کلکتور های خورشیدی و کاربرد آنها در صنعت

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:170
قالب بندی:word قابل ویرایش

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

چکیده

چکیده ۱

در این فصل ابتدا مشخصات تابش خورشید در خارج از جو زمین، سپس مقدار آن با روش ریاضی در روی سطح زمین تشریح می­گردد. آنگاه روشی که با کمک آن براحتی می­توان مقدار انرژی رسیده به یک محل دلخواه را محاسبه نمود. ملاحظه خواهد شد در صو رتیکه اطلاعات هواشناسی موجود باشد، بهتر است از آن برای بهینه نمودن طراحی سیستم خورشیدی استفاده نمود.

برای آنکه طراح سیستم خورشیدی شدت تابش رسیده به دهانه ورودی کلکتور را پیش­بینی نماید باید بداند که چه مقدار تابش خورشید به واحد سطح در آن نقطه می رسد و امتداد این تابش چگونه است. لذا ابتدا محل خورشید در آسمان باید مشخص شود سپس از ترکیب شدت تابش و امتداد کلکتور نسبت به خورشید، طراح مقدار انرژی رسیده به کلکتور را برآورد می­نماید.

مقدمه ۲

خورشید تنها منبع انرژی تجدید پذیر، در مرکز منظومه­ی شمسی است. انرژی خورشید در ۲۴ ساعت شبانه­روز و در ۳۶۵ روز سال به صورت امواج الکترومگنتیک به زمین می­تابد.

درجه حرارت سطح خارجی خورشید حدود ۶۰۰۰ درجه کلوین است. قسمت کوچکی از انرژی خورشید به ما در زمین می رسد زیرا، اولا ً: این انرژی در تمام جهات منتشر شده و یک قسمت جزئی از آن بعد از طی فاصله بین زمین و خورشید به سطح خارج اتمسفر زمین می رسد. ثانیا ً: با گردش زمین حول محورش، هر وسیله برای دریافت انرژی خورشید در روی زمین صرفا ً در روز ( تقریبا ً نصف شبانه روز ) انرژی خورشید را دریافت می­کند. ثالثاً: از امواج رسیده به خارج جو زمین، تا رسیدن آنها به سطح زمین حدود ۳۰ % دیگر از آن تلف می­شود. بعلاوه شرایط آب و هوا می تواند انرژی رسیده به زمین را بیش از درصد فوق باز هم کاهش دهد.

مقدار انرژی که به واحد سطح زمین در واحد زمان می­رسد، بنام شدت تابش خورشید نامیده می­شود. واحد اندازه­گیری شدت تابش خورشید وات بر متر مربع (    ) است. شدت تابش مقداری لحظه­ای است و با زمان می­تواند تغییر نماید. ماکزیمم شدت  تابش برای تعیین شرایط پیک انرژی دریافتی سیستم بکار می­رود. اگر مکانیزم ذخیره­سازی در طراحی سیستم مورد نظر باشد، طراح می­بایست از تغییرات شدت تابش خورشید نسبت به زمان آگاه باشد، تا بتواند طراحی سیستم را بهینه کند.

بعلاوه، طراح سیستم خورشبدی لازم است بداند چه مقدار انرژی خورشیدی در روز، ماه یا سال به سیستم خورشیدی رسیده است. جمع مقدار انرژی رسیده، مقدار تابش خواهد بود. مقدار تابش با واحد ژول بر متر مربع ( ) و یا بیشتر با واحد ( ) اندازه­گیری می­شود. همانطور که در بخش بعد شرح داده خواهد شد، مقدار تابش و یا مقدار تشعشع به طور ساده جمع انرژی امواج رسیده در طول یک زمان دلخواه است.

فصل اول ۴

انرژی خورشید ۴
(۱-۱)- مشخصات نور خورشید در بالای جو زمین ۵

منبع اصیل انرژی ما خورشید، در مقایسه با سایر ستارگان ستاره­ای با اندازه، عمر و نوری متوسط است که در روی یکی از بازوهای کهکشان راه شیری قرار دارد. روشنایی این ستاره را نیز با توجه به دمای سطحی آن که معادل ۶۰۰۰ درجه کلوین است در مقایسه با گروهی از ستارگان با دمای ۱۶۰۰۰ درجه کلوین و گروهی دیگر با دمای ۳۰۰۰ درجه کلوین می­توان به طور نسبی متوسط دانست.

حدس بر آنست که در خورشید گازهای هیدروژن و هلیم ترکیب شده و در آن پدیده ذوب اتمی انرژی­ای با شدت    وات در بدنه خورشید آزاد می­شود.

قسمت اعظم انرژی الکترومگنتیک رسیده به زمین از پوسته خارجی خورشید بنام فتوسفر است. قطر تقریبی خورشید    بوده و در فاصله   از زمین قرار دارد.

(۱-۲)- مقدار ثابت خورشید ۵
(۱-۳)- طیف خورشید در بالای جو ۶
(۱-۴)- شدت تابش خورشید در خارج جو ۸
(۱-۵)- مقدار تابش بر روی سطحی به مساحت واحد ۱۰
مشخصات امواج خورشید در سطح زمین ۱۳
(۱-۲-۱)- اثر جو زمین ۱۴
(۱-۲-۲)- اندازه گیری طیف خورشید ۱۷
(۱-۲-۳)- شکل خورشید ۱۹
(۱-۲-۴)- مدلهای ریاضی تعیین شدت تابش خورشید ۲۱
(۱-۲-۵)- زوایای هندسی خورشید نسبت به زمین ۲۷
(۱-۲-۶)- زمان ۲۸
(۱-۲-۷)- زاویه ساعت( ) : ۲۸
(۱-۲-۸)- زمان واقعی خورشید : ۲۹
(۱-۲-۹)- رابطه زمان : ۳۱
(۱-۲-۱۰)- تبدیل زمان : ۳۵
زاویه انحراف( ) : ۳۵
زاویه عرض جغرافیایی( ) ۳۸
(۱-۸)- زاویای فراز خورشید، قطبی یا سمت الراس و سمت خورشید : ۳۹
(۱-۱۰)- زمانهای مهم روزانه و فصلی ۵۳

فصل دوم ۵۶

کلکتورها ۵۶

گردآورنده­ها (کلکتورهای) تخت خورشیدی از متداولترین وسایل برای تبدیل انرژی خورشیدی به گرمای مفید می­باشند. یک گردآورنده خورشیدی را می­توان به عنوان نمونه­ای خاص از مبدل حرارتی در نظر گرفت که انرژی تابشی خود را به گرما تبدیل می­کند. البته گرد آورنده­های خورشیدی در مقایسه با سیستم­های مبدل گرما دارای تفاوت­هایی می­باشند در مبدل­های حرارتی، انتقال حرارت معمولا ” از طریق جابجایی و هدایت از سیالی به سیال دیگر به مقدار خیلی زیاد انجام می­گیرد و بطور عملی انتقال حرارت از طریق تشعشعی در آنها بسیار ناچیز است، درحالی که در یک گردآورنده خورشیدی، انتقال حرارت از طریق تشعشع نقش اساسی دارد.

انواع گردآورنده خورشیدی : ۶۶
گردآورنده صفحه تخت : ۶۶
گردآورنده بشقابی نوع ۱: ۶۷
گردآورنده بشقابی نوع ۲ : ۶۷
گردآورنده با آینه ثابت : ۶۸
تکنولوژی کلکتور های خورشیدی ۶۹

۱-طرح خورشیدی غیر فعال

این اصطلاح در بر گیرنده ی تکنولوژی های متنوعی است که گرما را در ماه های زمستان داخل ساختمان به تله می اندازد در حالی که از گرم شدن بیش از حد آن در ماه های تابستان جلوگیری می شود. طرح خورشیدی غیر فعال ترکیبی از ویژگی های ساختمانی است که می تواند به طور قابل توجه نیاز به گرمایش مکانیکی و روشنایی الکتریکی را کاهش دهد. ساختمان های جدید امکانات بهتری برای بکارگیری طرح خورشیدی فعال پیشنهاد می کنند که می تواند در آینده مورد توجه قرار گیرد.

در طراحی فعال ۵ عامل اصلی دخالت دارند:

  • مقدار زیاد عایق پوشی
  • سطح داخلی که تابش خورشیدی را جذب می کند.
  • جرم حرارتی که گرما را ذخیره کند و از بیش گرمایش خلوگیری کند.
  • سیستم توزیع که گرما را از جرم حرارتی بگیرد و در ساختمان به گردش در آورد.
  • سیستم کنترل که از گرمایش بیش از حد و یا کم جلوگیری کند.

انواع طراحی خورشیدی غیر فعال:

  • سیستم های دستیابی مستقیم
  • سیستم های دستیابی غیر مستقیم
  • سیستم های مقابل آفتاب

جدول ۱ خلاصه ای از انواع سیستم های خورشیدی غیر فعال را نمایش می دهد.

جدول ۱

۲-کلکتور های حرارتی خورشیدی

دو نوع کلکتور حرارتی وجود دارد:

  • صفحات تخت
  • لوله ی خلاء

جزء کلیدی هر دو نوع کلکتور های تخت و خلاء ، جذب کننده است. سطحی است معمولا تخت که تابش خورشیدی روی آن می تابد و داخل لوله ها یا کانال های میانی می کند که سیال انتقال دهنده ی گرما را می تواند به گردش در آورد.

۲-۱ کلکتور های صفحه تخت: انواع مختلفی از کلکتور های صفحه تخت وجود دارد:

شیشه پوشیده : با پایه ی مایع یا هوا

غیر شیشه پوشیده: با پایه ی مایع یا هوا

در جدول ۲ انواع کلکتور های صفحه تخت و کاربردشان ارائه شده است.

جدول ۲

زمان مقایسه و انتخاب کلکتور های صفحه تخت لازم است درمساحت کلکتور که توسط کارخانه ها اعلام می شود احتیاط شود. ممکن است مساحت ناخالص gross area ، مساحت جذب کننده absorber area یا مساحت دهانه aperture area باشد ، همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است.

۲-۲ کلکتور های لوله ای خلاء : این نوع کلکتور ها معمولا کارایی بالاتری از کلکتور های تخت دارند ، اما گرانتر نیز هستند. بازده بالای آنها ناشی از نصب جذب کننده در خلاء و شیشه ی پیرکس است که انتقال حرارت و هدر رفت ها را کاهش می دهد.این کلکتور ها در سطوح تابش ضعیف تر و دماهای جذب بالا کاراتر است. و می تواند دماهای خروجی بالاتری از کلکتور های تخت داشته باشد.کلکتور های لوله ای خلاءمی تواند در جاهایی استفاده شود که دمای مورد نیاز ۵۰-۹۵ درجه ی سانتی گراد در آب و هوای سرد باشد.

کلکتور های لوله ای به دو نوع اصلی دسته بندی می شوند:

  • جریان مستقیم direct-flow
  • لوله ی گرمایی heat pipe

در جدول ۳ ویژگی های اصولی و کاربردهای هر یک از انواع کلکتورهای لوله ای خلاء آورده شده است.

جدول ۳

یک کلکتور از مجموعه ای از لوله های متصل به هم ساخته شده که در بالا یک منیفولد قرار دارد که جریان اولیه ی سیستم خورشیدی را به گردش در می آورد.برای کلکتور های نوع لوله ی گرمایی تیوپ خلاء اتصال ممکن است “تر” باشد ، جایی که مبدل گرما با جریان اولیه ی خورشیدی اتصال مستقیم دارد و یا “خشک” باشد ، جایی که اتصال به وسیله ی مواد هدایتی ساخته شده باشد.

یک کلکتور حرارتی خورشیدی چه مقدار انرژی می تواند تامین کند؟

بازده یک کلکتور حرارتی خورشیدی ، انرژی حرارتی قابل استفاده تقسیم بر انرژی دریافتی از خورشید است ؛ که بستگی به فاکتور هایی از قبیل نوع کلکتور ، واکنش طیفی سطح دریافت کننده ، عایق کاری کلکتور و اختلاف دمای بین کلکتور و هوای بیرون دارد.

همانطور که کلکتور گرمتر می شود ، بازده آن به خاطر افزایش هدر رفت گرما از طریق پرتو اینفرارد و انتقال حرارت کاهش می یابد. بنابراین کلکتور های سرد تر بازده بالاتری دارند ، اما دمای پایین تر گرمایی که جذب می کند، فایده ی کمتری دارد.

رسم نمودار بازده در مقابل اختلاف دما بین دمای کلکتور و دمای بیرون ، منحنی بازده کلکتور را می دهد که در شکل زیر نشان داده شده است.

گردآورنده تخت خورشیدی : ۷۶
عوامل مهم در بازدهی گردآورندههای تخت خورشیدی: ۸۰
میزان جریان سیال : ۸۱
انتقال حرارت به سیال : ۸۲
انتقال حرارت از طریق هدایت : ۸۳
توزیع دما در گردآورندههای تخت خورشیدی : ۸۸
مبانی انتقال حرارت : ۹۰
ضریب انتقال حرارت جابجایی به شرح زیر محاسبه میشود : ۹۱
جابجایی آزاد از یک رویه تخت : ۹۴
جابجایی آزاد بین دو رویه رویه موازی : ۹۴
ضریب کل انتقال حرارت یک گرد آورنده : ۹۷
اتلاف انرژی حرارتی از قسمت فوقانی گردآورنده : ۹۸
اتلاف انرژی حرارتی از قسمت تحتانی گردآورنده : ۱۰۹
موازنه حرارتی و ضرایب انتقال حرارت برای یک جذبکننده صفحه تخت با یک پوشش ۱۱۴
ضرایب انتقال حرارت : ۱۱۶
روش پیشنهادی، استفاده معادله افت حرارتی در حالت محیطی : ۱۱۷
ضریب دریافت گرما و ضریب جریان گردآورنده : ۱۲۶
ثابت زمانی گردآورنده ها : ۱۳۰
تصحیح زاویه برخورد : ۱۳۲

فصل سوم ۱۳۶

کاربرد کلکتورها ۱۳۶
تاریخچه آبگرمکن خورشیدی: ۱۳۷
مقدمه ای بر آبگرمکن خورشیدی : ۱۳۸
کلکتورهای تحت خلا شیشه ایی: ۱۳۹
سیستم خورشیدی تهیه آبگرم بهداشتی با دو زیر سیستم ۱۴۰
اجزاء آبگرمکن های خورشیدی : ۱۴۲
مبدل حرارتی : ۱۴۲
مخزن ذخیره آبگرم : ۱۴۲
انواع آبگرمکن خورشیدی : ۱۴۲
آبگرمکن با گردش طبیعی : ۱۴۵
آبگرمکن خورشیدی یکپارچه : ۱۴۵
نیروگاه خورشیدی ۲۵۰ کیلووات شیراز ۱۴۸
بهینه‌سازی کلکتور سیستم آبگرم خانگی خورشیدی با روش اکسرژی و مقایسه با تحلیل انرژی ۱۵۶
مفهوم اکسرژی و راندمان اکسرژی کلکتور ۱۵۹
تحلیل حرارتی ۱۶۰
تحلیل اپتیکی ۱۶۳
تحلیل اکسرژی ۱۶۳
یافتن مقادیر بهینه پارامترهای موثر در راندمان اکسرژی ۱۶۶
منابع ۱۷۲

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

آخرین مطالب

مطالب مرتبط