دانلود آماده شده است . آب‌گرم‌کن خورشیدی دستگاهی است که با جذب انرژی خورشیدی آب مورد نیاز را گرم می‌کند. استفاده از انرژی خورشیدی جهت گرم نمودن آب به جهت رایگان بودن این منبع عظیم انرژی، از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه می‌باشد. سیستم‌های آبگرمکن خورشیدی دارای تقسیم بندی‌های مختلفی می‌باشند که عبارتند از: ۱)ترموسیفون ۲) پمپ دار تحت فشار ۳) برگشت ثقلی.

از کاربردهای اصلی انرژی گرمایی خورشیدی، گرم کردن آب استخر، آب مصرفی برای مصارف محلی و گرم کردن فضای ساختمان هاست. برای این مقاصد مهم ترین کار ، استفاده از جذب کننده های صفحه با جهت و موقعیت ثابت است. مزایای آب گرمکن های خورشیدی :این سیستم ها بسیار مقرون به صرفه می باشند چرا که در بیشتر فصول سال حتی فصل سرد با وجود منبع خورشید قابل استفاده اند. آن ها همچنین می توانند جایگزین خوبی در برابر وسایلی که با برق و سوخت های مایع و گاز کار می کنند، باشند. استفاده از آبگرمکن های خورشیدی در خانه به مقدار زیادی هزینه سوخت شما را در زمستان کاهش می دهد. همچنین آن ها حجم هوای آلوده و گازهای گلخانه ای که از سوخت های فسیلی همچون نفت، گاز طبیعی، پروپان  به وجود می آید بسیار کاهش می دهند.

کاربران این دستگاه ها در برخی از ایالات از تخفیف های مالیاتی خوبی برخوردار می شوند. بهره وری این آبگرمکن ها وقتی بیشتر می شود که آب خانگی را گرم کنند.مهم ترین نقطه ضعف این آبگرمکن ها نصب اولیه آن است. مخزن و پانل ها خریداری شده و می باید روی پشت بام نصب گردد. برای این کار نیاز به چند نفر نیرو برای نصب دارید.

نکته دیگری که مشتریان باید در نظر بگیرند و ممکن است ناخوشایند باشد فضایی است که این سیستم در پشت بام اشغال می کند. به خصوص که باید در جایی نصب شود که بیشترین جذب نور خورشید را داشته باشد.(جلوی خانه) عیب دیگر سیستم این است که نگه داری پانل ها روی سقف انجام می گیرد همچنین نور خورشید باید باشد تا راندمان خوبی داشته باشید و در غیر این صورت به سیستم پشتیبان نیاز است.

فهرست مطالب :

فصل ۱- طرح دیدگاه و اهداف پروژه
۱-۱- مقدمه
۱-۲- دلایل توجیهی برای استفاده از انرژی خورشیدی در کشور
۱-۳- روش پیشبرد پژوهش و توسعه کاربردهای انرژی خورشیدی در کشور
۱-۴- هزینه پژوهش جهت یافتن طرحهای بهینه کاربردهای انرژی خورشیدی
۱-۴-۱- پتانسیل استفاده از انرژی خورشیدی در کشور
۱-۴-۲- اثر استفاده از انرژی خورشیدی بر اقتصاد ملی
۱-۵- اهداف کلی پروژه
۱-۵-۱- کارایی
فصل ۲- بررسی آبگرمکن های خورشیدی
۲-۱- معیارهای طراحی آبگرمکن خورشیدی
۲-۲- Recirculation (pluse )
۲-۳- Drainout (Draindown)
۲-۴- Drainback With Air Compressor
۲-۵- Drainback with liquid level control
۲-۶- Themosyphon with electrically protected collecrtor
۲-۷- Drainout Thermosyphon
۲-۸- Breadbox (batch)
۲-۹- Coil in Tank , warp Around , Tank in Tank
۲-۱۰- External Heat Exchanger
۲-۱۱- Darinback with load – side heat exchanger
۲-۱۲- Drainback with Collector – Side Heat Exchanger
۲-۱۳- Two – phase – Thermosyphon
۲-۱۴- One Phase Thermosyphon
۲-۱۵- نتایج و پیشنهادات
۲-۱۵-۱- سیستم های ارزان قیمت
۲-۱۶- ضمیمه الف : مقایسه سیستم های خورشیدی متناسب با شرایط کشور ایران
فصل ۳- گرد آوردنده های تخت خورشیدی
۳-۱-۱- صفحه پوششی
۳-۱-۲- فاصله هوایی
۳-۱-۳- صفحه جاذب انرژی
۳-۲- طرحهای گوناگون صفحه جاذب و مجاری انتقال سیال
۳-۲-۱- سیال عامل
۳-۲-۲- عایق کاری
۳-۲-۳- قاب گردآورنده
۳-۲-۴- رشته های سری و موازی
فصل ۴- اصول حاکم بر گردآورنده های تخت
۴-۱- انتقال گرمابه سیال
۴-۲- گذرا و بدست آوردن ضریب انتقال حرارت
۴-۳- بیلان انرژی برای یک گردآورنده تخت خورشیدی نمونه
۴-۴- متوسط ماهانه انرژی خورشیدی جذب شده
۴-۵- اثرات چگونگی وضعیت سطح جاذب بر روی مقدار انرژی دریافتی
۴-۶- توزیع دما در گردآورنده های تخت خورشیدی
۴-۷- ضریب انتقال گرمای کل یک گردآورنده
۴-۸- چگونگی تغییر ضریب اتلاف فوقانی بر اثر تغییر فاصله
۴-۹- توزیع دما بین لوله ها و ضریب بازدهی گردآورنده
۴-۱۰- توزیع دما در جهت جریان
۴-۱۰-۱- ضریب اخذ گرما و ضریب جریان گردآورنده
۴-۱۱- میانگین دمای سیال و صفحه
۴-۱۲- طرحهای دیگر گردآورنده
فصل ۵- طراحی یک نمونه آبگرمکن
۵-۱- منطقه طراحی
۵-۲- مقدار آب گرم مصرفی
۵-۳- درجه حرارت آبگرم مصرفی
۵-۴- تعداد گردآورنده ها و چگونگی نصب آنها به هم
۵-۵- زوایای حرکت خورشید و زاویه های لازم دیگر
۵-۶- جهت تابش خورشید
۵-۶-۱- نسبت بین تابش مستقیم بر روی یک صفحه شیبدار و افقی
۵-۷- زاویه شیب گردآورنده ها
۵-۷-۱- بدست آوردن طول روز
۵-۷-۲- شکل گردآورنده
۵-۷-۳- جنس صفحه جاذب
۵-۷-۴- مشخصات رنگ
۵-۷-۵- قطر و تعداد لوله ها در هر گردآورنده
۵-۷-۶- بدست آوردن دبی حجمی و جرمی
۵-۸- بدست آوردن عدد رینولدز در لوله ها
۵-۸-۱- نوع پوشش
۵-۸-۲- جنس قاب
۵-۸-۳- نوع و ضخامت عایق
۵-۸-۴- دمای محیط
۵-۸-۵- بدست آوردن انرژی مورد نیاز
۵-۹- فاصله بین لوله ها
۵-۱۰- محاسبه دمای خروجی سیال
۵-۱۱- مشخصات دستگاه طراحی شده
منابع

پایان نامه تکنولوژی انرژی خورشیدی و طراحی و محاسبه آن در دستگاه‌های خانگی و صنعتی

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه تکنولوژی انرژی خورشیدی و طراحی و محاسبه آن در دستگاه‌های خانگی و صنعتی دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

این فایل در قالب ورد وقابل ویرایش در 200 صفحه می باشد.

پایان نامه جهت اخذ مدرک کارشناسی

«مهندسی مکانیک در طراحی جامدات»

تکنولوژی انرژی خورشیدی و طراحی و محاسبه آن در دستگاه‌های خانگی و صنعتی

فهرست

مقدمه  ۱
تاریخچه    ۴
زمین و انرژی خورشیدی    ۹
وضعیت انرژی در ایران    ۱۵
زوایای خورشیدی        ۲۰
وسایل اندازه گیری تابش خورشیدی   ۴۱
انرژی خورشیدی و مقایسه‌ی آن با انرژی های دیگر   ۴۶
انواع تکنولوژی های انرژی خورشیدی   ۵۳
تابش خورشید   ۶۰
عملکرد سلول های خورشیدی    ۷۳
ذخیره سازی انرژی  ۸۵
سیستم های گرما خورشیدی    ۱۰۶
آبگرمکن خورشیدی برای گرمایش ساختمان و مصرف ۱۱۳
آبگرمکن خورشیدی برای گرمایش و سرمایش   ۱۱۶
سیستم های تهیه‌ی آب شیرین خورشیدی       ۱۱۸
طراحی و محاسبات آبگرمکن خورشیدی       ۱۴۳
محاسبات دستگاه آب شیرین کن خورشیدی       ۱۶۱
سیستم های خشک کن خورشیدی   ۱۶۵
سیستم های سرد کننده خورشیدی   ۱۷۹
اولین ساختمان خورشیدی در ایران    ۱۸۴
منابع و مآخذ   ۱۹۷

منابع و مآخذ:

۱- H. Y. B. Mar, J. H. Lin, P B. Zimmer, R. E. Peterson, and J. S. Gross, Optical Coatings for Flat Plate Solar Collection. Final Report, 16 Sept 1974 to 16″Sept 1975. Available NTIS.

2- J. H. Lin, Opr+rrri_atiun of Coatings for Flat Plate Solar Colleetur.s, Phase 11. January 1977. Available NTIS.

3- John C. Ward, personal communication.

4- H. C. Hottel and B. B. Woertz, “The Performance of Flat-Plate Solar-Heat Collectors,” Trans. ASAME, 91-104 (February 1942).

5- T. Tani, S. Sawata, T. Tanaka, and T. Horigome, A Terrestrial Solar Thermal Energy Power System, 1975 ISES meeting, Los Angeles.

6- H. Tahor, Research on Optics of Selective Surfaces, Finat`lteport on Contract AF61 (052)-279, May 1963.

7- H. Tahor et al., Further Streclie.c on Selective Black Coatinpc, P.:r’er Sf46, U.N. Conf. on New Sources of Energy, Rome; August 1961.

8- Teuvo Santala, Selective Inte’rmetallic Compound Surfaces, 1975 ISIS meeting, Los Angeles.

9- 1. A. Dul)ie and W. A. Heckman, Solar Uu r;; r Thermal Processes. New York Wiley, 1974.

10- F. F. Simon and F. II. Bu yco, Outdoor flat-plate collector perJornnutr•e prcfir i.-n from viletr simulator to ct data. AIAA 10th I hermal Physic, Con!:rcncc, l’,pct No. 75-741, Denver. 1975.

11- S. A. Klein, W. A. Beckman, and J. A. I)u lie, ”A design proetdrlre for heating systems.” Solar Enerev /8. 113 127 119761.

12- P. J. Lunde, .’Seasonal solar collector prrforntance kith ntarnnum storage.’^. AS’HR IF Journal (Noventhcr 1977).

13- نگرشی بر سیستمهای استفاده از انرژی خورشیدی، نویسنده: دکتر مجید رئوفی‌راد.

۱۴- مهندسی گرما خورشیدی – تألیف پیتر جی لاند، ترجمه و تألیف: دکتر حسین پناهنده – دکتر اردشیر گویری

۱۵- آفتاب و نیرو (نیروگاه جدید خورشیدی)، تألیف: مهندس هومان فرزاد.

۱۶- راهنمای طرحهای انرژی خورشیدی در ایران، پژوهشی برای سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران، پژوهشکر و مؤلف – اصغر حاج سقطی.

۱۷- اصول و کابرد انرژی خورشیدی، تألیف: اصغر حاج سقطی

تاریخچه

شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف، بزمان ماقبل تاریخ باز می گردد شاید به دوران سفالیگری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلائی سیقل داده شده و اشعه خورشید، جهت روشن کردن آتشدانهای محراب استفاده می کردند، و یا در دوران فراعنه مصر در دوره آمنوفیس سوم (سالهای ۱۴۱۹-۱۴۵۵ قبل از میلاد) بر اثر تابش خورشید بر مجسمه های ناطق، هوای داخل آنها گرم و مجسمه ها بصدا در می آمدند، همچنین بالای مقبره ممنن پسر آمنوفیس پرنده ای نصب کرده بودند که بوسیله تابش خورشید صبحگاهی، پرنده به صدا در می آمد.

مهمترین روایتی که در رابطه با استفاده از تابش خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم (سالهای ۲۱۲-۲۸۷ ق-م) می باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید. گفته می شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و باین ترتیب آنها را به آتش کشیده است. بهمین علت از ارشمیدس به عنوان بنیانگذار استفاده از تابش خورشید نام می برند درحالیکه منابع مصری قدیمیتر از آنست.

رومیان در تاریخ می نویسند که آنها مغلوب یک نیروی نامرئی شدند و اعتقاد پیدا کرده بودند که با خدایان در حال جنگ هستند. سوال این است که آیا ارشمیدس اطلاعات کافی درباره علم اپتیک داشته و یا از روش ساده ای برای متمرکز کردن اشعه خورشید در یک نقطه استفاده کرده است. گویا این دانشمند کتابی بنام آئینه‌های آتش‌زا نوشته بود ولی متأسفانه نسخه ای از آن جهت روشن شدن مطلب موجود نیست. شاید این کتاب در حمله ایکه چند سال بعد بوسیله رومیان انجام و باعث فتح یونان گردید نابوده شده باشد زیرا که در این حمله رومیها خود ارشمیدس را هم کشتند.

حدود ۱۸۰۰ سال پیش از ارشمیدس شخصی به نام کیرچر (A.KIRCHER سال ۱۶۱۰-۱۶۸۰) شاهکار ارشمیدس را تکرار کرد و با استفاده از تعدادی آئینه، یک لنگرگاه چوبی را از فاصله دور آتش زد و ثابت کرد که داستان حقیقت دارد. در سال ۱۶۱۵ سالمون (SALMON DE CAUM) اهل فرانسه بیانیه ای راجع به موتور خورشیدی منتشر کرد. او با استفاده از تعدادی عدسی که در یک قاب نصب شده بودند اشعه خورشید را برروی یک استوانه فلزی سربسته که قسمتی از آن از آب پر شده بود متمرکز نمود. تابش خورشید باعث گرم شدن هوای داخل استوانه شده و با انبساط هوا، فشار داخل محفظه افزایش یافته و آب به بیرون رانده می شد. این وسیله با اینکه جنبه اسباب بازی داشت ولی در واقع برای ایجاد علاقه جهت استفاده از انرژی خورشید بی تأثیر نبود.

در قرن هیجدهم ناتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت. بزرگترین کوره او از ۳۶۰ قطعه آئینه تخت کوچک تشکیل شده بود که هرکدام بطور مستقل اشعه خورشید را به یک نقطه متمرکز می کردند. این محقق کوره کوچکتری را نیز که از ۱۶۸ قطعه آئینه تشکیل شده بود در سال ۱۷۴۷ طراحی و تولید کرد و بوسیله آن یک تل چوبی را در فاصله ۶۰ متری آتش زد.

دستگاههای خوراک پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام (ICHELAS DE SAUCCER 1740-1799) ساخته شد، اجاق او شامل یک جعبه عایق شده با صفحه سیاهرنگی بود که قطعات شیشه ای درپوش آنرا تشکیل می دادند، اشعه خورشید با عبور از میان شیشه ها وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب و درجه حرارت داخل جعبه را به ۸۸ درجه سانتیگراد افزایش می داد.

آنتونی لاوازیه (۱۷۴۳-۱۷۹۴) خالق شیمی نوین برای کسب بیشترین انرژی از خالص‌ترین منبع حرارتی، تحقیقاتی در کوره های خورشیدی انجام داد و کوره ای ساخت که برای تشکیل یک عدسی محدب این کوره از دو صفحه شیشه ای که بین این دو صفحه با الکل پر شده بود، استفاده نمود. عدسی مایع بقطر ۱۳۰ سانتیمتر و بفاصله کانونی ۳۲۰ سانتیمتر بود. چون قدرت انکسار این عدسی مایع برای بدست آوردن درجه حرارت زیاد در کانون آن موثر نبود، لاوازیه عدسی کوچک دیگری را در کانون آن قرار داد و با کوچکتر کردن فاصله کانونی موثر، این دستگاه قادر شد حتی پلاتنیوم را در دمای ۱۷۶۰ درجه سانتیگراد ذوب نماید.

بسمر (BESSMER- 1813-1898) پدر فولاد جهان حرارت موردنیاز کوره خود را با استفاده از انرژی خورشیدی تأمین کرد. در قرن نوزدهم تلاشهایی جهت تبدیل انرژی خورشیدی به دیگر فرمهای انرژی مثل تولید بخار و استفاده در موتورهای بخار انجام گرفت، در این سالها چندین موتور بخار خورشیدی ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفتند.

در سال ۱۸۷۸ موشو (MOUCHOT) اولین کلکتور خورشیدی با متمرکز کننده مخروطی شکل را طراحی کرد. آئینه های داخل مخروط تمام اشعه های خورشیدی را در نقطه ای در وسط مخروط ناقص که جذب کننده ای در آنجا نصب شده بود متمرکز می کرد.

این کلکتور را اکسیکون (AXICON) می نامیدند. اولین اکسیکون بزرگی که ساخته شد شامل یک صفحه از جنس نقره با قطر ۵۴۰ سانتیمتر و بسطح ۲/۱۸ مترمربع بود. وزن آن با کلیه قسمتهای متحرک در حدود ۱۴۰۰ کیلوگرم بود و قدرت داشت ۷۸درصد از انرژی خورشیدی تابیده شده را جذب کند. ولی از آنجا که در این طرح تابش خورشید بجای یک نقطه در یک سطح متمرکز می شد دارای شدت کمتری بود. قدرت تولیدی مخروط ناقص موشو برای راه اندازی ماشین بخاری بقدرت ۵/۱ کیلووات کافی بود که تقریباً ۳% از انرژی جذب شده را تحویل می داد در صورتیکه ماشینهای بخار ذغال سنگی قادر به تحویل ۹% تا ۱۱% انرژی دریافتی می باشند. طی سالهای بعد، انرژی اخذ شده از خورشید، در واردی نظیر تأمین قدرت ماشینهای چاپ و یا تقطیر و شیرین کردن آب استفاده گردید.

اریکسون مبتکر سیکل موتور هوای گرم، قدرت موردنیاز آزمایشات خود را بوسیله یک متمرکز کننده پارابولیک دریافت می کرد، این شخص با یک سطح انعکاسی برابر با ۳/۹ مترمربع در حدود ۷/۰ کیلووات انرژی دریافت می کرد.

در سال ۱۸۸۰ اولین کلکتور تخت خورشیدی بوسیله چارلز تلی یر (TELIER) ساخته شد.

در سال وستر (E-wester) پیشنهاد استفاده از انرژی خورشیدی در ترموکوپلها را ارائه داد. باین ترتیب که با متمرکز کردن انرژی خورشیدی برروی ترموکوپل و با استفاده از اساس کار آنها و با ایجاد منابع گرم و سرد، انرژی الکتریکی در دو سر سیمهای نیکل و آهن ایجاد نمود.

در قرن نوزدهم دستگاههای آب شیرین کن خورشیدی رواج پیدا کردند و دستگاههایی ساخته شدند که قادر بودند در روزهای آفتابی روزانه حدود ۲۰۰۰۰ لیتر آب مقطر تولید نمایند.

در قرن بیستم (قرن حاضر) استفاده از کلکتورها جهت تولید بخار در نیروگاههای برقی مورد توجه زیاد قرار گرفته است. گرم کردن ساختمانها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه ای بود که در سالهای ۱۹۳۰ مطرح و در یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی نائل آمد.

اولین خانه خورشیدی در انستیتو تکنولوژی ماساچوست آمریکا (MIT) در سال ۱۹۳۸ ساخته شد. پیشرفت در طراحی و ساخت خانه های خورشیدی و آبگرم کنها آنچنان سریع بود که تصور می شد تا سال ۱۹۷۰ گرمایش میلیونها خانه در کشورهای مختلف بوسیله انرژی خورشید تأمین خواهد شد اما نه تنها چنین نشد آمار نشان می دهد که گرمایش خورشیدی در سالهای ۱۹۷۰ نسبت به سال ۱۹۵۵ کمتر هم شده بود.

علت چه بود؟

بالابودن هزینه اولیه چنین سیستمها، و در عین حال عرضه نفت و گاز ارزان، سد راه پیشرفت این سیستمها شده بود. اما بحران انرژی در سال ۱۹۷۴ و از طرفی پیشرفت تکنیک ساخت کلکتورهای مختلف خورشیدی و احتمال کاهش و یا اتمام بعضی از منابع زیرزمینی، بار دیگر توجه جهانیان را به انرژی خورشیدی جلب کرده و تلاشهای زیادی در اکثر کشورهای مختلف جهان، در جهت تکامل و پیشرفت این تکنیک صورت می گیرد.

در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره گیری می شود که اهم آنها عبارتند از:

۱- سیستمهای فتوبیولوژیک: تغییراتی که در حیات و زیست گیاهان و جانداران بوسیله نور خورشید و فتوسنتز ایجاد می گردد، فرآیند تجزیه کود حیوانات و استفاده از گاز آن.

۲- سیستمهای فتوشیمیایی: تغییرات شیمیایی در اثر نور خورشید- الکترولیزهای نوری- سلولهای فتوولتائیک الکتروشیمی- تأسیسات تهیه هیدروژن

۳- سیستمهای فتوولتائیک: تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی- سلولهای خورشیدی.

۴- سیستمهای حرارتی و برودتی: شامل سیستمهای تهیه آبگرم- گرمایش و سرمایش ساختمانها- تهیه آب شیرین- سیستمهای انتقال و پمپاژ- سیستمهای تولید فضای سبز (گخانه‌ها)- خشک کنها و اجاقهای خورشیدی- سیستمهای سردسازی- برجهای نیرو- خشک کن های خورشیدی- نیروگاههای خورشید.

 زمین و انرژی خورشید

مغز آدمی از روزیکه قدرت تفکر پیدا کرد در این اندیشه بود که زمین تا کجا ادامه دارد، چه چیز آنرا نگاه می دارد، و خورشید و ماه و ستارگان از چه ساخته شده اند، و مبدأ تمام این پدیده ها چیست؟

انسان تفکرات خود را بصورت نوشتجات مذهبی در آورده و قرنهاست که این نوشته‌ها بخشی از فرهنگ انسانها را تشکیل داده اند که اغلب ناشناخته مانده و لذا بسیاری از ما هنوز نمی دانیم که برخی از ملل باستانی در باب زمین و منظومه شمسی نظرات مسلمی داشته اند که امروزه هم کاملاً قابل قبول است.

ارسطو نخستین کسی است که گردش زمین و دیگر سیارات را بدور خورشید پیشنهاد کرد ولی منجمان نظر وی را نپذیرفته و آنرا مردود شناختند تا اینکه پس از دو هزار سال شخصی بنام کپرنیک آنرا دوباره پیشنهاد کرد. مردم یونان و حتی قبل از آنها عیلامیها شکل و اندازه زمین را می دانستند و بر علت کسوفهای خورشید نیز آگاه بودند.

پس از مدتی منجم دانمارکی (تیکوبراهه) حرکت مریخ را از رصدخانه خود در جزیره ای در بالتیک زیر نظر قرار داد. نتیجه مشاهدات او نشان می داد که مریخ و دیگر سیارات برروی مدارهای بیضی بدور خورشید می چرخند. هنگامیکه نیوتن قانون گرانش عمومی و قوانین حرکت را بیان داشت توصیف صحیحی از منظومه شمسی به دست می آمد. همین موضوع افکار بعضی از دانشمندان بزرگ و ریاضی دانان را در قرون بعدی مشغول ساخت.

متأسفانه توصیف مبدأ منظومه شمسی مسئله ای بسیار مشکلتر از مسائل حرکات آن در آسمانست. موادی که از ساختمان زمین و خورشید می شناسیم با آنچه که در اصل در کار بوده است شاید تا حدی متفاوت باشند. فهم و درک روشنی از شرایطی که این مواد و مصالح چگونه با هم مجتمع شده اند مستلزم آنست که اطلاعاتی درباره بعضی مباحث علمی جدید از قبیل تئوری گازها، ترمودینامیک، رادیواکتیویته و تئوری کوانتم بدست آورده باشیم. بهمین علت تعجبی نیست که تا قرن بیستم پیشرفتهای غیرمحسوسی در این زمین حاصل شده باشد.

با اینکه حدود ۷۰ سال پیش هاروله جفریز احتمال جداشدن ماه از زمین را بیان کرد نظریاتی در باب مبدأ منظومه شمسی پیشنهاد گردید که حاکی از جداشدن زمین و دیگر سیارات از خورشید بود.

همچنین نظر دادند که ستاره دیگری از نزدیک خورشید گذشته و یا با آن تصادف کرده و از این اتفاقات کیهانی، مواد مجزا و آزادی بوجود آمده که پس از چسبیدن بیکدیگر، سیارات را تشکیل داده اند. چنین تصوری درباره منظومه شمسی تا به امروز تقریباً صحیح تلقی شده است.

نظریه دیگر اینست که جرمهای عظیمی از گرد و غبار و گاز باندازه کافی متراکم و فشرده شده اند، نیروی جاذبه سبب فروریختن تمام این جرم متراکم گشته، فشار و درجه حرارت درونی آنها بحدی رسیده که فعل و انفعال حرارتی را در هسته اتم برانگیخته است.

احتمال اینکه ستاره ای مثل خورشید بدین کیفیت تشکیل شده باشد منطقی بنظر می‌رسد و در عین حال ممکن است باندازه کافی مواد بجا مانده باشد که یک منظومه شمسی نیز ساخته شود.

 واقعاً زمین و خورشید و دیگر سیارات به چه طریق تشکیل یافته اند؟ چون اطلاعات دقیقی از آن زمانها نداریم پس هر نظری در این مورد بیان شود می تواند صحیح تلقی شود، ولی تنها نظریاتی را که با قوانین فیزیکی و حقایق مشهود، سازگار باشد می توان محتمل دانست.

کویپر چنین احتمال می دهد که جرم اولیه گرد و غبار بقسمتهای متمایزی تقسیم شده که یک قسمت خورشید و قسمتهای دیگر سایر سیارات را تشکیل داده اند. سیاراتی که نخست تشکیل شده و سیارات زمینی نامیده شده اند عبارتند از: عطارد- زهره- زمین، مریخ که گازهای خود را از دست داده اند. سیارات غول پیکر، مشتری و زحل، گازها و حتی بیشتر هیدروژن و هلیم خود را نگاه داشته اند. اورانس و نپتون، بیشتر هیدروژن و هلیوم و متان خود را از دست داده ولی آب و آمونیاک و اندکی مواد فرار را نگاهداشته اند. تمام این کیفیات با چگالی کنونی سیارات نامبرده سازگاری دارند.

چگالی تعیین شده برای سیارات گوناگون عبارتند از: عطارد ۵-، زهره ۴/۴-، زمین   ۴/۴-، مریخ ۹۶/۳ و ماه ۳۱/۳- این اختلاف چگالی ها با اختلاف مقدار آهنی که در این سیارات وجود دارد متناسب است.

در مورد پیدایش خورشید فرضیه ای که بیشتر مورد قبول واقع شده، اینست که منشأ ایجاد خورشید توده های ابری شکل گازهایی هستند که تشکیل دهنده عمده آنها هیدروژن بوده است. در مرحله اول و در نتیجه نیروی جاذبه مرکزی، ذرات هیدروژن رویهم متراکم شده و در اثر تراکم، تصادم شدیدی بین ذرات هیدروژن بوجود آمده و در نتیجه افزایش بیش از حد فشار و دما، تحولات هسته ای پدید آمده و حاصل آن آزادشدن منابع عظیم انرژی بوده است.

گداخته شدن و تحولات هسته ای هیدروژن، اتمهای جدید هلیوم را پدید آورده که این گداخته شدنها و واکنشهای هسته ای در توده های ابری شکل گازها، تولد خورشید را باعث شده است.

اگر در نظر بگیریم که طبق برآورده های علمی، در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از زمان شروع به هیدروژن گدازی خورشید می گذرد در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید در تحولات هسته ای تبدیل به انرژی می شود شاید نگران تحلیل رفتن سریع سوخت این کوره هسته ای عظیم باشیم ولی اگر از میزان جرم خورشید که معادل ۱۰^۲۶*۲/۲ تن می باشد آگاه شویم متوجه خواهیم شد که نگرانی ما حداقل برای هزاران میلیون سال آینده بی مورد است.

تحولات دما هسته ای در مرکز خورشید سبب تولید انرژی می گردد که بصورت تشعشعات الکترومغناطیسی و با فرکانس بسیار زیاد به فضای خارج خورشید تابیده می شود. تشعشعات الکترومغناطیسی را براساس فرضیه های علمی می توان به ترکیبی از حوزه های مغناطیسی و امواج الکتریکی تعبیر کرد که این حوزه ها بسرعت در تناوبند و یا براساس تعبیر علمی دیگر، ذرات انرژی بنام فوتون را می توان ماهیت تشعشعات الکترومغناطیس دانست.

انرژی تشعشعی، در مرکز خورشید که حرارت آن بین ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می باشد تولیدشده و از سطح خورشید که حرارت آن تقریباً معادل ۵۶۰۰ درجه سانتیگراد است بصورت امواج در فضا منتشر می شود. طول این امواج از مقادیر زیاد تا اندازه های بسیار کوچک مانند طول موج اشعه ایکس و گاما متفاوت بوده و با بار انرژی آنها رابطه معکوس دارد. بعبارت دیگر امواج پرانرژی تر دارای طول موج کوتاهتری هستند. هرچند که دامنه تنوع طول موجهای منتشره از خورشید بسیار وسیع است ولی قسمت اعظم انرژی آن، در طول موجهای مشخص و محدودی منتشر می شوند. نورهای قابل رؤیت بوسیله چشم انسان معادل ۴۶ درصد از کل انرژی صادره از خورشید تشکیل می دهند. این اشعه که دستگاه بینائی انسان نسبت به آن حساس است در طول موجهائی از ۳۵/۰ تا ۷۵/۰ میکرون پخش شده و شامل همه رنگهای آشنا به چشم انسان، از اشعه بنفش با طول موج ۳۵/۰ میکرون تا آبی- سبز- زرد- نارنجی و قرمز با طول موج ۷۵/۰ میکرون می باشند. (میکرون واحد اندازه گیری طول موج است که برابر یک هزارم میلیمتر می باشد) در حدود ۴۷ تا ۴۹ درصد از تشعشعات خورشیدی در طول موجهای مادون قرمز منتشر می شوند. تشعشعاتی که ما از آنها احساس گرما می کنیم در طول موجهای بیشتر از طول موج رنگ قرمز (بیش از ۷۵/۰ میکرون) پخش می شوند و بقیه اشعه خورشید در منطقه ماوراء بنفش و با طول موج کمتر از ۳۵/۰ میکرون منتشر می شوند. اصطلاحاً طول موج زیر ۳/۰ میکرون را موج کوتاه و بالاتر از آنرا طول موج بلند می پیمایند.

تمام امواج الکترومغناطیسی که از سطح خورشید پخش می شوند با سرعت حرکت نور یعنی ۳۰۰هزار کیلومتر در ثانیه فضا را می پیمایند. و زمین که در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتر از خورشید قرار گرفته است فقط یک جزء از ۲۰۰۰ میلیون جزء انرژی خورشید را دریافت می کند و همین سهم بسیار کوچک، منبع تأمین انرژی تمام تحولات جوی و حیاتی بوده و گرداننده چرخهای زندگی در روی کره زمین می‌باشد.

دهش انرژی خورشید که در خارج جو زمین می توان میزان آنرا تقریباً ثابت فرض نمود معادل ۱۳۵۳ وات بر مترمربع می باشد. این انرژی تقریباً معادل ۹۴/۱ کالری بر سانتیمتر مربع در هر دقیقه می باشد که آنرا کمیت ثابت خورشیدی می نامند. بطوریکه اگر این مقدار ثابت فقط ۵ درصد تغییر کند میانگین درجه حرارت سالیانه زمین که حدود ۱۰ درجه سانتیگراد است ۳ درجه کاهش و یا افزایش خواهد یافت و تحولات ناشی از این تغییرات، یا سرما و یخبندان و محو زندگی در قسمت اعظم کره زمین خواهد شد و یا ذوب شدن کوههای عظیم یخهای قطبی و تبخیر سریع آب اقیانوسها و نزول بارانهای سیل آسا، حیات را در کره زمین بدان شکل که می شناسیم مختلف و شاید غیرممکن خواهد ساخت.

از مجموع تشعشعات خورشید که بوسیله زمین و جو آن دریافت می شود در حدود ۳۵ درصد آن مجدداً بفضای خارج از جو بازتاب می گردد.

قسمت اعظم این بازتابی در جو زمین و در برخورد اشعه خورشید با ابرها و غبارهای جوی انجام می گیرد و بخش کمتری از آن، در سطح زمین در نتیجه انعکاس اشعه بوسیله آبها- برفها و سنگریزه ها حادث می شود. قسمتی از باقیمانده انرژی، در حین عبور از جو زمین، در اثر برخورد با ذرات هوا و غبار و بخار آب موجود در جو، بدفعات زیاد تغییر مسیر داده و پس از این برخوردها، بصورت تشعشعات پراکنده به سطح زمین و یا فضای خارج تابیده می شود. همچنین در حدود ۱۰ الی ۱۵ درصد انرژی تشعشعی دریافت شده از خورشید، بوسیله ذرات بخار آب- اکسید دو کربن و ازون موجود در جو زمین، جذب می شود. شکل (۳).

قابل توجه است که در طبقات فوقانی جو زمین، گاز ازون تقریباً تمام اشعه ماوراء بنفش را جذب می کند و این تصفیه اشعه از نظر سلامت زندگی انسانها حائز اهمیت فوق العاده ایست زیرا که اشعه ماوراء بنفش در پوست و چشم انسان تأثیرات بسیار نامطلوب دارد. بخار آب و اکسید دو کربن نیز در طبقات تحتانی جو زمین، اشعه مادون قرمز را جذب می کنند.

یکی از مهمترین عواملی که در تعیین میزان تشعشعات خورشیدی که به پوسته هزمین می رسد موثر می باشد، طول مسیری است که اشعه خورشید قبل از رسیدن به سطح زمین در جو طی می کند. در طول روز هنگامی که خورشید در اوج مسیر روزانه خود قرار می گیرد (ظهر خورشیدی) اشعه کمترین مسیر را در جو زمین طی کرده و بزمین می رسد، ولی هرقدر خورشید به افق نزدیک می شود (غروب آفتاب) مسیری که بوسیله اشعه در جو زمین پیموده می شود طولانی تر می گردد. هرچه این مسیر طولانی تر باشد میزان انرژی جذب شده و پراکنده شده در جو افزایش یافته و در نتیجه از مانده انرژی که بزمین می رسد کاسته می شود. بهمین دلیل در نقاط مرتفع بعلت کاسته شدن از ضخامت جو زمین، محتوای انرژی تشعشعی خورشید، از نقاط دیگر بیشتر است.

وضعیت انرژی در ایران

انرژی، نیروی اصلی و اساسی زندگی انسانها است. دوره های مختلف تمدن انسان، براساس کشفیات و اختراعات و بهره گیری از منابع انرژیهای گوناگون شکل گرفته اند. انرژی را می توان بعنوان بنیاد و اساس زندگی اجتماعی معرفی کرد.

پس از افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند به مسئله انرژی جدی تر بنگرند و این دید پس از افزایش مجدد قیمت نفت بعد از انقلاب اسلامی ایران، وسعت بیشتری یافت. این مسئله به عنوان بحران انرژی و یا بحران احتراق نام گرفت و سرآغاز تحقیقاتی در زمینه صرفه جویی و یا بهینه سازی مصرف انرژی گردید.

این صرفه جوئی، در اولین مرحله تمامی سیاستگذاری های انرژی و جزء برنامه های کوتاه مدت قرار گرفت و در برنامه های میان مدت و بلند مدت مواردی مانند پیدا نمودن منابع جدید انرژی و منابع انرژی های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشید و باد و امواج و غیره در دستور کار قرار گرفت.

مهمترین نکته ای که برای مردم عادی در مورد صرفه جوئی در انرژی مطرح می‌گردد اینست که آیا این صرفه جویی تأثیری در استاندارد زندگی داشته و باعث پایین آمدن سطح آسایش آنها خواهد شد یا نه؟ جواب منفی است زیرا این عمل باعث می شود که ضمن حفظ استاندارد زندگی و سطح تولید ناخالص ملی، میزان انرژی مصرفی کاهش یابد. در واقع می توان از این موضوع تحت عنوان هرچه بهتر و با راندمان بیشتر از انرژی مصرف نمودن را نام برد که همان بهینه سازی مصرف انرژی می باشد. کشورهای صنعتی باین نتیجه دست یافته اند که با بهینه سازی مصرف انرژی در صنایع و ساختمانها، می توان بین ۳۰ تا ۴۰درصد مصرف انرژی را کاهش داد.

با توجه به اینکه ایران یکی از ۱۵ کشور جهان از لحاظ مصرف بالای مواد نفتی بوده و در بین کشورهای اوپک بیشترین مصرف کننده اینگونه مواد می باشد. با توجه به آمار مربوط به میزان مصرف کشور، مصرف فرآورده های نفتی در سال ۱۹۷۶ و ۱۹۸۳ بترتیب معادل ۴۳۰۰۰۰ و ۸۷۱۰۰۰ بشکه نفت در روز بوده است که با درنظر گرفتن مصرف سال ۱۹۹۱ که حدود ۱۱۰۰۰۰۰ بشکه در روز بوده است، می توان گفت در زمانی که دنیای غرب با اعمال سیاستهای بهینه سازی مصرف انرژی، مصرف خود را پائین آورده است، ایران در کمتر از دو دهه مصرف فرآورده های نفتی خود را حدوداً سه برابر کرده است. درست است که مصرف انرژی باعث بالارفتن رفاه و استاندارد زندگی می شود، اما باید دقت نمود که آیا می توان همواره این رشد مصرف را حفظ نمود؟ با عنایت به رشد مصرف بالای ۵درصدی در ایران به راحتی می توان مشاهده کرد که هر ۱۰ سال مصرف انرژی ما دوبرابر می شود. با این روند و با توجه به افت فشار چاههای نفت و مشکلات حفاری و استخراج و سرمایه گذاری، آیا می توان امیدوار بود که بعد از دو دهه می توانیم نیازهای خود را مرتفع نمائیم و آیا تولید ما پاسخگوی نیازهایمان خواهد بود؟ و اگر هم باشد مازادی برای صدور نفت و بدست آوردن ارز خواهیم داشت؟

در بررسیهای بعمل آمده توسط بانک جهانی در سال ۱۹۸۳، آمده است که چنانچه کشورهای درحال توسعه سیاستهای بهینه سازی مصرف انرژی را معمول می‌داشتند تا سال ۱۹۹۰ می توانستند معادل ۴ میلیون بشکه نفت در روز یعنی حدود ۱۵ درصد انرژی تجاری شان را صرفه جوئی نمایند. متأسفانه در این فاصله از طرف ایران اقدامی در این زمینه صورت نپذیرفته است ولیکن چنانچه برای دو برنامه پنجساله بعدی یعنی برای یک دوران ده ساله، با استفاده از سیاستهای بهینه سازی مصرف انرژی و بدون لطمه زدن به تولید و رفاه عمومی، حدود ۲۰درصد کاهش در مصرف بدست آید، منافع زیر عاید کشورمان ایران خواهد شد:

۱- با احتساب مصرف بیش از یک میلیون بشکه معادل نفت در روز، سود ارزی حاصله بیش از یک میلیارد دلار در سال خواهد شد.

۲- کاهش آلودگی هوا که در شهرهای بزرگ مثل تهران به مرز خطرناکی رسیده است.

۳- صرفه جوئی در سرمایه گذاری در ساخت نیروگاهها، پالایشگاهها و سیستم گازرسانی به میزان میلیاردها دلار در سال

۴- طولانی شدن عمر ذخائر نفتی

۵- ایجاد اشتغال در کشور

ایران در مجموع کشوری است بسیار آفتابی و از نظر مقدار و دریافت انرژی خورشیدی در شمار بهترین کشورها محسوب می شود. انرژی فراوان و لایزال خورشید، بدون نیاز به شبکه های انتقال و توزیع عظیم و پرخرج، در سراسر کشور گسترده شده است. معماری سنتی ایران نشاندهنده توجه خاص ایرانیان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمانهای قدیم می باشد. متأسفانه در حال حاضر و با وجود علوم و تکنولوژی جدید در کشور، استفاده از انرژی خورشید بسیار ناچیز است. چنین تصور می شود که وجود منابع عظیم نفت و گاز، و پائین بودن سطح علمی و فنی کشور باعث عدم پیشرفت در استفاده از انرژی خورشیدی شده است ولی بایستی توجه شود که:

۱- ارزش واقعی منابع فسیلی خیلی بیشتر از آنست که از نفت برای گرم کردن آب و یا گرمایش ساختمانها و اموری از قبیل آنها استفاده شود.

۲- منابع نفت و گاز روبزوالند و دیر یا زود این منابع تخلیه خواهند شد.

۳- در مواقع بحرانی مانند زمان جنگ که اختلالاتی در استخراج و تولید ایجاد می‌شود و یا در زمستان که بعلت بسته بودن راهها، امر توزیع مختل می گردد، مصرف کنندگان با کمبود شدید سوخت روبرو خواهد شد.

از طرفی می توان بصراحت اعلام کرد که سطح کنونی علمی و صنعتی کشورمان برای ایجاد و گسترش تکنیکی خورشیدی بحد کافی آمادگی دارند.

بنابراین اگر طرحهای خورشیدی معرفی شوند و علوم و فنون مربوطه ترویج یابند، صنایع خورشیدی کشور، می تواند بعنوان یک صنعت خودکفا وارد عمل گردد.

مهمترین نکته اینست که پژوهشگران و مخترعین و صنعتگران ایرانی باید طرحها و دستگاههائی را معرفی کنند که با شرایط جوی و علمی و فنی ایران مطابقت داشته و از نظر اقتصادی نیز مقرون بصرفه باشند.

منابع عمده انرژی که در حال حاضر در ایران مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

نفت خام، گاز طبیعی، ذغال سنگ، پتانسیل آبی و انرژیهای غیرتجاری، در ایران ذخائر ثابت شده نفتی موجود در حدود ۳۹ بیلیون بشکه برآورد شده و مصرف داخلی حدود ۷۰۰هزار بشکه در رزو است. از آنجائیکه اقتصاد ما وابسته بصدور نفت می باشد لذا میزان صادرات، نقش عمده ای در مصرف ذخائر نفتی دارد. تا قبل از انقلاب، صادرات نفت ایران به مرز ۶ میلیون بشکه در روز هم رسیده بود که با توجه بمیزان ذخائر موجود در رشد مصرف داخلی، عمر ذخائر نفتی چیزی در حدود ۳۰ سال پیش بینی می شد.

خوشبختانه ایران از نظر ذخائر گاز طبیعی نیز ثروتمند بوده و میزان ذخائر را تا ۲۹۹ تریلیون فوت مکعب تخمین زده اند. در صورتیکه ذخائر گازی کشور فقط بمصرف داخلی برسد عمری در حدود ۲۰۰ سال و یا بیشتر برای آن پیش بینی می‌شود. ذخائر ذغال سنگ در ایران را حدود ۶ میلیون تن تخمین می زنند که فقط ۱۰ درصد آن ذخائر حتمی و اثبات شده می باشد و عمدتاً بمصارف صنعتی کشور می‌رسد.

پتانسیل طبیعی آبی در حدود ۱۳۰۰۰ مگاوات می باشد که تاکنون ۱۰درصد آن مورد استفاده قرار گرفته است. منابع انرژیهای غیرتجاری شامل جنگلها و مراتع و بوته زارها و فضولات حیوانی است که براساس اطلاع، آمار دقیقی در این زمینه تهیه نشده است ولی بهرصورت حدود ۵۰درصد از مصرف عمده انرژی خانگی بخصوص در روستاها از این منابع تأمین می شود. برای مثال سهم این منابع در تأمین مصرف انرژی در سالهای ۱۳۴۱ و ۴۶ و ۵۱ بترتیب ۲۱درصد، ۹درصد و ۵/۳ درصد از مصرف کل بوده است.

ایران یک کشور کشاورزی است و حدود ۵۰درصد از جمعیت در روستاها زندگی می‌کنند. تأمین انرژی مصرفی در روستاها، برای ازدیاد تولیدات کشوری، و بالابردن سطح زندگی، و ایجاد صنایع محلی، نه تنها ضروری بلکه یک امر حیاتی است. در این خصوص انرژیهای نو و از آنجمله انرژی خورشید می تواند نقش اساسی را ایفا کند.

لازمست مصرف انرژی بخشهای مختلف، در شهرها و روستاهای کشور از قبیل مصارف خانگی، تجاری و صنعت و حمل و نقل مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد و آمارهای دقیق براساس بافت اجتماعی و اقتصادی و سیاسی و اهداف جامعه و توسعه آینده کشور تهیه گردد البته دانشگاهها نیز می توانند در این مورد کمکهای ارزنده ای داشته باشند. امیداست در برنامه ریزیهای آتی کشور جهت تأمین انرژیهای لازم، سهم انرژی خورشیدی نیز تعیین و براساس آن اعتبار لازم برای اجرای طرحهای مفید خورشیدی تأمین گردد.

پایان نامه ارشد مکانیک - آنالیز اگزرژی آبگرمکن‌های خورشیدی

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه ارشد مکانیک - آنالیز اگزرژی آبگرمکن‌های خورشیدی دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

پایان­نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc.”

مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی

عنوان:

آنالیز اگزرژی آبگرمکن‌های خورشیدی

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.

فصل اول: کلیات

1-1) هدف

انرژی خورشیدی یکی از مهمترین منابع انرژیهای تجدید پذیر و پاک به جهت جایگزینی سوختهای فسیلی است که استفاده از آن در سراسر جهان رو به گسترش است. این انرژی به صورت عمده به دو مصرف تولید برق و تولید حرارت می رسد. عمومی ترین مصرف این انرژی در آبگرمکن های خورشیدی است. در ارزیابی کارایی آبگرمکنهای خورشیدی از آنالیز انرژی ( قانون اول ) به طور گسترده ای استفاده شده، اما آنالیز قانون اول به تنهایی معیار مناسبی برای ارزیابی کارایی این سیستمها نیست، یکی از مهمترین مزایای آنالیز قانون دوم 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 لازم است سیستم بر مبنای قانون دوم ( آنالیز اگزرژی ) نیز بررسی شود تا بتوان تحلیل بهتری برای بازدهی سیستم و همچنین یافتن نقایص ترمودینامیکی و فرایندهایی از سیستم که امکان رشد و پیشرفتشان از لحاظ ترمودینامیکی وجود دارد ارایه داد.

در این پایان نامه روابط ترمودینامیکی و انتقال حرارت در کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت و لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی برای تحلیل آنها بر پایه‌ی قوانین اول و دوم ترمودینامیک با استفاده از کمترین فرضیات به منظور بدست آوردن راندمانهای انرژی و اگزرژی آنها و همچنین بررسی تاثیر تغییر پارامترهای طراحی بر عملکرد کلکتورها مورد بررسی قرار می‌گیرند. مطمئناً نتایج حاصله در کلیه سیستمهای حرارتی خورشیدی از قبیل گرمایشی و سرمایشی که از این کلکتورها استفاده می‌کنند قابل استفاده می‌باشند.

1-2) پیشینه‌ی تحقیق

در سیستمهای خورشیدی به دلیل هزینه اولیه نسبتاً زیاد، نیاز به ارزیابی دقیق و ارائه راهکارهایی جهت بهبود عملکرد و کارایی ضروری به نظر می رسد. در سالهای اخیر مطالعاتی در زمینه آنالیز اگزرژی انواع مختلف سیستمهای خورشیدی صورت گرفته که عمده‌ی آنها روی کلکتورهای صفحه تخت می‌باشد. در این بخش به بررسی و مرور چند نمونه از تحقیقاتی که روی آبگرمکنهای خورشیدی و کلکتورهای خورشیدی که در واقع مهمترین بخش آبگرمکن است انجام شده‌اند خواهیم پرداخت.

در سال 1986 جی. آر. هال [3] به وسیله‌ی مدلسازی یک کلکتور خورشیدی لوله‌ای خلاء با لوله‌ی حرارتی به بررسی مراحل انتقال حرارت از سطح جاذب کلکتور به آب پرداخته و با استفاده از پارامترهای بدست آمده، راندمان حرارتی کلکتور را مورد بررسی قرار داده است. نویسنده در این تحقیق به بررسی فرایندهای انتقال حرارت در کلکتور نپرداخته اما مدل کارامدی برای استفاده از روابط کلی انتقال حرارت مفید در کلکتورهای با تعداد مختلف لوله‌های خلاء ارائه کرده است.

در سال 1988 آکیو سوزوکی [4] در مقاله‌ای به بررسی روابط اساسی در تحلیل اگزرژی کلکتورهای خورشیدی پرداخته و پس از آن دو مدل کلکتور صفحه تخت و لوله‌ای خلاء را با فرض ثابت بودن ضریب افت حرارت کلی[1] از دیدگاه اگزرژی مقایسه کرده است. که به دلیل افت راندمان اپتیکی در نتیجه‌ی وجود فاصله بین لوله‌های شیشه‌ای در کلکتور لوله‌ای خلاء، نتایج مقایسه‌ی صورت گرفته بسیار به هم نزدیک بوده‌اند.

در سال 1989 سی. آی. ازکوی [5] در یک سیستم حرارتی خورشیدی از لوله‌های حرارتی برای جذب و انتقال انرژی تابشی خورشید به آب استفاده کرده است. البته این سیستم با کلکتورهای لوله‌ای خلاء تفاوت دارد. و بیشتر شبیه کلکتور صفحه تختی است که از لوله حرارتی به جای صفحه جاذب و لوله‌های داخل آن استفاده شده باشد. نتایج حاصل از بررسی مدل طراحی شده نشان‌دهنده‌ی پایینتر بودن ضریب دفع حرارت[2] در این کلکتور به نسبت کلکتورهای صفحه تخت معمولی است.

در سال 2000 سی. یاپ و همکارانش [6] به بررسی روابط انتقال حرارت در کلکتور لوله‌ای خلاء با لوله حرارتی پرداختند. نویسندگان در این مقاله با بررسی مقاومتهای حرارتی در مسیر انتقال حرارت از سطح جاذب به آب، روابطی برای محاسبه‌ی ضریب اتلاف حرارت و حرارت مفید منتقل شده به آب ارائه کردند. هرچند که در این تحقیق از مدل مقاومت الکتریکی مناسبی جهت تحلیل رفتار کلکتور ارائه شده، اما برخی از روابط انتقال حرارتی استفاده شده مختص جریانهای داخلی مغشوش[3] هستند و استفاده‌ی آنها برای جریانهای آرام مناسب نیست.

در سال 2003 لاندانو و ریورا [7] مدلی برای مطالعه رفتار کلکتورهای حجمی خورشیدی[4] تهیه کرده اند که تاثیر پارامترهای طراحی را روی عملکرد کلکتور بررسی می‌کند. این مدل بر پایه استفاده از اعداد بی بعد است که مفهوم فیزیکی مشخصی در سیستم دارند و از این مدل جهت تحلیل ترمودینامیکی کلکتورهای حجمی برای افزایش اگزرژی خروجی در آنها استفاده شده است. کلکتور حجمی کلکتوری است که از رابط نیمه شفاف برای جمع کردن تشعشع خورشید روی ماده جامد یا نیمه شفاف ناقل حرارت استفاده می کند. نمونه‌ی این نوع کلکتورها حوضچه های خورشیدی[5] می باشند. در این مقاله ابتدا با استفاده از معادلات بی بعد شدهی انتقال حرارت توزیع دما در کلکتور مورد بررسی قرار گرفته و در مرحله بعد اگزرژی خروجی از کلکتور به عنوان نشانه‌ای از ارتباط بین راندمان و دمای پایین کلکتور، که می تواند معیار مناسبی جهت سنجش راندمان و دمای بهینه‌ای که اگزرژی خروجی را حداکثر می کند باشد، به صورت رابطه‌ای بی بعد بدست آورد شده است. در حقیقت این رابطه نشان دهنده‌ی درصدی از انرژی خورشید می باشد که توسط کلکتور جذب شده و می تواند به کار تبدیل شود. در مرحله بعد تغییرات اگزرژی خروجی با راندمان انرژی بر حسب مقادیر مختلف پارامتر بی بعد عرض کلکتور بررسی شده که نتایج آن نشان می دهد برای یک راندمان مشخص عمق بهینه ای وجود دارد که اگزرژی خروجی را بیشینه می کند و با رعایت این نکته می توان به راندمان بالاتر، عمق کمتر و اگزرژی خروجی بیشتر دست یافت. عدد بی بعد دیگری نیز برای خواص مواد بکار رفته در کلکتور تعریف شده که نتایج نشان می دهد بالاتر بودن این عدد موجب افزایش اگزرژی خروجی می گردد. در ادامه نویسندگان به بهینه سازی عملکرد کلکتور بر حسب پارامترهای بی بعد و همچنین متغیر عمق کلکتور پرداخته اند که حاصل آن بدست آمدن رابطه ای برای تغییرات راندمان بهینه کلکتور با عمق آن است. در صورتی که عمق کلکتور صفر فرض شود ، کلکتور حجمی تبدیل به کلکتور صفحه تخت می گردد ، اما گرافهای بدست آمده نشان می دهند که اگزرژی خروجی از کلکتور حجمی بسیار بیشتر از کلکتور صفحه تخت در شرایط مشابه می باشد.

در سال 2005 لومینوسا و فارا [8] تحقیقی با هدف نشان دادن وابستگی اگزرژی به نرخ جریان سیال و سطح کلکتور صفحه تخت و تاثیر این دو پارامتر در عملکرد کلکتور انجام دادند. روش بکار رفته شده در این تحقیق دامنه وسیعی از مقادیر ممکن برای دبی سیال ورودی ارائه می‌دهد اما در مورد اینکه مدل انتخاب شده بهترین حالت باشد با اطمینان اظهار نظر نمی کند. مدلهای تحلیلی برای راندمان انرژی و اگزرژی با در نظر گرفتن فرضیات مسئله مورد بررسی قرار گرفته وسپس این مدلها به یک برنامه محاسباتی به نام رِکس که در محیط نرم افزار توربو پاسکال نوشته شده منتقل شده‌اند. در این برنامه راندمان اگزرژی، راندمان انرژی، دمای خروجی سیال از کلکتور، شدت جریان سیال و سطح کلکتور به عنوان پارامترهای قابل تغییر در نظر گرفته شده اند. راندمان اگزرژی به صورت تابعی از دبی و سطح مورد بررسی قرار گرفته و توسط برنامه کامپیوتری یک نقطه ماکزیمم کلی بدست آمده است. آنالیز اگزرژی ارائه شده در این مقاله بر پایه فرض برابری دمای ورودی سیال به کلکتور با دمای محیط و ثابت بودن ضریب افت حرارت کلی می باشد.

در سال 2005 هاوُ بن و وانگ ژیائو [9] با هدف دستیابی به روشهای جدید صرفه جویی در هزینه ها و حفظ و بالا بردن راندمان آبگرمکنهای خورشیدی در مقیاس خانگی و همچنین سنجش میزان اتلاف اگزرژی به تحلیل اگزرژتیک آبگرمکنهای خورشیدی پرداختند. آنالیز صورت گرفته بر مبنای تئوری است که تحلیل فرایندها را به سه مرحله تقسیم می کند. بر اساس این تئوری که توسط پرفسور هاوُ بن ارائه شده است [10] می‌توان فرآیندهای تکنولوژیک را به سه زیر مجموعه‌ی نزدیک به هم تقسیم کرد. فرایند تبدل، پروسه ی بهره برداری و پروسه ی بازگشت به حالت ابتدایی. در مقایسه با سایر تئوریهای آنالیز انرژی، تئوری فرایند سه مرحله ای مزایای قابل توجهی نشان داده است. در حقیقت این تئوری سیستم را در یک ساختار مناسبتری جهت آنالیز انرژی در اختیار ما قرار می دهد. روابط تئوری اگزرژی برای آبگرمکنهای ترموسیفون و با فرض توزیع خطی دما در مخزن ذخیره آب ساده شده اند. داده های مورد استفاده در روابط تئوری به صورت تجربی و توسط مرکز تست آبگرمکنهای خانگی خورشیدی چین بدست آمده است. راندمان انرژی و اگزرژی سیستم تست شده به ترتیب در حدود 15 و 77/0 درصد می‌باشند. پایین بودن راندمان اگزرژی می تواند نشان دهنده ی کیفیت خیلی پایین انرژی خروجی از آبگرمکن باشد. در ادامه با استفاده از داده های تجربی تغییرات رندمان اگزرژتیک کلکتور صفحه تخت بر حسب عرض آن و با در نظر گرفتن مقادیر مختلف ضریب اتلاف حرارتی کلکتور که نشان دهنده ی سه نوع کلکتور با پوشش تک لایه ، دو لایه و سه لایه می باشد بررسی شده است. و طی آن مشاهده می شود که راندمان اگزرژی کلکتور با افزایش عرض و ضریب اتلاف حرارتی کاهش می یابد. در نتیجه برای دستیابی به راندمان بالاتر می بایست کلکتور کوچکتر و با اتلاف حرارتی کمتر طراحی طراحی شود. با توجه به نتایج بدست آمده کلکتور با پوشش دو لایه و عرض صفحه بین 5 تا 10 سانتی متر برای آبگرمکنهای خنگی خورشیدی پیشنهاد شده است.

تعداد صفحه :87

توجه :

لطفا از این پروژه در راستای تکمیل تحقیقات خود و در صورت کپی برداری با ذکر منبع استفاده نمایید.

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 در دبیهای مختلف. 58

نمودار 6-2) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب در دبیهای مختلف. 60

نمودار 6-3) تغییرات راندمان انرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب در دبیهای مختلف. 64

نمودار 6-4) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب در دبیهای مختلف. 65

نمودار 6-5) تغییرات دمای صفحه جاذب بر حسب تغییرات و دبی جریان.. 67

نمودار 6-6) تغییرات راندمان انرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب و دبی جریان ورودی به کلکتور. 68

نمودار 6-7) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور صفحه تخت بر حسب 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 ، برای سه سیال عامل مختلف. 73

نمودار 6-14) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور بر حسب ، برای سه سیال عامل مختلف. 74

نمودار 6-15) تغییرات راندمان انرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب و دبی جریان ورودی به کلکتور. 75

نمودار 6-16) تغییرات راندمان اگزرژی کلکتور لوله‌ای خلاء بر حسب 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

پایان نامه مطالعه انواع آب گرم کن های خورشیدی موجود در ایران و طراحی بهینه آن 147 ص

اختصاصی از یارا فایل پایان نامه مطالعه انواع آب گرم کن های خورشیدی موجود در ایران و طراحی بهینه آن 147 ص دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

پایان نامه مطالعه انواع آب گرم کن های خورشیدی موجود در ایران و طراحی بهینه آن

147 صفحه در قالب word

فهرست مطالب

فصل 1 : طرح دیدگاه و اهداف پروژه    1

مقدمه   2

اهداف کلی پروژه    9

کارایی   10

فصل 2 : بررسی آبگرمکن های خورشیدی   12

معیارهای طراحی آبگرمکن خورشیدی   13

سیستم Recirculation (pluse)   18

سیستم Drainout (Drain down )    19

سیستم Drainback With Air Compressor   20

سیستم Drainback with liquid level control   22

سیستم Thermosyphon with electrically  protected collecrtor   23

سیستم Drainout Thermosyphon   25

سیستم Breadbox (batch)   26

سیستم Coil in Ttank , Warp Around , Tank in Tank   28

سیستم External Heat Exchanger   30

سیستم Darinback with load- side heat exchanger   32

سیستم Drainback with Collector – Side Heat Exchanger   34

سیستم Two – phase – Thermosyphon   35

سیستم One Phase Thermosyphon   36

نتایج و بررسی سیستم های خورشیدی متناسب با ایران    38

فصل سوم : گرد آورنده های تخت خورشیدی   46

صفحه پوشش   50

فاصله هوایی   52

صفحات جاذب   53

طرحهای گوناگون صفحه جاذب و مجاری انتقال سیال   54

سیال عامل    60

عایقکاری   61

قاب گرد آورنده    63

رشته های سری و موازی   64

فصل چهارم : اصول حاکم بر گرد آورنده های خورشیدی   67

انتقال گرما به سیال   68

جریان متلاطم و بدست آوردن ضریب انتقال گرما   69

جریان گذرا و بدست آوردن ضریب انتقال گرما   70

جریان آرام و بدست آوردن ضریب انتقال گرما   73

بیلان انرژی برای یک گردآورنده تخت خورشیدی نمونه   74

متوسط ماهانه انرژی خورشیدی جذب شده    76

اثرات وضعیت سطح جذب بر روی مقدار انرژی دریافتی    80

توزیع دما در گردآورنده های تخت خورشیدی   84

ضریب انتقال گرمای کل یک گردآورنده   85

چگونگی تغییر ضریب اتلاف فوقانی بر اثر تغییر فاصله   88

توزیع دما بین لوله و ضریب بازدهی گردآورنده    91

توزیع دما در جهت جریان   99

ضریب اخذ گرما و ضریب جریان گرد آورنده    100

میانگین دمای سیال و صفحه   103

طرحهای دیگر گردآورنده    104

فصل پنجم : طراحی یک نمونه گرد آورنده تخت    107

منطقه طراحی   109

مقدار آبگرم مصرفی   109

درجه حرارت آبگرم مصرفی   110

درجه حرارت آب ورودی به گرد آورنده    110

تعداد گرد آورنده ها و چگونگی نصب آنها به هم   110

زوایای حرکت خورشید   111

جهت تابش خورشید   119

نسبت بین تابش مستقیم بر روی یک صفحه شیبدار واقعی    119

زاویه شیب گرد آورنده ها    123

محاسبه مقدار متوسط ماهانه تابش روزانه رسیده به سطح گرد آورنده    123

بدست آوردن طول روز    126

شکل گرد آورنده    127

جنس صفحه جاذب   127

مشخصات رنگ   127

قطر و تعداد لوله ها در هر گرد آورنده    128

بدست آوردن دبی حجمی و جرمی   128

بدست آوردن عدد رینولدز در لوله ها   129

بدست آوردن ضریب انتقال گرما   129

نوع پوشش   130

جنس قاب   130

نوع و ضخامت عایق   130

دمای محیط   131

بدست آوردن انرژی مورد نیاز    131

بدست آوردن ضریب اتلاف فوقانی   132

بدست آوردن اتلاف تحتانی   132

بدست آوردن ضریب اتلاف کلی    133

بدست آوردن سطح گرد آورنده    133

فاصله بین لوله ها   134

بدست آوردن بازدهی پره   134

بدست آوردن بازدهی گرد آورنده    134

بدست آوردن ضریب انتقال گرمای گرد آورنده    134

محاسبه دمای خروجی سیال   135

بدست آوردن بازدهی گرد آورنده    135

مشخصات دستگاه طراحی شده    136

منابع و مراجع    138

ضمائم

طرح دیدگاه و اهداف پروژه

مقدمه :

میزان انرژی خورشیدی دریافتی در ایران به طور متوسط حدود 18 مگا جول بر متر مربع در روز، یا حدود 1016 مگا جول در سال در سطح کشور تخمین زده می شود. این مقدار انرژی بیش از 4000 برابر کل انرژی مصرفی در کشور می باشد. با این مقدار انرژی دریافتی و داشتن زمین های مناسب برای استفاده از آفتاب و تکنولوژی نسبتاً ساده کاربردهای مختلف انرژی خورشیدی، می توان کلیه نیازهای انرژی کشور را با استفاده از انرژی خورشیدی تأمین کرد.

استفاده های انرژی خورشیدی که در ایران کاربرد دارند به شرح زیر مورد بررسی قرار گرفته اند:

الف . دستگاههایی که به طور مستقیم از نور خورشید استفاده می کنند :

• تولید آب گرم مصرفی
• گرمایش طبیعی ساختمانها
• گرمایش غیر طبیعی ساختمانها
• سرمایش ساختمانها
• پخت غذا
• خشک کردن میوه، سبزی و ماهی
• نمک زدائی آب دریا
• تولید انرژی الکتریکی به طریق تبدیل مستقیم
• تولید انرژی الکتریکی از طریق تبدیل حرارتی (تبدیل غیر مستقیم)

ب. دستگاههائی که به طور غیر مستقیم از انرژی خورشید استفاده می نمایند :

1- سرمایش طبیعی ساختمانها و ذخیره سازی سرمای زمستان

2- تولید گاز متان با استفاده از فضولات حیوانی و کشاورزی

3- استفاده از انرژی باد

شرح مختصری از نحوه کار هریک از سیستم های فوق الذکر ارائه و هزینه ساخت و تولید و قیمت انرژی تولید شده هریک از آنها تعیین شده اند. مقایسه قیمت انرژی تولید شده در دستگاههای انرژی خورشیدی فوق الذکر با قیمت انرژی که از طریق سوختهای فسیلی متداول در کشور تولید می شود نشان می دهد که استفاده از انرژی خورشیدی اقتصادی نیست. علت اصلی اقتصادی نبودن استفاده از انرژی خورشیدی این است که مواد نفتی و برق در تمام نقاط کشور تقریباً به طور رایگان در اختیار مصرف کنندگان قرار دارند.

دلایل توجیهی برای استفاده از انرژی خورشیدی در کشور :

اقتصادی بودن نباید تنها دلیل استفاده از انرژی خورشیدی باشد. لازم است انرژی خورشیدی به دلیل زیر مورد توجه قرار گرفته و سرمایه گذاری های لازم برای کاربرد وسیع آن اعمال گردد:

• اسراف در مواد غذایی، منابع طبیعی و هرچیزی توسط دین مبین اسلام نهی شده است. سوزاندن نفت، این نعمت بسیار ذیقیمت و محدود الهی، برای تولید آب گرم مصرفی (در دمای حدود 45 درجه سانتیگراد) ، تولید هوا و یا آب گرم برای گرمایش ساختمانها ( در دمای 50 تا 90 درجه سانتیگراد) و پختن غذا (در دماهای حدود 100 درجه سانتیگراد) اسرافی بس واضح است. سوزاندن سوختهای فسیلی برای کاربردهای فوق الذکر همان قدر اسراف و تبذیر (و در نتیجه ارتکاب گناه) است که سوزاندن گندم جهت تأمین همین نیازها می باشد. نفت، این نعمت خدادادی را می توان برای تولید دارو، مواد پلاستیکی و کودهای شیمیایی و غیره به کار گرفت.
• استفاده از منابع نفتی در کشور باعث آلودگی هوا و آب و زمین شده است. وجود این آلودگی ها، به خصوص آلودگی هوا در شهرهای بزرگ مانند تهران سبب بیماریهای متعدد، مرگهای زودرس و به طور کلی پائین آمدن کارائی افراد شده است. لازم است که به خاطر حفظ سلامتی مردم آلودگی محیط زیست دقیقاً کنترل و مصرف این سوختهای فسیلی تقلیل یابد. انرژی خورشیدی یک منبع لایزال انرژی است که کمترین آلودگی ها را در محیط زیست به وجود می آورد.
• سوزاندن سوختهای فسیلی و ایجاد دی اکسید کربن در سطح جهانی باعث بالا رفتن دمای اتمسفر زمین شده است. بالا رفتن دمای اتمسفر زمین وآب دریاها (که به طور یکنواخت نبوده و در قطبها بیشتر از استوا است) باعث آب شدن یخهای قطبی و بالا آمدن سطح آب اقیانوسها شده و ادامه این عمل فاجعه ای به مراتب اسفناک تر از کلیه طوفانها، سیلها و زمین لرزه ها را در برخواهد داشت. در مقایسه با کشورهای صنعتی که مصرف سوختهای فسیلی آنها بسیار زیاد است، ایران نقش زیادی در بالا بردن دی اکسید کربن در سطح جهانی و گرم شدن اتمسفر زمین ندارد. ولی توجه به این موضوع (که کشورهای صنعتی جهان تازه به فکر افتاده و در این مورد ابراز نگرانی می کنند) میتوان برای جمهوری اسلامی ایران وجهه ای بسیار عالی در محافل علمی و سیاسی جهان به وجود آورد.
• تکنولوژی کاربردهای انرژی خورشیدی بسیار پیچیده نبوده که نیاز به استفاده از متخصصین خارجی داشته باشیم. در بسیاری از کاربردهای تکنولوژی لازم هم اکنون در کشور موجود است. در چند کاربرد (مانند ساختن فتوسل ها) می توان با همت مختصری تکنولوژی مربوطه را توسعه داد.
• در حال حاضر جمهوری اسلامی ایران رهبری سیاسی بعضی از کشورهای جهان سوم را به عهده دارد. شایسته است این جمهوری رهبری علمی و فنی این جوامع را نیز عهده دار شود. با توجه به نقشی که انرژی در توسعه کشورها بازی می کند و اینکه اکثر کشورهای جهان سوم نیز از میزان انرژی خورشیدی قابل توجهی برخوردار هستند، جمهوری اسلامی ایران می تواند با سرمایه گذاری وسیع در توسعه علوم و تکنولوژی انرژی خورشیدی در کشور عملاً صادر کننده این تکنولوژی به جهان سوم باشد و نقش رهبری علمی و فنی خود را در جهان سوم بازی نماید.
• دولت ایران در دهه های گذشته وارد کننده تکنولوژی برای حل مسائل خود بوده است. تقریباً تمامی تسهیلات زندگی امروز (نظیر برق و کلیه وسایل الکتریکی، تلفن، راه و ترابری، اتومبیل ، کامپیوتر و غیره) با وارد کردن تکنولوژی حاصل شده است. با محدود بودن منابع نفتی و تمام شدن این منبع طبیعی بسیار پر ارزش، ما می توانیم صبر کنیم تا کشورهای صنعتی مسائل انرژی خود را حل کرده و مانند گذشته تکنولوژی مربوطه را وارد کنیم یا اینکه چند سالی جلوتر از دیگران قدم برداشته و به فکر توسعه منبع انرژی خورشیدی بوده و به جای وارد کننده بودن صادر کننده تکنولوژی انرژی خورشیدی باشیم.

موضوع سرمایه گذاری وسیع در علوم و تکنولوژی انرژی خورشیدی در ایران بیش از اقتصادی بودن آن یک تصمیم سیاسی است. در جشنهای هزار و چهارصدمین سال هجری شمسی جمهوری اسلامی ایران خود را کجا می بیند؟ شعار خود اتکائی میدهد ولی عملاً کلیه نیازهایش را با وارد کردن تکنولوژی تأمین میکند، یا اینکه لااقل در تکنولوژی انرژی خوداتکا شده و به جهان سوم در انتقال آن کمک می نماید؟ با اتخاذ سیاستهای مناسب و برنامه ریزی های دقیق، جمهوری اسلامی ایران می تواند سال 1400 هجری شمسی را با سرافرازی در جهان جشن بگیرد.

روش پیشبرد پژوهش و توسعه کاربردهای انرژی خورشیدی در کشور :

با توجه به دلایل فوق الذکر و به منظور پیشبرد پژوهش و توسعه کاربردهای انرژی خورشیدی در کشور، پیشنهاد می نماید سازمانی به نام :

سازمان انرژی خورشیدی جمهوری اسلامی ایران تشکیل گردد.

این سازمان بسیار شبیه به سازمان انرژی اتمی جمهوری اسلامی ایران بوده و مستقیماض زیر نظر ریاست جمهوری اداره می شود. در حالی که در بسیاری از سازمانهای دولتی واحدهای پژوهشی به نام انرژی های نو و یا انرژی خورشیدی وجود ندارد ولی وظیفه اصلی این سازمان ها چیز دیگری بوده و توجه به انرژی خورشیدی از اولویت بالائی برخوردار نیست. سازمان انرژی خورشیدی کشور وظیفه اصلیش استفاده از انرژی خورشیدی در تأمین قسمت مهمی از انرژی مورد نیاز کشور خواهد بود. با تأمین اعتبار لازم و با اتخاذ سیاستهای مناسب و پژوهش و تدوین برنامه های دقیق، این سازمان خواهد توانست وسایلی فراهم نماید تا در سال 1400 هجری شمسی میزان انرژی های تخمین زده را با استفاده مؤثر از انرژی خورشیدی امکان پذیر گردد.

هزینه پژوهش جهت یافتن طرحهای بهینه کاربردهای انرژی خورشیدی :

برنامه زمانی، نیروی انسانی و اعتبار مورد نیاز برای انجام پژوهش جهت یافتن طرحهای بهینه هریک از کاربردهای مذکور در فوق تعیین شده اند. کل اعتبار لازم برای این پژوهش برابر بل 6/734 میلیون ریال و 538 هزار دلار تخمین زده می شود.

برنامه زمانی مورد نیاز برای پژوهش 6 تا 9 سال (برحسب تخصیص اعتبار مورد نیاز) برآورد می شود. این اعتبار در اختیار سازمان انرژی خورشیدی کشور بوده است تا آن را جهت انجام پژوهش در زمینه های مختلف در اختیار پژوهشگران دانشگاهها و مراکز پژوهشی کشور قرار دهد.

پتانسیل استفاده از انرژی خورشیدی در کشور :

با انجام پژوهشهای ضروری و اعمال نفوذ دولت (از جمله تنظیم قیمت سوختهای فسیلی و آموزش مردم و غیره)، میزان تأمین انرژی های مورد نیاز به وسیله انرژی خورشیدی را در سال 1400 هجری شمسی تخمین زده شده است. این برآوردها در ابتدا به صورت درصد کل انرژی هر کاربرد و در شهرهای مختلف (از جمله اینکه تا سال 1400 مرکز جمهوری اسلامی ایران در محلی غیر از تهران خواهد بود) می باشد. سپس با تخمین جمعیت و توزیع آن در کشور میزان کل انرژی مورد نیاز که به وسیله انرژی خورشیدی تأمین می شود تعیین گردیده است. این جانشینی انرژی برابر با 122.180 مگاجول یا 2/33% انرژی مورد نیاز برای تأمین آب گرم مصرفی ، 152500 مگا جول یا 20% کل انرژی لازم برای گرمایش ساختمانهای مسکونی، 115250 مگا جول یا 5/24% انرژی لازم برای پخت و 48500 برق مصرفی می باشد.

اثر استفاده از انرژی خورشیدی بر اقتصاد ملی :

با توجه به قیمت امروزی نفت در داخل کشور استفاده از انرژی خورشیدی اثر مستقیم چندانی بر اقتصاد ملی ندارد. اثر غیرمستقیم آن کم کردن آلودگی هوای شهرها تقلیل هزینه های درمانی و ارزش وقت افرادی است که به خاطر آلودگی هوا کارائی خود را از دست می دهند. اثر استفاده از انرژی خورشیدی بر اقتصاد ملی را بایستی در سالهای 1400 شمسی در نظر گرفت که سوختهای نفتی در دنیا رو به اتمام بوده و دارای ارزش فوق العاده ای خواهند بود. هر بشکه نفتی که امروز صرفه جویی شود در زیرزمین ذخیره شده و برای سالهای آینده مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

لازم است اضافه نماید که به خاطر ساده بودن تکنولوژی استفاده از انرژی خورشیدی در تأمین نیازهای انرژی کشور، می توان تقریباً تمامی دستگاههای خورشیدی را در داخل کشور ساخت. این موضوع به لحاظ تولید کار و بالا بودن سطح اشتغال دارای اهمیت فوق العاده می باشد. به علاوه امکان صادر کردن دستگاهها و تکنولوژی استفاده از انرژی خورشیدی به کشورهای جهان سوم وجود دارد که دارای اثرات اقتصادی قابل توجهی می باشد.

 اهداف کلی پروژه

بررسی دیدگاههای موجود در ارتباط با بکارگیری انرژی خورشیدی، در مقایسه با دیگر منابع تأمین انرژی، لزوم کاهش هزینه های تجهیزات مصرف کننده انرژی خورشیدی را یادآور می سازد. در این بین آبگرمکن خورشیدی به عنوان یکی از پرمصرف ترین تجهیزات خورشیدی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در موازات این مسئله، نکته ای که نباید فراموش شود، کارایی آبگرمکن خورشیدی می باشد که باید در حد مطلوبی حفظ شود. البته باید به این نکته توجه داشت که به دلیل اهمیت کاهش هزینه ها در مقایسه با کارایی بالا، مقدار کمی کاهش کارایی در رسیدن به این اهداف قابل قبول می باشد. در این پروژه در پی آن هستیم با توجه به نکات گفته شده به یک طرحی بهینه برای آبگرمکن خورشیدی ، مناسب با نیاز مصرف کنندگان آن دستیابیم.

کارایی :

آزمایشات انجام شده برای ارزیابی عملکرد آبگرمکن های خورشیدی، این مقدار را بین 25 تا 36 درصد ارزیابی کرده اند. بازده موثر یک آبگرمکن خورشیدی رابطه مستقیم با عملکرد مناسب تجهیزات تشکیل دهنده آن، از جمله کلکتور دارد. کلکتور به عنوان اصلی ترین بخش یک آبگرمکن خورشیدی بیشترین تأثیر را بر عملکرد مؤثر آبگرمکن خورشیدی می گذارد.

عواملی نظیر گرد و خاک و باد از جمله مواردی میباشند که بر عملکرد مناسب کلکتور تأثیر مستقیم می گذارند. اتلاف حرارتی موجود در سیستم لوله کشی، اتلاف حرارتی موجود در تانک ذخیره آب،؛ تلافات سیستم مبدل حرارتی، و حتی محوه مصرف آبگرم، بر عملکرد و کارایی یک آبگرمکن خورشیدی تأثیر می گذارند. با توجه به در نظر گرفتن این عوامل، بازدهی با 30% برای یک سیستم در آب و هوای متعدل مقدار خوبی میباشد و این مقدار برای یک سیستم بازدهی بالا، ممکن است 40% در نظر گرفته شود.

ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است

متن کامل را می توانید در ادامه دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ولی در فایل دانلودی متن کامل همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است