مقاله تأثیر شیب پنل های فتوولتاییک بر میزان تابش دریافتی از خورشید در شهرستان مشهد- از این مطلب میتوانید در پایان نامه و مقاله سمینار و … خود استفاده بنمایید.
مقدمه
در این مقاله، شیب بهینه نصب پنلهای فتوولتاییک برای شهر مشهد با عرض جغرافیایی 16/36 درجه شمالی، براساس مدل ریاضی Jordan & Liu و به کمک داده های تابش اداره هواشناسی مشهد به دست آمد. نتایج نشان داد در شهر مشهد، نصب پنل خورشیدی با زاویه ی ثابت 30 درجه رو به جنوب باعث می شود میزان تابش دریافتی سالیانه از خورشید، 8 درصد نسبت به تابش افقی افزایش یابد. با تغییر فصلی شیب پنل (4 بار در سال)، این افزایش به 11 درصد خواهد رسید که در این حالت تقریباً بیشترین میزان تابش ممکن جذب خواهد شد.
واژه های کلیدی: انرژی خورشیدی، پنل فتوولتاییک، شدت تابش، شیب
مقدمه انرژی، مهمترین رکن توسعه و پیشرفت بشری در همه زمینه ها از صنعت گرفته تا کشاورزی و حمل و نقل می باشد. در میان انواع مختلف انرژی، انرژی خورشید، یکی از منابع تأمین انرژی رایگان، پاک و عاری از اثرات مخرب زیست محیطی است که از مهمترین کاربردهای آن می توان به تولید الکتریسیته به کمک سیستم های فتوولتاییک اشاره نمود. سیستم های فتوولتاییک به سبب داشتن مزایای بیشمار، به سرعت رو به گسترش هستند و روز به روز نقـش مهمتـری در تکنولـوژی منـابع تولیـد تـوان الکتریکی بازی می کنند. البته این سیستم ها علاوه بر مزایای فراوان دارای دو محدودیت اساسی می باشند: یکی بالا بودن هزینه و قیمت تجهیزات مورد استفاده و دیگری پایین بودن راندمان آن ها. شدت تابش خورشید، یکی از مهمترین عوامل تعیین کننـده بازده سیستم های فتوولتاییک می باشد.
کره ی زمین انرژی خورشید را به صورت تابش خورشیدی دریافت می کند. به طور کلی میزان انرژی تابشی خورشید به دو عامل اصلی وابسته است:
الف) زمان: ساعت، روز، روزسال (فصل) .
ب) مکان: عرض جغرافیایی.
علاوه بر ایـن نـوع پوشـش زمین و شرایط ابرناکی آسمان نیز بر میزان انرژی تابشی دریافتی از خورشید تأثیر دارند. بیشترین انرژی تابشی از خورشید زمـانی حاصل می شود که پرتوهای خورشید به طور عمودی به سطح مورد نظر بتابند. از آنجایی که خورشید همیشه در آسمان در حـال حرکت است و هر روز مسیر متفاوتی را می پیماید و به علت تفاوت در زاویه تابش در هر منطقه طـ ی روز و در روزهـا ی مختلـف سال، برای دریافت بیشترین انرژی تابشی مجبور به تغییر شیب و جهـت دریافـت کننـده هـای خورشـیدی از جملـه پنـل هـای فتوولتاییک هستیم. البته در برخی موارد از سیستم های ردیاب خورشیدی برای تعقیب کردن لحظـه ای مسـیر خورشـید اسـتفاده می شود که این روش به دلیل معایب و محدودیت هایی، همواره عملی نیست. راهکار جایگزین، استفاده از شیب و جهـت بهینـه برای نصب پنل هاست که مقدار آن در مناطق مختلف و در بازه های گوناگون سال متغیر می باشد. البته برای پنلهای ثابـت در مقایسه با پنلهای ردیاب که بیشینه تشعشع خورشید را ردگیری مینمایند، جهت عمومی جنوبی در نیمکره شمالی، منطقی ترین جهت به منظور جمع آوری تشعشعات خورشیدی است.
پیش از این تحقیقات گسترده ای برای تعیین شیب بهینه دریافت کننده های خورشیدی، در نقاط گوناگون دنیا انجـام شده که در تمام این تحقیقات مقدار شیب بهینه به صورت تابعی از عرض جغرافیایی مکان مورد مطالعه گزارش شده است (از قبیل طالبی زاده و همکاران، 1391؛ راشنگ و تانگ، 2004؛ حسین و همکـاران، 2004؛ اولگـن، 2006؛ مقـدم و همکـاران، 2011 .در تحقیقی که در سال 2011 صورت گرفته است، لوبیتز نشان داد که در شرایط آب و هوایی مناسب، برای عرضهای جغرافیایی کمتر از 65 درجه، زاویه شیب بهینه سالیانه تقریباً 9/0 عرض جغرافیایی محل می باشد. در برخی مناطق بهتر است زاویه شـیب تعیـین شده در تمام طول سال ثابت باشد اما گاهی اوقات برای دستیابی به راندمان بیشتر، می توان زاویه شیب را چندین بار در سال تغییر داد. طی تحقیقی در بررسی ماه های مختلف سال، روابطی برای تعیـین شـیب بهینـه برحسـب عـرض جغرافیـایی پیشـنهاد شـد 1997, Nijegorodov در سال 1391 طالبی زاده و همکاران، روابط ارائه شده توسط این محقق را برای شهرهای واقع در عرض جغرافیایی بین 20 تا 40 درجه شمالی بررسی نموده و روابط مناسب تری را پیشنهاد نمودند که در جدول مقایسه بین روابط پیشنهادی مختلف برای تعیین شیب بهینه ماهیانه (طالبی زاده و همکاران، 1391, Nijegorovo با هم مقایسه شده اند.
بررسی های عبدل زاده و همکاران (1387 (در شهرکرمان، نشان داد که مقادیر انرژی دریافتی از خورشید در یک سال به ترتیب با استفاده از زوایای بهینه مربوط به ماه، فصل و سال، در مقایسه با مقادیر انرژی دریافتی از خورشید در یک سـال روی سطح افق، 17 ،%9/15 %و 36/9 %افزایش یافته است. همچنین آزمایشاتی که توسط مقدم و همکاران (2011)در شهرهای زاهدان و بندرعباس صورت گرفت حاکی از آن است که اگر زاویه شیب بهینه تنها دو بار در سال تنظیم شود، نسبت به حالتی که سیستم درطول سال ثابت است، 8 %انرژی بیشتری دریافت می شود. شیب ثابت سالیانه برای کشور سوریه با عرض جغرافیایی 32 تـا 37 درجه شمالی، 56/30 درجه پیشنهاد شده است، نتایج بررسی ها روی عملکرد کلکتورهای خورشیدی در ایـن کشـور نشـان داد در مقایسه با کلکتورهایی که در یک سطح کاملاً افقی به طور ثابت نصب می شوند، استفاده از شیب بهینه کلکتور به صورت ماهیانه، فصلی و سالیانه به ترتیب 28 ،%26 %و 16 %افزایش در میزان انرژی دریـافتی از خورشـید را بـه همـراه دارد (2009, Sheiker) آزمایشات صورت گرفته در شهر مدینه نیز نشان داد در صورت تنظیم شیب پنلهای خورشیدی به صورت ماهیانه، در مقایسـه بـا حالتی که درطول سال از یک شیب ثابت استفاده شود، 8 %انرژی بیشتری از خورشید به دست می آید (2011, Benghanem ) باتوجه به اینکه میزان تابش خورشیدی به مقدار زیادی تابع موقعیت جغرافیایی و شرایط آب و هوایی محل می باشـد، لازم است چنین مطالعاتی در هر منطقه به طور مجزا صورت گیرد. لذا در این مقاله شیب بهینه نصب پنل های خورشـیدی بـرای شهر مشهد با عرض جغرافیایی 16/36 درجه شمالی، براساس یک مدل ریاضی محاسبه شده است.تأثیر شیب پنل های فتوولتاییک بر میزان تابش دریافتی از خورشید در شهرستان مشه
مواد و روشها تابش کل روی سطح شیبدار از مجموع سه مؤلفه به دست می آید که عبارتند از: تابش مستقیم، تابش پراکنده و تابش انعکاسی.
مقدار تابش کل در سطح افق توسط دستگاه های اندازهگیری در ایستگاه های هواشناسی در هر منطقه ثبـت مـی شـود. برای محاسبه تابش کل خورشید در سطوح شیبدار، مدلهای ریاضی زیادی گسترش یافته اند. این مدلها تنها تفاوتشان در نحوهی (Liu and Jordan, 1960; Koronakis, 1986; Rindle et al., 1990; Tian et al., 2001; )اسـت پراکنـده تـابش محاسبه (2002, Badescu) .رایج ترین مدل که در اکثر تحقیقات از آن استفاده شده است مدل Jordan & Liu می باشد که مقدار ضریب تابش در آن، از رابطه زیر به دست می آید:
Rb ضریب تابش مستقیم بوده که برای مناطق واقع در نیمکره شمالی از رابطهی گفته شده بدست میآید:
در این رابطه δ بیانگر زاویه انحراف محور کرهی زمین در روز مورد نظر می باشد:
n جمع روزهای سال از اول فروردین تا روز مورد نظر زاویه طلوع خورشید در سطح افق (ωs )و زاویه طلوع در سطح شیبدار(ώs )از روابط گفته شده قابل محاسبه است. 
ضریب صافی هوا (Kth ) بیانگر نسبت تابش کل در سطح افق به تابش روی همان سطح اگر در خارج از جو زمـین قـرار گرفتـه است. و تابش فراجو (H0) از رابطه زیر بدست می آید.
ISC ثابت خورشیدی است که مقدار آن در اکثر منابع 1367 وات بر متر مربع ذکر شده است. برای پیش بینی نسبت تابش پراکنده به تابش کل(Kdh ،(مدلهای ریاضی مختلفی وجود دارد، در تحقیقی، ابراهیم پور و همکاران (1388 (به مقایسهی برخی از ایـن مـدل هـا پرداختنـد و نهایتـاً مـدل 1997 (Hollands and Orgill) را بـرای اقلیمهای ایران مناسب تر اعلام کردند. در این مدل، نسبت تابش پراکنده به تابش کل با توجه به محدودهی ضریب صافی هوا از رابطهی (9 (به دست می آید:تأثیر شیب پنل های فتوولتاییک بر میزان تابش دریافتی از خورشید در شهرستان مش
ρ ضریب انعکاس زمین بوده که مقدار آن بسته به نوع پوشش محیط از 2/0 تا 8/0 متغیر است. در این مطالعه، مقدار این ضریب با توجه به پوشش سنگی زمین در محل انجام آزمایشات میدانی، 3/0 در نظر گرفته شد. براساس معادلات ذکر شده، مقادیر ضریب صافی هوا و نسبت تابش پراکنده برای مـاه هـای مختلـف در شـهر مشـهد محاسبه گردید. مقادیر تابش کل روی سطح افق، برای سه سال متوالی (2008 تا 2011) از ادارهی هواشناسی مشهد بهدست آمد و میانگین گیری شد. نهایتاً با جایگذاری همهی مقادیر در رابطه گفته شده برای شیب های از 0 تا 90 درجه، زاویه در حالتی که تابش در آن از همه بیشتر شد به عنوان شیب بهینه در هر ماه در نظر گرفته شد. به کمک شیب به دست آمده برای هر ماه، شیب فصـلی و سالیانه نیز محاسبه شد. برای بررسی صحت محاسبات صورت گرفته، آزمایشات میدانی در محل آزمایشگاه فتوولتاییک پژوهشکده هوا خورشید مشهد صورت گرفت. بدین منظور از سه پنل خورشیدی مونو کریستال ساخت شرکت آریا سولار استفاده شد و متناسب با ابعاد این پنل ها 3 سازه قابل تنظیم ساخته شد. مشخصات فنی این پنل ها در جدول ذکر شده است.
در هر ماه هرکدام از پنل ها روی شـیب هـای محاسـباتی سـالیانه، فصـلی و ماهیانـه قـرار گرفـت و تـابش رسـیده به پنـل هـا بـه کمـک سـلول مرجـع ، نصـب شـده در کنـار پنـل ثبـت گردیـد. هـر سـه پنـل رو بـه جنـوب نصـب شـدند. داده برداری ها از ساعت 9 الـی 14 بـا فاصـله زمـانی یـک سـاعت انجـام مـی شـد و ……..
امید داریم تا اینجای مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. جهت دریافت ادامه مطلب به صورت کامل PDF+Word به لینک دریافت زیر مراجعه نمایید. این مقاله کلیه مطالب آن دارای رفرنس میباشد.
برای دریافت pdf+Word بر روی کلیدزیر ،کلیک نمایید .
قیمت: 5000تومان
