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

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:198
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

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

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

فهرست
عنوان صفحه
مقدمه 1
تاريخچه 4
زمين و انرژي خورشيدي 9
وضعيت انرژي در ايران 15
زواياي خورشيدي 20
وسايل اندازه گيري تابش خورشيدي 41
انرژي خورشيدي و مقايسه‌ي آن با انرژي هاي ديگر 46
انواع تكنولوژي هاي انرژي خورشيدي 53
تابش خورشيد 60
عملكرد سلول هاي خورشيدي 73
ذخيره سازي انرژي 85
سيستم هاي گرما خورشيدي 106
آبگرمكن خورشيدي براي گرمايش ساختمان و مصرف 113
آبگرمكن خورشيدي براي گرمايش و سرمايش 116
سيستم هاي تهيه‌ي آب شيرين خورشيدي 118
طراحي و محاسبات آبگرمكن خورشيدي 143
محاسبات دستگاه آب شيرين كن خورشيدي 161
سيستم هاي خشك كن خورشيدي 165
سيستم هاي سرد كننده خورشيدي 179
اولين ساختمان خورشيدي در ايران 184
منابع و مآخذ 197

مقدمه
تحقيقات و اختراعات و بهره گيري از انرژي هاي مختلف، از اساسي ترين و مهمترين گامهايي هستند كه انسانها در طول تاريخ در راه پيشرفت جوامع خود برداشته اند. رشد علم و صنعت و فن آوري در جهان امروز، روشهاي مختلف استفاده از انرژي را كه در دوران قبل از انقلاب صنعتي معمول بوده دگرگون كرده، و شناخت منابع انرژي هاي جديد، تحولي عظيم در توسعه صنعتي و تكامل اجتماعي بشر به وجود آورده است.
خورشيد عامل و منشأ انرژي هاي گوناگوني است كه در طبيعت موجود است از جمله: سوختهاي فسيلي كه در اعماق زمين ذخيره شده اند، انرژي آبشارها و باد، رشد گياهان كه بيشتر حيوانات و انسان براي بقاي خود از آنها استفاده مي كنند، مواد آلي كه قابل تبديل به انرژي حرارتي و مكانيكي هستند، امواج درياها، قدرت جزر و مد كه براساس جاذبه و حركت زمين بدور خورشيد و ماه حاصل مي شود، اينها همه نمادهايي از انرژي خورشيد هستند. انرژي هسته اي را مي توان يك استثناء كلي دانست، با اينكه امروزه يكي از منابع مهم توليد انرژي در جهان شناخته شده است. انرژي اتمي احتياج به فن آوري بسيار پيشرفته و پرهزينه دارد كه در موقع استفاده از آن، خطرات احتمالي و مضرات آنرا نيز بايد مدنظر داشت. با مطالعه در تاريخ انسانها، مشاهده مي شود كه انرژي قابل استفاده براي انسان نخستين، تنها قدرت بدني او بود. مدتها گذشت تا توانست با رام كردن حيوانات و به خدمت گرفتن ساير انسانها و همچنين سوزاندن درختان، احتياجات خود را برطرف كند. بالاخره انسان با دستيابي به منابع سوختهاي فسيلي مثل ذغال سنگ و نفت و گاز قدرت مادي خويش را به طرز بيسابقه اي افزايش داد.
استفاده از قدرت باد در آسيابها و توربين ها، و كشتيراني و بكارگيري انرژي آب در چرخها و توربينهاي آبي، پس از گسترش معمولمات علمي و فن آوري بشر امكان پذير شد.
دستيابي به قوانين فيزيكي و اصول علمي انرژي هاي مختلف و نحوه استفاده هاي گوناگون از آنها، زندگي بشر را راحت تر و طرز فكر او را متوجه ماديات ساخت.
وابستگي شديد جوامع صنعتي به منابع انرژي بخصوص سوختهاي نفتي و بكارگيري و مصرف بي رويه آنها، منابع عظيمي را كه طي قرون متمادي در لايه هاي زيرين زمين تشكيل شده است تخليه مي نمايد. با توجه به اينكه منابع انرژي زيرزميني با سرعت فوق العاده اي مصرف مي شوند و در آينده اي نه چندان دور چيزي از آنها باقي نخواهد ماند، نسل فعلي وظيفه دارد به آندسته از منابع انرژي كه داراي عمر و توان زيادي هستند روي آورده و دانش خود را براي بهره برداري از آنها گسترش دهد.
خورشيد يكي از دو منبع مهم انرژي است كه بايد به آن روي آورد زيرا به فن‌آوري‌هاي پيشرفته و پرهزينه نياز نداشته و مي تواند بعنوان يك منبع مفيد و تأمين كننده انرژي در اكثر نقاط جهان بكار گرفته شود. بعلاوه استفاده از آن برخلاف انرژي هسته اي، خطر و اثرات نامطلوبي از خود باقي نمي گذارد و براي كشورهائيكه فاقد منابع انرژي زيرزميني هستند، مناسبترين راه براي دستيابي به نيرو و رشد و توسعه اقتصاد مي باشد.
ايران با وجود اينكه يكي از كشورهاي نفت خيز جهان بشمار مي رود و داراي منابع عظيم گاز طبيعي نيز مي باشد، خوشبختانه بعلت شدت تابش خورشيد در اكثر مناطق كشور، اجراي طرحهاي خورشيدي الزامي و امكان استفاده از انرژي خورشيد در شهرها و شصت هزار روستاي پراكنده در سطح مملكت، مي تواند صرفه جويي مهمي در مصرف نفت و گاز را به همراه داشته باشد.
فن آوري ساده، آلوده نشدن هوا و محيط زيست و از همه مهمتر ذخيره شدن سوختهاي فسيلي براي آيندگان،‌ يا تبديل آنها به مواد و مصنوعات پر ارزش با استفاده از تكنيك پتروشيمي، از عمده دلايلي هستند كه لزوم استفاده از انرژي خورشيد را براي كشور ما آشكار مي سازند.
تبديل انرژي خورشيد بهر شكلي مطلوب مي باشد ولي امكانات اقتصادي طرحهاي مختلف بايد دقيقاً سنجيده شوند. امروزه استفاده از انرژي حرارتي خورشيد براي گرم كردن منازل، از لحاظ فن آوري امكانپذير مي باشد. از نظر اقتصادي نيز بعلت افزايش روزافزون قيمت سوختهاي فسيلي و ساير منابع انرژي و تلاش متخصصين در كاهش هزينه مواد اوليه و لوازم مورد نياز براي جمع آوري حرارت و پرتوهاي خورشيدي محققين و دانشمندان را در جهت مطالعه و بهينه سازي سيستمهاي خورشيدي تشويق نموده و به پيشرفتهاي مهمي نيز دست يافته اند. مراكز و سازمانهاي معتبر علمي و پژوهشي جهان نيز همه ساله سمينارها و كنفرانسهاي مختلفي را در رابطه با مسائل انرژي، بخصوص انرژي خورشيدي تشكيل داده و تبادل اطلاعات از پژوهشهاي جديد را ممكن مي سازند. اميد است در ايران نيز تشكيل چنين سمينارها و سخنرانيها، مردم را با روشهاي استفاده از انرژي خورشيدي آشنا ساخته و كاربرد آنها را ميسر سازد.

تاريخچه
شناخت انرژي خورشيدي و استفاده از آن براي منظورهاي مختلف، بزمان ماقبل تاريخ باز مي گردد شايد به دوران سفاليگري، در آن هنگام روحانيون معابد به كمك جامهاي بزرگ طلائي سيقل داده شده و اشعه خورشيد، جهت روشن كردن آتشدانهاي محراب استفاده مي كردند، و يا در دوران فراعنه مصر در دوره آمنوفيس سوم (سالهاي 1419-1455 قبل از ميلاد) بر اثر تابش خورشيد بر مجسمه هاي ناطق، هواي داخل آنها گرم و مجسمه ها بصدا در مي آمدند، همچنين بالاي مقبره ممنن پسر آمنوفيس پرنده اي نصب كرده بودند كه بوسيله تابش خورشيد صبحگاهي، پرنده به صدا در مي آمد.
مهمترين روايتي كه در رابطه با استفاده از تابش خورشيد بيان شده داستان ارشميدس دانشمند و مخترع بزرگ يونان قديم (سالهاي 212-287 ق-م) مي باشد كه ناوگان روم را با استفاده از انرژي حرارتي خورشيد به آتش كشيد. گفته مي شود كه ارشميدس با نصب تعداد زيادي آئينه هاي كوچك مربعي شكل در كنار يكديگر كه روي يك پايه متحرك قرار داشته است اشعه خورشيد را از راه دور روي كشتيهاي روميان متمركز ساخته و باين ترتيب آنها را به آتش كشيده است. بهمين علت از ارشميدس به عنوان بنيانگذار استفاده از تابش خورشيد نام مي برند درحاليكه منابع مصري قديميتر از آنست.
روميان در تاريخ مي نويسند كه آنها مغلوب يك نيروي نامرئي شدند و اعتقاد پيدا كرده بودند كه با خدايان در حال جنگ هستند. سوال اين است كه آيا ارشميدس اطلاعات كافي درباره علم اپتيك داشته و يا از روش ساده اي براي متمركز كردن اشعه خورشيد در يك نقطه استفاده كرده است. گويا اين دانشمند كتابي بنام آئينه‌هاي آتش‌زا نوشته بود ولي متأسفانه نسخه اي از آن جهت روشن شدن مطلب موجود نيست. شايد اين كتاب در حمله ايكه چند سال بعد بوسيله روميان انجام و باعث فتح يونان گرديد نابوده شده باشد زيرا كه در اين حمله روميها خود ارشميدس را هم كشتند.
حدود 1800 سال پيش از ارشميدس شخصي به نام كيرچر (A.KIRCHER سال 1610-1680) شاهكار ارشميدس را تكرار كرد و با استفاده از تعدادي آئينه، يك لنگرگاه چوبي را از فاصله دور آتش زد و ثابت كرد كه داستان حقيقت دارد. در سال 1615 سالمون (SALMON DE CAUM) اهل فرانسه بيانيه اي راجع به موتور خورشيدي منتشر كرد. او با استفاده از تعدادي عدسي كه در يك قاب نصب شده بودند اشعه خورشيد را برروي يك استوانه فلزي سربسته كه قسمتي از آن از آب پر شده بود متمركز نمود. تابش خورشيد باعث گرم شدن هواي داخل استوانه شده و با انبساط هوا، فشار داخل محفظه افزايش يافته و آب به بيرون رانده مي شد. اين وسيله با اينكه جنبه اسباب بازي داشت ولي در واقع براي ايجاد علاقه جهت استفاده از انرژي خورشيد بي تأثير نبود.
در قرن هيجدهم ناتورا اولين كوره خورشيدي را در فرانسه ساخت. بزرگترين كوره او از 360 قطعه آئينه تخت كوچك تشكيل شده بود كه هركدام بطور مستقل اشعه خورشيد را به يك نقطه متمركز مي كردند. اين محقق كوره كوچكتري را نيز كه از 168 قطعه آئينه تشكيل شده بود در سال 1747 طراحي و توليد كرد و بوسيله آن يك تل چوبي را در فاصله 60 متري آتش زد.
دستگاههاي خوراك پز خورشيدي اولين بار بوسيله شخصي بنام (ICHELAS DE SAUCCER 1740-1799) ساخته شد، اجاق او شامل يك جعبه عايق شده با صفحه سياهرنگي بود كه قطعات شيشه اي درپوش آنرا تشكيل مي دادند، اشعه خورشيد با عبور از ميان شيشه ها وارد جعبه شده و بوسيله سطح سياه جذب و درجه حرارت داخل جعبه را به 88 درجه سانتيگراد افزايش مي داد.
آنتوني لاوازيه (1743-1794) خالق شيمي نوين براي كسب بيشترين انرژي از خالص‌ترين منبع حرارتي، تحقيقاتي در كوره هاي خورشيدي انجام داد و كوره اي ساخت كه براي تشكيل يك عدسي محدب اين كوره از دو صفحه شيشه اي كه بين اين دو صفحه با الكل پر شده بود، استفاده نمود. عدسي مايع بقطر 130 سانتيمتر و بفاصله كانوني 320 سانتيمتر بود. چون قدرت انكسار اين عدسي مايع براي بدست آوردن درجه حرارت زياد در كانون آن موثر نبود، لاوازيه عدسي كوچك ديگري را در كانون آن قرار داد و با كوچكتر كردن فاصله كانوني موثر، اين دستگاه قادر شد حتي پلاتنيوم را در دماي 1760 درجه سانتيگراد ذوب نمايد.
بسمر (BESSMER- 1813-1898) پدر فولاد جهان حرارت موردنياز كوره خود را با استفاده از انرژي خورشيدي تأمين كرد. در قرن نوزدهم تلاشهايي جهت تبديل انرژي خورشيدي به ديگر فرمهاي انرژي مثل توليد بخار و استفاده در موتورهاي بخار انجام گرفت، در اين سالها چندين موتور بخار خورشيدي ساخته شده و مورد آزمايش قرار گرفتند.
در سال 1878 موشو (MOUCHOT) اولين كلكتور خورشيدي با متمركز كننده مخروطي شكل را طراحي كرد. آئينه هاي داخل مخروط تمام اشعه هاي خورشيدي را در نقطه اي در وسط مخروط ناقص كه جذب كننده اي در آنجا نصب شده بود متمركز مي كرد.
اين كلكتور را اكسيكون (AXICON) مي ناميدند. اولين اكسيكون بزرگي كه ساخته شد شامل يك صفحه از جنس نقره با قطر 540 سانتيمتر و بسطح 2/18 مترمربع بود. وزن آن با كليه قسمتهاي متحرك در حدود 1400 كيلوگرم بود و قدرت داشت 78درصد از انرژي خورشيدي تابيده شده را جذب كند. ولي از آنجا كه در اين طرح تابش خورشيد بجاي يك نقطه در يك سطح متمركز مي شد داراي شدت كمتري بود. قدرت توليدي مخروط ناقص موشو براي راه اندازي ماشين بخاري بقدرت 5/1 كيلووات كافي بود كه تقريباً 3% از انرژي جذب شده را تحويل مي داد در صورتيكه ماشينهاي بخار ذغال سنگي قادر به تحويل 9% تا 11% انرژي دريافتي مي باشند. طي سالهاي بعد، انرژي اخذ شده از خورشيد، در واردي نظير تأمين قدرت ماشينهاي چاپ و يا تقطير و شيرين كردن آب استفاده گرديد.
اريكسون مبتكر سيكل موتور هواي گرم، قدرت موردنياز آزمايشات خود را بوسيله يك متمركز كننده پارابوليك دريافت مي كرد، اين شخص با يك سطح انعكاسي برابر با 3/9 مترمربع در حدود 7/0 كيلووات انرژي دريافت مي كرد.
در سال 1880 اولين كلكتور تخت خورشيدي بوسيله چارلز تلي ير (TELIER) ساخته شد.
در سال وستر (E-wester) پيشنهاد استفاده از انرژي خورشيدي در ترموكوپلها را ارائه داد. باين ترتيب كه با متمركز كردن انرژي خورشيدي برروي ترموكوپل و با استفاده از اساس كار آنها و با ايجاد منابع گرم و سرد، انرژي الكتريكي در دو سر سيمهاي نيكل و آهن ايجاد نمود.
در قرن نوزدهم دستگاههاي آب شيرين كن خورشيدي رواج پيدا كردند و دستگاههايي ساخته شدند كه قادر بودند در روزهاي آفتابي روزانه حدود 20000 ليتر آب مقطر توليد نمايند.
در قرن بيستم (قرن حاضر) استفاده از كلكتورها جهت توليد بخار در نيروگاههاي برقي مورد توجه زياد قرار گرفته است. گرم كردن ساختمانها با استفاده از انرژي خورشيد، ايده تازه اي بود كه در سالهاي 1930 مطرح و در يك دهه به پيشرفتهاي قابل توجهي نائل آمد.
اولين خانه خورشيدي در انستيتو تكنولوژي ماساچوست آمريكا (MIT) در سال 1938 ساخته شد. پيشرفت در طراحي و ساخت خانه هاي خورشيدي و آبگرم كنها آنچنان سريع بود كه تصور مي شد تا سال 1970 گرمايش ميليونها خانه در كشورهاي مختلف بوسيله انرژي خورشيد تأمين خواهد شد اما نه تنها چنين نشد آمار نشان مي دهد كه گرمايش خورشيدي در سالهاي 1970 نسبت به سال 1955 كمتر هم شده بود.
علت چه بود؟
بالابودن هزينه اوليه چنين سيستمها، و در عين حال عرضه نفت و گاز ارزان، سد راه پيشرفت اين سيستمها شده بود. اما بحران انرژي در سال 1974 و از طرفي پيشرفت تكنيك ساخت كلكتورهاي مختلف خورشيدي و احتمال كاهش و يا اتمام بعضي از منابع زيرزميني، بار ديگر توجه جهانيان را به انرژي خورشيدي جلب كرده و تلاشهاي زيادي در اكثر كشورهاي مختلف جهان، در جهت تكامل و پيشرفت اين تكنيك صورت مي گيرد.
در عصر حاضر از انرژي خورشيدي توسط سيستمهاي مختلف و براي مقاصد متفاوت استفاده و بهره گيري مي شود كه اهم آنها عبارتند از:
1- سيستمهاي فتوبيولوژيك: تغييراتي كه در حيات و زيست گياهان و جانداران بوسيله نور خورشيد و فتوسنتز ايجاد مي گردد، فرآيند تجزيه كود حيوانات و استفاده از گاز آن.
2- سيستمهاي فتوشيميايي: تغييرات شيميايي در اثر نور خورشيد- الكتروليزهاي نوري- سلولهاي فتوولتائيك الكتروشيمي- تأسيسات تهيه هيدروژن
3- سيستمهاي فتوولتائيك: تبديل انرژي خورشيد به انرژي الكتريكي- سلولهاي خورشيدي.
4- سيستمهاي حرارتي و برودتي: شامل سيستمهاي تهيه آبگرم- گرمايش و سرمايش ساختمانها- تهيه آب شيرين- سيستمهاي انتقال و پمپاژ- سيستمهاي توليد فضاي سبز (گخانه‌ها)- خشك كنها و اجاقهاي خورشيدي- سيستمهاي سردسازي- برجهاي نيرو- خشك كن هاي خورشيدي- نيروگاههاي خورشيد.

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت