www.mktop_.ir

 مقاله کامل در مورد سیستم های ردیابی مسیر خورشید SOLAR TRACKING و استفاده از آنها در تولید برق خورشیدی در شهر تهران – از این مطلب WORD + PDF میتوانید در پایان نامه و مقاله سمینار و ارائه طرح توجیهی خود و … خود استفاده بنمایید.

 همچنین ببینید : دانلود یک طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی مناسب

هشدار : دیده شده برخی سایتها مطالب این طرح را از اینجا کپی کرده و به صورت ناقص و غیر کامل در اختیار قرار میدهند. ما هیچ مسئولیتی در قبال آن ها نداریم.

چکیده

هدف از این مطلب بررسی اصول کارکرد سیستم های ردیاب خورشیدی و پتانسیل استفاده از آنها در تولید برق خورشیدی است. به این منظور ابتدا با بررسی رفتارهای حرکتی خورشید و زمین و موقعیت های آنها نسبت به هم ، به تشریح اصول کلی الگوریتم ها و روابط هندسی موقعیت خورشید و زمین (بر حسب مکان جغرافیایی، روز، ساعت و زاویه پنل خورشیدی ) پرداخته می شود و با انتخاب یکی از الگوریتم های مطرح ، محاسبه موقعیت زمین و خورشید و تعیین زوایای لازم انجام می گیرد. با استفاده از این الگوریتم موقعیت خورشید برای شهر تهران در روزهای اول بهار، اول پاییز، اول تابستان و اول زمستان محاسبه شده و به صورت نمودار نمایش داده می شود. سپس انواع روش ها و سیستم های ردیابی خورشیدی دسته بندی و معرفی گردیده و توضیحات لازم در این خصوص ارائه می گردد . با انتخاب یکی از روش های مطرح و پیچیده که ترکیبی از الگوریتم های مختلف می باشد ، جزییات بیشتری در مورد طراحی و فرآیند کار آن روش، ارائه خواهد شد. در انتها بررسی اقتصادی کاربرد روش ارائه شده برای شرایط مشخص انجام می گردد.

مقدمه

امروزه یافتن منابع انرژی پاک برای آینده یکی از دغدغه های مهم جوامع بشری به حساب می آید و انرژی خورشید می تواند پاسخ مناسبی برای این موضوع به شمار آید. پاکی ، فراوانی ، تجدید پذیری ، پایداری و در دسترس بودن از بارزترین ویژگی های انرژی خورشید می باشد. بر همین اساس در سالیان اخیر طراحی ، ساخت و استفاده از انواع سیستم ها و دستگاه هایی مبتنی بر استفاده از انرژی خورشید پدیدار گردیده است. امروزه سیستم های خورشیدی به شکل گسترده ای در مصارف گوناگون صنعتی ، خانگی و کشاورزی و . . . مورد استفاده قرار می گیرند.

سیستم هاى فتوولتاییک یا برق خورشیدى متشکل از تعدادى پنل خورشیدى مى باشند که نور خورشید را جذب کرده و آن را مستقیما به الکتریسیته تبدیل مى کنند. الکتریسیته تولیدى توسط این پنل ها از نوعDC  یا مستقیم است و براى مصارف عمومى توسط اینورتر تبدیل به جریان AC مى شود.  در بسیارى از کاربردها انرژى تولید شده براى مصارف بعدى یا استفاده در شب هنگام، می بایستى ذخیره گردد که براى این عمل نیاز به شارژ کنترلر و باطرى هاى مناسب می باشد.  به دلیل بالا بودن قیمت الکتریسیته تولیدى از این سیستم ها، بهتر است که تمامى اجزاء تشکیل دهنده سیستم داراى راندمان هاى بالا باشند تا تلفات به حداقل میزان ممکن برسد.

پایان نامه سیستم های ردیابی مسیر خورشید SOLAR TRACKING و استفاده از آنها در پنل های خورشیدی نیروگاه های خورشیدی www.mktop.ir

پایان نامه سیستم های ردیابی مسیر خورشید SOLAR TRACKING و استفاده از آنها در پنل های خورشیدی نیروگاه های خورشیدی www.mktop.ir

مهمترین بخش و گرانقیمت ترین جزء این سیستم ها، پنل هاى خورشیدى هستند . نحوه استقرار و جهت نصب و میزان تابش دریافتی این پنل ها ، نقش کلیدى در میزان دریافت انرژى از خورشید و به تبع آن میزان تولید انرژی توسط سیستم ایفا می کند. با توجه به وابستگی شدید سیستم های خورشیدی به نور خورشید و همچنین تغییر وضعیت تابش خورشید در طول روز، ماه و سال ، طراحی و ساخت سیستم هایی که بتواند متناسب با این تغییرات ، حداکثر بهره را از نور خورشید به دست آورند مورد بررسی قرار گرفت و تا به امروز مطالعات ، مقالات و کارهای فراوانی در این خصوص صورت گرفته و نتایج خوبی هم حاصل شده است که از مهمترین نتایج این اقدامات را می توان افزایش بهره وری سیستم های خورشیدی ، حداکثر به میزان ۴۰ درصد و در نتیجه کاهش هزینه های تولید انرژی دانست. یکی از مهمترین موضوعاتی که در این خصوص مطرح می باشد طراحی و استفاده از سیستم ردیاب خورشیدی (SOLAR TRACKER) می باشد. سیستم های ردیاب خورشیدی (SOLAR TRACKER) در واقع با استفاده از روش های مختلف، مسیر حرکت نور خورشید را محاسبه یا مشاهده و ردیابی می کنند و توسط مکانیزم های مختلف پنل خورشیدی را به گونه ای که حداکثر بهره برداری از نور خورشید صورت گیرد تنظیم می کنند.  

در سال های اخیر و به منظور بهینه سازی ، ارتقا و افزایش کارایی سیستم های خورشیدی، علومی همچون الکترونیک ، کنترل ، کامپیوتر ، نجوم ، فیزیک و شیمی به کار گرفته شدند و هرکدام به سهم خود در این امر دخیل و موثر بوده اند. همگام با پیشرفت های تکنولوژی، انواع روش های الکترونیکی و کنترلی و کامپیوتری در طول چند دهه اخیر برای طراحی ، محاسبات و شبیه سازی ، اجرا و عملیاتی کردن ایده های مختلف و . . . در این عرصه مطرح گردیده است. ساختارها ، سیستم های مکانیکی و مکانیزم های مختلفی در کاربری های مختلفی برای این امر ارائه شده است و الگوریتم ها و روش های مناسبی هم در مورد هندسه زمین و خورشید که امکان محاسبه دقیق موقعیت خورشید را در زمان ها و مکان ها مختلف می دهند معرفی گردیده است. از این رو همانطور که مشخص است بهره مندی از علوم مختلف در بهینه سازی این سیستم ها امری اجتناب ناپذیر بوده و مسلما نتایج مطلوبی برای آیندگان به همراه خواهد داشت.

تعاریف اولیه

۱- عرض جغرافیایی(Latitude): بر روی کره زمین دوایر فرضی موازی با استوا قرار دارند که هر چه به سمت قطب ها پیش می رویم محیط آنها کاهش می یابد. تمامی نقاطی که روی یکی از این دوایر هستند از نظر عرض جغرافیایی کاملا یکسان می باشند. فاصله زاویه ای این دوایر تا خط استوا را عرض جغرافیایی گویند. عرض جغرافیایی اغلب با f نشان داده می شود. 

۲-طول جغرافیایی(Longitude): دوایری فرضی روی کره زمین هستند که از دو قطب می گذرند به آنها نصف النهار گویند . همه نقاطی که بر یک نصف النهار واقعند دارای طول جغرافیایی یکسان هستند. فاصله زاویه ای نصف النهار هر منطقه تا نصف النهار مبدا را طول جغرافیایی گویند

۳- زاویه میل خورشید (Solar Declination Angle) : به زاویه بین اشعه نور خورشید با صفحه استوا اطلاق گردیده و معمولا در محاسبات با d نشان داده می شود. محاسبه این زاویه از طریق روابط هندسی مهمترین گام در روابط حاکم بر موقعیت زمین و خورشید به حساب می آید. این زاویه در طول سال به خاطر حرکت انتقالی زمین از -۲۳/۴۵ تا ۲۳/۴۵ تغییر می کند.

۴- زاویه ساعتی خورشیدی: زمین هر ۲۴ ساعت یک دور کامل (۳۶۰ درجه) می چرخد پس هر ساعت ۱۵ درجه تغییر زاویه دارد. اگر زاویه بین زمین و خورشید را در ظهر خورشیدی صفر درجه در نظر بگیریم اختلاف زاویه ایجاد شده به ساعات مختلف نسبت به این زمان را زاویه ساعتی خورشیدی  گویند. و در محاسبات با w نشان می دهند.

۵- زاویه تابش یا زاویه ارتفاع (ZENITH ANGLE): زاویه ایست که پرتو نور خورشید با سطح افق می سازد و به ازا عرض جغرافیایی و زمان های مختلف تغییر می کند (شکل ۱-۷). این زاویه را در محاسبات با α یاh نشان می دهند.

۶- زاویه سمت یا گرای خورشید (AZIMUTH ANGLE): به زاویه ای که مربوط به حرکت وضعیت خورشید به صورت غربی – شرقی است اصطلاحا سمت خورشید یا گرای خورشید گفته می شود. درواقع زاویه سمت خورشید زاویه تصویر پرتو خورشید روی سطح زمین نسبت به جهت شمال جغرافیایی است . این زاویه را با (Z) و یا (θs) نشان می دهند . به منظور بررسی و شناخت صحیح روابط هندسی حاکم بر وضعیت خورشید و زمین نسبت به هم دیگر پس از تعاریف اولیه، لازم است شناختی کافی از نوع و نحوه رفتار ، حرکت و تغییر وضعیت این دو نسبت به هم بدست آید. بدین منظور قبل از ورود به بحث روابط هندسی به بررسی رفتار حرکتی و موقعیتی زمین و خورشید نسبت به هم پرداخته می شود. تصور عمومی از رفتار حرکتی زمین و خورشید این گونه است که خورشید همیشه از طرف شرق طلوع می کند و همیشه در طرف غرب غروب می کند و همیشه در هنگام ظهر خورشید عمود بر ما می تابد. اما واقعیت موقعیت زمین و خورشید چنین نیست، گرچه این موضوع در نقاطی که دقیقا بر روی خط استوا واقع اند برای مدت زمان کوتاهی صادق است. یعنی اینکه خورشید فقط در نقاطی که بر روی خط استوا قرار دارند و فقط برای ۲ روز از سال، از مشرق کامل طلوع و در مغرب کامل غروب می کند و در هنگام ظهر نور خورشید عمود بر ناظر می تابد. شکل رفتار حرکتی زمین و خورشید را برای نقاط واقع بر خط استوا نشان می دهد.

شکل گفته شده فقط برای نقاط واقع بر خط استوا نشان دهنده رفتار و موقعیت زمین و خورشید نسبت به هم می باشد. همانطور که از شکل پیداست فقط برای روزهای آغازین فصل بهار و فصل پاییز یعنی اول فروردین و اول مهر که مصادف است با ۲۱ مارس و ۲۳ سپتامبر وضعیت خورشید نسبت به زمین بر اساس تصورات عمومی است و خورشید دقیقا در شرق طلوع و در غرب غروب می کند و در ظهر کاملا عمود بر ناظر است . هرچه از ابتدای فروردین(۲۱ژوئن) به تابستان نزدیک می شویم رفتار حرکتی خورشید و زمین هم تغییر کرده تا جایی که در ابتدای تابستان (۲۱ژوئن) به وضعیت نشان داده شده در شکل می رسیم و از آن به بعد تا رسیدن به ابتدای پاییز  (۲۳ سپتامبر) تغییرات وضعیت خورشید و زمین به صورت معکوس تغییر می کند.

پس از اینکه در ابتدای پاییز (۲۳ سپتامبر) دوباره به وضعیت کاملا شرقی – غربی رسید از آن به بعد هرچه به ابتدای زمستان(۲۱دسامبر) نزدیک می شویم تغییرات وضعیت خورشید و زمین به گونه ایست که در ابتدای زمستان (۲۱دسامبر) وضعیت خورشید نسبت به زمین به صورت نشان داده شده در شکل خواهد بود. بعد از این روز تغییرات معکوس وضعیت خورشید نسبت به زمین  تا آغاز بهار (۲۱ مارس)  صورت می گیرد تا در اول فروردین (۲۱ مارس) دوباره وضعیت کاملا شرقی- غربی ایجاد گردد. به روزهای ۲۱ مارس و ۲۳ سپتامبر یا اول فروردین و اول مهر که زاویه تابش در حالت میانه سال است روزهای اعتدالین و زاویه تابش در آن روزها را زوایای اعتدالین گویند. تصورکنید ناظر در نقطه ای بین خط استوا و قطب شمال قرار گرفته باشد. در این حالت وضعیت خورشید نسبت به زمین در طول سال به صورت شکل زیر خواهد بود.

شکل وضعیت خورشید نسبت به زمین را برای ناظری که در نقطه ای با طول جغرافیایی ۴۵ درجه قرار گرفته است نشان می دهد. همانطور که از شکل پیداست در هیچ روزی از سال در هنگام ظهر خورشید به صورت کاملا عمود بر ناظر نمی تابد. اما در روزهای آغازین فصل بهار و فصل پاییز یعنی اول فروردین و اول مهر که مصادف است با ۲۱ مارس و ۲۳ سپتامبر وضعیت شرقی– غربی کامل را در هنگام طلوع و غروب داریم. از این شکل به خوبی برمی آید که وضعیت خورشید نسبت به زمین در روزهای آغازین فصل بهار و پاییز وضعیتی میانی برای کل سال است. لذا با شناختی که از این موضوع به دست می آید در بخش های بعدی خواهیم دید که ردیاب های تک محوره از همین اصل استفاده می کنند. بر اساس شکلخورشید در ابتدای تابستان (۲۱ژوئن)  با بیشترین زاویه نسبت به افق در طول سال از موقعیتی بین شرق و شمال شرق طلوع کرده و در موقعیتی بین غرب و شمال غرب، غروب می کند . از آن پس وضعیت خورشید نسبت به زمین به گونه ای تغییر می کند که در ابتدای زمستان، اول دی (۲۱دسامبر) خورشید با کمترین زاویه نسبت به افق در طول سال از موقعیتی بین شرق و جنوب شرق طلوع و در موقعیتی بین غرب و جنوب غرب غروب می کند. شکل برای زمانی است که ناظر در نیمکره شمالی و در طول جغرافیایی ۴۵ درجه قرار گرفته است که در این صورت تمایل حرکت وضعیت خورشید نسبت به زمین به سمت جنوب است . همین موضوع هنگامی که ناظر در نیمکره جنوبی واقع باشد به سمت شمال خواهد بود. بدین معنی که اگر ناظر در نیمکره جنوبی قرار گرفته باشد شکلبا تمایل وضعیت خورشید به سمت شمال صدق می کند و در زمستان کمترین زاویه و در تابستان بیشترین زاویه نسبت به افق خواهد داشت. هرچه ناظر به خط استوا نزدیک تر باشد یعنی طول جغرافیایی ناظر به صفر درجه میل کند زاویه وضعیت خورشید نسبت افق بیشتر شده و به ۹۰ درجه میل می کند. اما هرچه طول جغرافیایی ناظر بیشتر گردد و ناظر به قطبها نزدیک تر شود زاویه وضعیت خورشید نسبت به زمین کاهش می یابد و به صفر درجه میل می کند تا جایی که در قطب ها وضعیت خورشید نسبت به زمین به صورت شکل در می آید.

شکل وضعیت خورشید نسبت به زمین برای زمانی که ناظر در قطب شمال واقع است را نشان می دهد. همانطور که از شکل پیداست در قطب در فصول پاییز و زمستان اثری از خورشید دیده نمی شود و کاملا شب خواهد بود از اولین روز بهار (۲۱ مارس) نور خورشید ظاهر شده و به مرور که به تابستان می رسیم ارتفاع نور خورشید افزایش می یابد تا در اول تابستان (۲۱ژوئن) به حداکثر میزان خود می رسد و پس از آن تا اول پاییز کاهش ارتفاع خورشید را خواهیم داشت . از این موضوع بر می آید که در قطب های کره زمین به واسطه تغییرات وضعیت زمین و خورشید نسبت به هم در شش ماه از سال آسمان روشن (روز) و در شش ماه دیگر آسمان تاریک (شب) خواهد بود.

برای مشخص کردن وضعیت دقیق خورشید نسبت به زمین در طول روز و برای همه ایام سال لازم است موقعیت خورشید را با استفاده از دو زاویه تعیین کرد. یک زاویه مربوط به حرکت تقریبا شرقی – غربی خورشید است که در طول هر روز صورت می گیرد(AZIMUTH ANGLE)و زاویه دیگر مربوط به حرکت ارتفاعی وضعیت خورشید نسبت به زمین است که برای هر روز با روز بعد و قبل از آن اندکی تغییر می کند ( ZENITH ANGLE).

 بررسی و مقایسه الگوریتم های مطرح در زمینه روابط هندسی زمین و خورشید

تعیین مشخصات لحظه ای خورشید ، شدت تابش و میزان تابش دریافتی به صورت ساعتی ، روزانه ، ماهانه و سالانه از مهمترین اطلاعاتی است که می توان توسط روابط هندسی بین زمین و خورشید به دست آورد. امروزه اهمیت فراوان پاسخگویی به درخواست های روزافزون در خصوص کسب اطلاعات انرژی خورشیدی از سوی کاربران و طراحان در شاخه های مختلف صنعتی ، کشاورزی ، گردشگری و معماری و . . . ضرورت تعیین و استفاده از روابط هندسی دقیق و مناسب بین زمین و خورشید را بیش از پیش نمایان کرده است. بر این اساس تا به امروز روابط والگوریتم های متعددی در خصوص هندسه زمین و خورشید ارائه گردیده است که در ادامه به منظور آشنایی بهتر با روابط هندسی زمین و خورشید نگرشی کوتاه به چند الگوریتم معتبر می گردد.

از آنجایی که مهمترین و اصلی ترین فاکتور در هندسه زمین و خورشید تعیین دقیق زاویه میل خورشید است. چرا که هم اولین نتیجه مهم حاصل از هر الگوریتم زاویه میل خورشید بوده و از طرف دیگر سایر مراحل ، محاسبات و روابط به مشخص بودن مقدار این فاکتور بستگی دارند. لذا معیار مناسبی جهت بررسی ، سنجش میزان دقت الگوریتم و همچنین مقایسه الگوریتم ها با یکدیگر به شمار می رود[۱۸]. از این رو و به منظور معرفی چند الگوریتم مطرح در هندسه زمین و خورشید به بررسی نحوه به دست آوردن زاویه میل در آن الگوریتم ها پرداخته می شود.

لازم به ذکر است ، مقدار واقعی زاویه میل خورشید که توسط سیستم های دقیق و معتبر نجومی اندازه گیری می شود هر ساله در نشریات مختلفی ارائه می گردد. مقادیر ارائه شده در این نشریات در واقع معیار سنجش نتایج حاصل از روابط هندسی مختلف در این زمینه محسوب می شوند. یکی از این نشریات معتبر Astronomical Ephemeris است که زاویه میل خورشید را به وقت جهانی UT ارائه می کند.یکی از الگوریتم های معتبر و قدیمی و ساده الگوریتم کوپر(Cooper) می باشد که در سال ۱۹۶۹ارائه گردیده است و در آن d از رابطه ذیل محاسبه می گردد.

d=23.45Sin(360(284+n)/365)

که در آن n روز در سال و به تقویم میلادی می باشد. پس از آن می توان به الگوریتم اسپنسر(Spencer) که در سال۱۹۷۱ارائه شده و با استفاده از رابطه ذیل، d را بر حسب رادیان محاسبه کرد اشاره کرد

d=0.006918-0.399912Cos(θ)+۰.۰۷۰۲۵۷Sin(θ)۰.۰۰۶۷۵۸Cos(2θ)+۰.۰۰۰۹۰۷Sin(2θ).۰.۰۰۲۶۹۷Cos(3θ)+۰.۰۰۱۴۸۰Sin(3θ)

θ=۲πdn/365

کهdn  شماره روز در سال میلادی است. بریچامبات(Brichambaut) در همان سال ها با ارائه الگوریتمی ،مقدارd  را به روش ذیل به دست آورد.

Sin (d) =0.4Sin g(n)

g(n)=2π(n -82)/365

که  nشماره روز در تقویم میلادی است . سازمان WMO (World Meteorological Organization) [6] در سال ۱۹۸۳ الگوریتمی را ارائه می کند که در آن d به صورت زیر محاسبه می گردد.

d=0.006918.0.399912Cosθ +۰.۷۰۲۵۷Sinθ-.۰.۰۰۶۷۵۸Cos2θ +۰.۰۰۰۹۰۸Sin2θ

θ=۲πdn/365

dn  شماره روز در تقویم میلادی است . بورگس(Bourges)در سال ۱۹۸۵ ، d را از طریق رابطه زیر محاسبه کرده است .

d=0.3723+23.2567Sinwt+0.1149Sin2wt-0.1712Sin3wt- 0.7580Coswt+0.365Cos2wt+0.201Cos3wt

W=360/365.2422

که در آن t زمان بر حسب روز از ابتدای سال خورشیدی است.میخالسکی(Michalsky)  در سال ۱۹۸۸ الگوریتم دقیقی را ارائه می کند که به عنوان الگوریتم آلماناک هم شناخته می شود و در آن d به صورت زیر محاسبه می گردد.

D=YEAR.1949

LEAP=INT(D /4)

Jd=2432916.5+ D*365+LEAP+DAY+HOUR/24

n=Jd.2451545.0

L(Mean long)=280.460+0.9856474*n                                                ۰ >=  L <360°

g(Mean Anomaly)=357.528+0.9856003*n                                         ۰   >=g <360

L(Ecliptic Long)=L+1.915Sin(g)+0.020Sin(2g)                                   ۰>=  L <360°

Ep(Obliquity of the Ecliptic)=23.439- 0.0000004*n

 Sind =Sin(Ep)*Sin(L)

در روابط فوق DAY شماره روز در سال میلادی و HOUR ساعت بر مبنای وقت جهانی (UT) می باشد.

تشریح الگوریتم کوپر  [COOPER]

 در میان الگوریتم های مختلف معرفی شده در این مبحث الگوریتم میخالسکی با دقتی در حدود ۰۰۰۳/۰ درجه دقیق ترین و الگوریتم کوپر با خطای حداکثر ۵/۱ درجه کم دقت ترین الگوریتم می باشد. البته الگوریتم های بسیار زیادی در این خصوص ارائه گردیده است که حتی دقت برخی از آنها بیشتر از الگوریتم میخالسکی می باشد که در این مطلب به آنها اشاره نشده است. علیرغم وجود خطای الگوریتم کوپر اما به خاطر اینکه یکی از ساده ترین روشهای ارائه شده به حساب می آید بطور گسترده تری مورد استفاده قرار گرفته است لذا در ادامه به تشریح محاسبه زوایای پرتو خورشید نسبت به زمین بر مبنای الگوریتم کوپر پرداخته می شود. گفتنی است الگوریتم های گوناگون ارائه شده برای به دست آوردن اطلاعات مختلفی در زمینه انرژی خورشیدی به کار برده می شوند و لزوما همه آنها منجر به محاسبه زوایای (Azimuth , Zenith) نمی شوند. در موضوع سیستم ردیابی خورشیدی ، هدف به دست آوردن زاویه مناسب صفحه سولار نسبت به پرتو خورشید در هر لحظه از زمان و برای هر نقطه از کره زمین می باشد. لازم است ابتدا زاویه میل خورشید برای روز مورد نظر در سال میلادی محاسبه شود لذا از رابطه ذیل استفاده می گردد

d=23.45Sin(360(284+n)/365))

حال لازم است زاویه ساعتی خورشید به دست آید که از رابطه ذیل استفاده می شود.

 ω=۱۵×(۱۲-watch)

حال با داشتن عرض جغرافیایی و به دست آوردن w و d می توان زاویه تابش خورشید نسبت به سطح افق ZENITH ANGLE و زاویه سمت خورشید  AZIMUTH ANGLE را به دست آورد و از روابط ذیل استفاده می گردد

 α = sin-1 [(sin(d)*sin(f)+cos(d)*cos(w)*cos (f)]

Z=180 – sin-1 [cos(d)*sin(w)/cos(α)]

که در آن ها n شماره روز در سال و w زاویه ساعتی خورشیدی و f عرض جغرافیایی ناظر می باشد. با توجه به اینکه لازم است صفحه سولار به گونه ای قرار گرفته باشد تا نور به صورت کاملا عمود بر آن بتابد لذا می بایست زاویه پنل خورشیدی از نظر زاویه سمت خورشید دقیقا با آن برابر و متناظر بوده و از نظر زاویه تابش در وضعیتی عمود بر آن قرار گیرد . با این توضیحات مشخص است که لازم است زاویه عمود بر زاویه تابش هم محاسبه گردد که از رابطه ذیل استفاده کرده و زاویه مناسب و عمود بر زاویه تابش را  به دست می آوریم.

  b=α+۹۰

 در ادامه با استفاده از روابط ارائه شده در قسمت قبل، موقعیت خورشید برای شهر تهران و در روزهای اول بهار (۲۱ مارس)، اول تابستان (۲۲ژوئن)، اول پاییز (۲۳ سپتامبر)و اول زمستان (۲۲ دسامبر) محاسبه شده و به صورت جدول۱-۱ مقادیر حاصله برای زوایای سمت و ارتفاع خورشید ارائه می گردد. همچنین به منظور مشخص کردن بهتر اختلاف این زوایا با هم با ارائه نمودارهای این زوایا، اختلاف بین موقعیت خورشید در این روزها بهتر نمایان می گردد. گفتنی است برای همه روزها محاسبه از ساعت ۶ صبح تا ۶ بعد از ظهر به ازا هر ساعت صورت گرفته است. گفتنی است به منظورسهولت در کار مقادیر ثبت شده در جدول حداکثر به میزان ۵/۰ درجه گرد شده اند.

نتایج حاصل از محاسبات موقعیت خورشید در 4 روز سال در تهران در مورد ساختار ردیابی خورشیدی توسط پنل نیروگاه خورشیدی

نتایج حاصل از محاسبات موقعیت خورشید در ۴ روز سال در تهران در مورد ساختار ردیابی خورشیدی توسط پنل نیروگاه خورشیدی

نمایش زوایای سمت خورشید در 4 روز سال در تهران در مورد ساختار ردیابی خورشیدی توسط پنل نیروگاه خورشیدی

نمایش زوایای سمت خورشید در ۴ روز سال در تهران در مورد ساختار ردیابی خورشیدی توسط پنل نیروگاه خورشیدی

نمایش زوایای تابش خورشید در 4 روز سال در تهران در مورد ساختار ردیابی خورشیدی توسط پنل نیروگاه خورشیدی

نمایش زوایای تابش خورشید در ۴ روز سال در تهران در مورد ساختار ردیابی خورشیدی توسط پنل نیروگاه خورشیدی

 بررسی روشهای مختلف ردیابی خورشید

 همانطور که گفته شد استفاده از سیستم های ردیاب خورشید یکی از عوامل مهم در بهبود عملکرد و افزایش میزان انرژی تولیدی در سیستم های خورشیدی می باشد و تا به امروز هم فعالیت های زیادی در این عرصه صورت گرفته است . روش های مختلف الکترونیکی، کنترلی، کامپیوتری و نجومی در به دست آوردن موقعیت خورشید مطرح گردیده است و مکانیزم های متعددی هم در هدایت و تنظیم استراکچر پنل خورشیدی به سمت پرتوهای خورشید طراحی گردیده است .با توجه به فعالیت های گسترده ای که در این خصوص و در بخش های مختلف آن صورت گرفته و به منظور تشریح بهتر انواع الگوریتم ها ، روش ها و مکانیزم ها ، لازم است انواع سیستم های ردیابی را طبقه بندی گردند.

هر سیستم ردیاب خورشیدی را می توان به دو بخش عمده تقسیم کرد که عبارتند از بخش اول سیستم کنترلی و بخش دوم مکانیزم و استراکچر .کلیه امور مربوط به ارسال ، دریافت و پردازش اطلاعات و داده ها ، انجام محاسبات لازم ، تصمیم گیری و صدور دستورات عملیاتی و اموری از این دست در بخش اول هر سیستم ردیاب خورشیدی انجام می گیرد . برپا نگهداشتن پنل های خورشیدی ، اجرای فرامین بخش کنترل در خصوص چرخش پنل ها به میزان مشخص و امور این چنینی بر عهده بخش دوم می باشد. لذا به منظور طبقه بندی سیستم های ردیاب خورشیدی می توان از این دو منظر به انواع سیستم های ردیاب خورشیدی نگاه کرد و آنها را مورد طبقه بندی قرار داد.

از این دو منظر چندین دسته بندی از سیستم های ردیاب ارائه گردیده است که در ادامه به ارائه و تعریف آنها پرداخته می شود.در یک دسته بندی انواع سیستم های ردیاب خورشیدی از نظر الگوریتم کنترلی به دو دسته الگوریتم کنترلی حلقه بسته و حلقه باز تقسیم شده اند[۸]. بر این اساس الگوریتم کنترلی حلقه بسته اینگونه است که این سیستم ها بر اساس دریافت فیدبک کنترلی کار می کنند. در این سیستم ها ، سیگنال هایی از سنسورهایی که موقعیت خورشید را تعیین می کنند به یک کنترلر ارسال می گردد و پس از انجام پردازش های لازم خروجی مناسب صادر می گردد. سنسور در این سیستم ها می تواند از انواع سنسورهای نوری مانند LDR ,PHOTO TRANSISTOR , PHOTO DIODE, SOLAR CELL و . . . بوده و یا با ارائه ایده هایی از اثر سایه به اشکال مختلف و یا از pyrheliometer یا گرماسنج خورشیدی استفاده شده باشد. سیستم هایی هم که بر اساس منطق فازی و یا بر اساس شبکه های عصبی طراحی می گردند در این دسته قرار می گیرند . الگوریتم حلقه باز به روش هایی اطلاق می گردد که در آنها ورودی سیستم توسط استفاده از فاکتورها و الگوریتم های خاصی محاسبه شده و بدون استفاده از فیدبک ، هدف تعیین می گردد. در این سیستم ها که اغلب بر اساس محاسبات ریاضی و بدون مشاهده خورشید موقعیت آن به دست می آید . فاکتورهایی مانند مشخصات موقعیت جغرافیایی محل نصب دستگاه و زمان بارگذاری دستگاه از نظر روز و ساعت از مهم ترین مواردی است که به عنوان ورودی به این سیستم ها داده می شود. این سیستم ها ساده تر و ارزان تر از انواع حلقه بسته بوده و خروجی پردازش ها به منظور اعمال کنترل مشاهده نمی گردد. سیستم های ردیابی پنل های فتو ولتائیک (سولار سل) خورشیدی برای نیروگاه های خورشیدی از نظر کنترل ۲ دسته اند. ۱- حلقه بسته ۲- حلقه باز که حلقه بسته استفاده از سنسور  را در برنامه دارد تا خورشید را رصد کند .  و نوع دیگر حلقه بسته به وسیله فرمولهای ریاضی جهت حرکت خورشید را پیش بینی میکند. نوع دوم ارزانتر میباشد.

 طبقه بندی سیستم های ردیابی خورشیدی www.mktop.ir

طبقه بندی سیستم های ردیابی خورشیدی www.mktop.ir


در دسته بندی دیگری که از هر دو منظر به سیستم های ردیاب خورشیدی نگریسته شده است سیستم های ردیاب خورشیدی از نظر سیستم کنترل به سه دسته که عبارتند از سیستم های کنترلی پسیو Passive ، سیستم های میکروپروسسوری و سیستم های الکترواپتیکال تقسیم شده اند و از نظر مکانیزم حرکتی هم به سه دسته استراکچر ثابت ، استراکچر تک محوری و استراکچر دو محوری دسته بندی شده اند.

در سیستم های پسیو  Passiveکه البته کاربرد بسیار کمی دارند از هیچ گونه کنترل الکترونیکی و یا موتور استفاده نمی کنند. ردیاب های خورشیدی پسیو بر اساس انبساط حرارتی مواد (اغلب فریون) یا تغییر شکل موادی خاص کار می کنند. معمولا این نوع از ردیاب ها ترکیبی از یک جفت عملگر(Actuator) هستند که بر خلاف هم کار می کنند. با برابر بودن میزان روشنایی بالانس شده و با بروز اختلاف در میزان تابش به آنها، نامتعادل شده و نیروی حاصل از آن برای چرخش دستگاه به منظور جهت یابی و متعادل شدن به کار می رود.

در این دسته بندی به سیستم هایی که به آنها سیستم های حلقه باز اطلاق می شود، از آنجا حتما برای انجام محاسبات ریاضی به نوعی، از میکروپروسسور استفاده شده و اصطلاحا Microcontroller Base  و یا Microprocessor Base هستند، سیستم های میکروپروسسوری گفته می شود. همچنین دسته سیستم های الکترواپتیکال هم دقیقا به همان دسته سیستم های حلقه بسته اطلاق می گردد.

سیستم های ثابت به سیستم هایی اطلاق می گردد که پنل خورشیدی در آنها چرخشی ندارد اما با زاویه ای مناسب نسبت به پرتوهای خورشید قرار داده می شود. در این طبقه بندی از نظر مکانیزم حرکتی سیستم های ثابت در زمره سیستم های ردیاب خورشیدی قرار داده شده اند. این موضوع از آن جهت است که در این   سیستم ها با توجه به موقعیت مکانی سیستم و وضعیت تابش خورشید در طول سال به آن نقطه ، نصب استراکچر و پنل خورشیدی به گونه ای صورت می گیرد که شرایط لازم برای دریافت حداکثری نور خورشید فراهم گردد. ثابت شده است که بهترین وضعیت قرار گیری یک پنل خورشیدی به صورت ثابت، وضعیتی است که در آن پنل از نظر زاویه سمت خورشید یا  AZIMUTH ANGLE به سمت جنوب و از نظر زاویه تابش یا زاویه ارتفاع (ZENITH ANGLE) در زاویه ای عمود بر زاویه تابش در زمانهای اعتدالین باشد. با تقریب خوبی این زاویه را می توان برابر با عرض جغرافیایی آن منطقه در نظر گرفت.

حرکت در سیستم های تک محوره به گونه ای است که استراکچر نسبت به یکی از زوایای سمت یا ارتفاع ثابت نگهداشته شده و فقط ردیابی در جهت زاویه دیگر صورت می گیرد. در این سیستم ها ثابت شده است که بهترین وضعیت نصب سیستم های تک محوره به صورتی است که حرکت ردیابی پنل در جهت غربی- شرقی یعنی در جهت زاویه سمت خورشید انجام گرفته و زاویه ارتفاع (ZENITH ANGLE) محور مانند پنل های ثابت باشد. در سیستم های دو محوره هم که یک محور به حرکت غربی- شرقی و محور دیگر جهت تنظیم زاویه ارتفاع (ZENITH ANGLE) استفاده می شود.

سیستم های دو محوره ردیابی را در هر دو جهت سمت و ارتفاع انجام داده و مسلما دریافت تابش بیشتر در کنار هزینه بیشتر را در بر خواهند داشت. در مقاله ای که به مقایسه سیستم های ثابت ، تک محوره و دو محوره از نظر میزان دریافت تابش خورشید صورت گرفته شده است میزان حداکثر بهره یک سیستم تک محوره نسبت به یک سیستم ثابت ۵۳/۳۷ درصد و حداکثر بهره یک سیستم دو محوره نسبت به یک سیستم ثابت ۸۷/۴۳ درصد بیان گردیده است.

انواع سیستم های ردیاب خورشیدی solar Tracker در نیروگاه های خورشیدی

از نظر سیستم کنترل :   

  ۱- سیستم پسیو      ۲-سیستم میکروپروسسوری     ۳-سیستم الکترواپتیکال

 از نظر مکانیزم حرکتی :

   ۱- سیستم ثابت         ۲-  سیستم تک محوره        ۳- سیستم دو محوره

انواع سیستم ردیابی خورشیدی نیروگاه خورشیدی طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی www.mktop.ir

انواع سیستم ردیابی خورشیدی نیروگاه خورشیدی طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی www.mktop.ir

مقایسه توان تولیدی در سیستم های دو محوره و ثابت در ردیاب خورشیدی در نیروگاه های خورشیدی طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی www.mktop.ir

مقایسه توان تولیدی در سیستم های دو محوره و ثابت در ردیاب خورشیدی در نیروگاه های خورشیدی طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی www.mktop.ir

در طبقه بندی دیگری سیستم های ردیاب خورشیدی به دو دسته عمده  Passive و  Active تقسیم بندی گردیده اند .در این طبقه بندی سیستم های Passive بر اساس تعریف دسته بندی قبلی بوده و منظور از سیستم های Active سیستم های مبتنی بر میکروپروسسور و یا سنسورهای الکترواپتیکال می باشد.همچنین از نظر تجاری سیستم های ردیاب خورشیدی به دو دسته تک محوری و دو محوری تقسیم می شوند.

تشریح استراتژی ردیابی هیبریدی در ردیابی خورشید و  ارائه مشخصات کلی

 در ادامه به بیان جزییات  روش های ارائه شده برای سیستم های ردیاب خورشیدی پرداخته می شود. به این منظور یکی از کاملترین و در عین حال پیچیده ترین الگوریتم های ارائه شده در زمینه  سیستم های ردیاب خورشیدی انتخاب شده است که در ادامه به تحلیل ساختار آن می پردازیم………..

امید داریم تا اینجای مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. جهت دریافت این طرح   مقاله جامع و فرمولها و روش های محاسباتی به صورت WORD + PDF  کامل به لینک دریافت زیر مراجعه نمایید. این مطلب بر اساس سیستم پایان نامه نویسی طرح شده است.

برای دریافت pdf + word بر روی کلیدزیر ،کلیک نمایید . 

قیمت: ۱۲۰۰۰ تومان

۸ دیدگاه. بیرون رفتن و ثبت نظرجدید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با این شرایط موافقت کنید

5 + هفده =

فهرست