شکل ۲-۴: انواع کلکتورهای مسطح خورشیدی
کلکتورهای مسطح برای کاربردهایی که نیازمند تحویل انرژی در دمای متوسط شاید تا ۱۰۰درجه سانتیگراد بالاتر از دمای محیط هستند، طراحی می­ شود. آنها از هر دو تابش خورشیدی مستقیم و پراکنده استفاده می­ کنند و نیازمند ردیابی خورشید نبوده و نگهداری ناچیزی نیاز دارند. از نظر مکانیکی نسبت به کلکتورهای متمرکزکننده ساده­ترند. اصلی ترین کاربرد این واحدها در آبگرمکن­های خورشیدی، گرمایش ساختمان، تهویه مطبوع و پروسه­های گرمایش صنعتی می­باشد. گرمایش غیر فعال ساختمان را می­توان به صورت موارد خاص کلکتورهای مسطح­، جاذب­هایی مثل اتاق یا دیوار ذخیره­ای در نظر گرفت.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۲-۲-۳- تشریح کلکتورهای مسطح
اجزای اصلی معمول کلکتورهای خورشیدی مسطح گرمایش مایع، همان طور که در شکل ۲-۵ نشان داده شده، عبارتند از: سطح جاذب انرژی خورشیدی سیاه با راه های انتقال انرژی جذب شده به یک مایع، پوشش شفاف نسبت به تابش خورشیدی بر روی سطح جاذب انرژی خورشیدی که تلفات جابجایی و تابشی به اتمسفر را کاهش می­دهد و عایق زیرین برای کاهش تلفات هدایتی است.

شکل ۲-۵: برش مقطع یک کلکتور مسطح خورشیدی مبنا
۲- مخزن ذخیره همانطور که در شکل ۲-۶ مشاهده می شد ، همانند منبع آب گرم خانگی معمول دو جداره و یا دو کویل می‌باشد. مخزن ذخیره شامل المنت الکتریکی غوطه­ور در آب جهت تامین مازاد انرژی حرارتی است. سراسر مخزن به وسیله پشم شیشه و یا عایق پلی اورتان ۱۰۰ میلیمتری عایق بندی می­ شود.
شکل ۲-۶: مخزن ذخیره آبگرم بهداشتی با دو کویل
۳- سیستم کنترلر خورشیدی که متشکل از یک پمپ خورشدی و کنترلر می باشد. وظیفه این سیستم انتقال انرژی خورشیدی جذب شده توسط کلکتور های خورشیدی به درون مخزن ذخیره آبگرم می باشد. در این سیستم مادامی که دمای متوسط خروجی کلکتور بالاتر از دمای پایین مخزن ذخیره باشد پمپ به گردش در می‌آید و حرارت جذب شده به آب گرم مصرفی انتقال می یابد. در پایان نمایی کلی از یک سیستم آبرگرمکن خورشیدی جابجایی اجباری در شکل ۲-۷ مشاهده می شود.
شکل ۲-۷: یک سیستم آبرگرمکن خورشیدی جابجایی اجباری
فصل سوم:
روش اجرای تحقیق
مقدمه
بی شک رشد اقتصادی و صنعتی جوامع همـراه با افزایش مصرف انرژی بوده است گر چه استفـاده روز افزون از منابع انرژی فسیلی به منظور تأمین رفاه و پیشرفت صنعتی ضرورتی اجتناب ناپذیر بوده لیکن موجب افزایش آلودگی محیط زیسـت شده است و بیم آن می رود که در صورت ادامه این روند، زندگی بشر با مشکلات جدی مواجه شود.
یکی از راه های کاهش آلودگی محیط زیست استفاده از انرژی های تجدید پذیر از قبیـل انرژی بـاد، آب، امواج، جذر و مد و . . . . . میباشد، منشاء اکثر این انرژی ها خورشیـد است. به علاوه میتوان از انرژی حرارتی خورشید به صورت مستقیم نیز استفاده کرد.خورشید منبع انرژی بادوام، پاک و ارزان است و میتوان به روش های مختلف از این انرژی بهره مند شد.باتوجه به اینکه منابع انرژیهای فسیلی روبه کاهش است و آلودگی‌های زیست محیطی زیادی ایجاد می‌کند، از این رو این امر باعث شد تا جامعه بشری رویکرد بیشتری نسبت به این انرژی داشته باشد به طوریکه طبق توافق جهانی قرار است تا سال ۲۰۲۰ قیمتهای انرژی خورشیدی قابل رقابت با سوختهای فسیلی باشد.
نمودار ۳-۱: نمودار وضعیت منابع انرژی زمین تا ۱۰۰ سال آینده
در این تحقیق عملکرد فنی، اقتصادی و منطقه‌ای یک سیستم گرمایش آب خورشیدی از نوع جابجایی طبیعی در ۳۱ استان ایران بررسی میگردد. و همچنین این تحقیق بر روی کاربرد سیستم گرمایش آب خورشیدی برای مصرف کنندگان در ایران تمرکز دارد که از منابع اولیه انرژی برای گرمایش آب استفاده میکنند. تغییرات در صرفه جویی انرژی مصرفی به واسطه استقاده از آبگرم مصرفی، دمای آب ورودی و منابع خورشیدی تخمین زده شد و اطلاعات به دست آمده برای محاسبه فنی اقتصادی استفاده گردید. پس از انجام تحلیل فنی-اقتصادی هزینه اجتماعی سیستم مد نظر بر اساس هزینه اجتماعی هر کیلو‌وات ساعت برق تولیدی و میزان ماکزیمم صرفه جویی سیستم آبگرمکن خورشیدی مد‌نظر، در ۳۱ استان ایران محاسبه گردید.
بازدهی و بهره دهی اقتصادی سیستمهای خورشیدی وابستگی مستقیمی به میزان و شدت تابش در هر منطقه دارد. بدین منظور و برای مقایسه ی قابلیت کارایی انرژی خورشیدی در یک مکان از نمودارهای خورشیدی (solar map) NASA استفاده می شود . در این نمودارها شدت تابش مناطق مختلف جهان با هم مقایسه می شوند. در شکل ۳-۱ یک نمونه از این نمودارها دیده می شود و مناطقی که دارای استعداد تابشی بالاتری هستند با رنگ های تیره و مناطق با تابش کمتر با رنگ روشن نشان داده می شود.
شکل ۳-۱: نقشه خورشیدی مقایسه میزان تابش دریافتی مناطق مختلف جهان
در این نقشه، که به منظور تعیین مناطق مستعد برای استقرار نیروگاههای خورشیدی تهیه شده است، مناطق با قابلیت عالی با تیره ترین رنگ نشان داده شده است و به تدریج با کم رنگ شدن قابلیت کمتر می شود. لازم به توضیح است مناطقی قابلیت نصب و بکارگیری نیروگاه خورشیدی را دارد که دارای شدت تابش بسیار بالا و ممتد باشند. این مناطق در نقشه با برچسب excellent نشان داده شده اند. مناطقی که با عناوین very good و good نشان داده شده اند برای کاربرد انرژی خورشیدی در دماهای پایین تر – که شامل بقیه ی موارد کاربرد خورشیدی است – مناسب هستند.
همانطور که در این نقشه مشخص است قسمت عمده شهرهای ایران در ناحیه good و very good واقع است که نشان دهنده استعداد بالای تابشی مناطق مختلف ایران است. مناطقی که با برچسب very good نشان داده شده است شامل مناطقی ازاستانهای یزد، کرمان، زاهدان و بخشهایی از استانهای فارس و بوشهر است.
۳-۱- نرم افزارهای شبیه سازی سیستم های خورشیدی
۳-۱-۱- انواع نرم افزارهای شبیه سازی
در دنیا شرکت های متفاوتی نرم افزارهای طراحی و شبیه سازی را در اختیار مهندسین قرار داده اند تا تحلیل و شبیه سازی سیستم های خورشیدی سهل و آسان گردد و زمان رسیدن به اهداف مورد نظر بسیار کوتاه تر گردد.
از جمله نرم افزار های مختلفی که در این زمینه مورد استفاده قرار می گیرند می توان به نرم افزارهای TRNSYS ، Polysun ، T*SOL ، TSOL express Retscreen ، F-Chart و Web Tools و … اشاره نمود که هر کدام از این نرم افزارها با توجه به قابلیت هایشان توانایی های متفاوتی را در اختیار کاربران قرار می دهند . بطور کلی این نرم افزارها از سه سطح متفاوت تشکیل شده اند که در هر سطح با توجه به قابلیت ها با دریافت یک سری داده های اولیه از سوی کاربر ، سیستم مورد نظر را شبیه سازی نموده و به تحلیل داده ها پرداخته و نتایج مورد نظر را در اختیار کاربر قرار می دهند.
نسخه Light این نرم افزار پکیجی است که توسط این شرکت ها به بیشتر شرکتهای فعال در زمینه سیستم‌های انرژی‌های تجدیدپذیر پیشنهاد داده می‌شود. خصوصیت بارز این سطح از نرم افزار این است که برای تمام اجزای مختلف سیستم خورشیدی ، حاوی مجموعه ای از محصولات شرکتهای مختلف شامل تمام اطلاعات مربوط به آن جزء خاص از سیستم است و با انتخاب محصول مورد نظر از شرکت، نرم افزار به تحلیل می پردازد.
سطح Professional این نرم افزار ها علاوه بر قابلیت‌های موجود در سطح light، قابلیت تعریف جزء جدید برای پروژه و اضافه کردن آن به لیست کاتالوگهای موجود را دارد. بدین صورت که تمامی اطلاعات سیستم در این پکیج قابل تعریف است.
سطح Designer این نرم افزارها کاملترین و دارای بیشترین انعطاف پذیری در بین سطوح مختلف است و امکان بیشترین تغییرات را در پروژه فراهم می کند؛ بدین معنی که پس از تعریف سیستم و انتخاب یک شکل از الگوهای چیدمان موجود، می‌توان به هر تعداد اجزای مختلف را به صورت دلخواه در نقاط مختلف سیستم اضافه یا حذف کرد. این سطح از نرم افزار به علت قابلیت بالای تغییر در نوع، نحوه و شکل چینش اجزا برای مقاصدی با سطح علمی و انعطاف پذیری بالاتر مناسب است و امکان مطالعه‌ اثر چیدمانهای مختلف و محل و نوع آنها را در نوع رفتار سیستم خورشیدی فراهم می کند.
در نرم افزار Polysun سطحی به نام Customized وجود دارد که این سظح امکان سفارشی کردن نرم افزار را برای یک سری از ترکیب بندی های مشخص با اجزای تعریف شدۀ ثابت برای خریدار فراهم کرده است؛ بدین معنی که برای تحلیل و شبیه سازی، لزومی به انتخاب اجزاء از کاتالوگ موجود نبوده و در هر بار استفاده تنها نوع و میزان مصرف و شرایط تابشی از مصرف کننده گرفته می شود. این قالبها (templates) دقیقاً منطبق با خصوصیات محصول قابل عرضه به مشتری خورشیدی است که توسط نرم افزار polysun به صورت قالبهای آماده و سهل الوصول در نرم افزار تعبیه شده است. لازم به ذکر است که قالبهای تعریف شده برای شرکتهای مختلف در هر سه سطح نرم افزار وجود داشته و قابل استفاده می باشند.
در نمودار ۳-۲ میزان راحتی کار و توانایی‌های نرم افزار‌های گوناگون شبیه‌سازی سیستم های خورشیدی آمده است. در این نمودار همانطور که مشاهده می‌شود نرم افزارهای TRNSYS ، Polysun ، T*SOL ، TSOL express Retscreen ، F-Chart و Web Tools به ترتیب بهترین نرم‌افزار شبیه سازی از لحاظ توانایی و راحتی در کار می‌باشد .
نمودار۳-۲ مقایسه انعطاف پذیری انواع نرم‌افزار‌های شبیه سازی سیستم‌های خورشیدی
در نمودار ۳-۳ نیز میزان دقت نرم افزار‌های متفاوت مقایسه شده است، همانطور که مشاهده می‌شود نرم افزارهای TRNSYS ، Polysun ، T*SOL ، TSOL express Retscreen ، F-Chart و Web Tools Polysun به ترتیب دارای بالاترین دقت می‌باشد.
نمودار ۳-۳ : مقایسه دقت انواع نرم‌افزار‌های شبیه سازی سیستم‌های خورشیدی
در این تحقیق از نرم افزار شبیه سازی Polysun استفاده شده است که چه از نظر توانایی و چه از نظر دقت انجام محاسبات و تحلیل ها بعد از نرم افزار TRNSYS در جایگاه دوم بین نرم افزار های شبیه سازی سیستم های خورشیدی قرار گرفته است. بهمین منظور لازم است تااز برخی ویژگی های این دو نرم افزار مطلع شویم.
۳-۱-۲- نرم افزار شبیه ساز TRNSYS
از نظر قابلیت و انعطاف پذیری در بین نرم افزارهای تحلیلی موجود، نرم افزار TRNSYS دارای بیشترین انعطاف پذیری در طراحی سیستمهای انرژی‌های تجدیدپذیر به ویژه سیستم‌های حرارتی انرژی خورشیدی به طور خاص است.
جنبه‌ی علمی و تحقیقاتی این نرم افزار قوی تر بوده و برای بهینه کردن سیستمهای حرارتی همراه با قابلیت اضافه کردن ریزترین اطلاعات اعم از جزئیات سیستم و نوع بارگذاری سیستم بوده و قابلیت برنامه نویسی به زبان FORTRAN و اضافه کردن subroutine به نرم افزار را دارا می‌باشد. لازم به ذکر است استاندارد آمریکایی SRCC بر مبنای این نرم افزار می‌باشد.مشکل عمده در استفاده از نرم افزار دارا بودن رابط گرافیکی (GUI) نسبتاً پایین و بالابودن سطح علمی و جزئیات الزامی در آن می‌باشد. در شکل ۳-۲ نمایی از نرم افزار TRNSYS قرار داده شده است.
شکل ۳-۲ : نمایی از صفحه ورود داده ها در نرم افزار TRNSYS
۳-۱-۳- نرم افزار شبیه ساز Polysun
در این تحقیق از نرم افزار شبیه ساز Polysun بهره گرفته شده است و در همین راستا ابتدا اطلاعات کامل و مدون در مورد این نرم افزار و شرکت تولید کننده آن بیان می شود. نرم افزار شبیه ساز Polysun پس از نرم افزار شبیه ساز TRNSYS بهترین نرم افزار برای شبیه سازی سیستم‌های انرژی‌های تجدیدپذیر می‌باشد. این نرم افزار شبیه سازی شامل چهار پکیج نرم افزاری solar thermal simulation، photovoltaic simulation، heat pump simulation و cooling simulation است.
شرکت polysun امکان خرید مجموعه‌ی دوتایی از بخش‌های بالا و همچنین نرم افزار simulation solar thermal شامل تمام بخش‌های بالا به صورت یک محصول جداگانه در اختیار قرار می دهد. مجموعه‌های دوگانه شامل:
ترکیب سیستم‌های حرارتی خورشیدی و هیت پمپ
ترکیب سیستم‌های حرارتی خورشیدی و فوتوولتایک
ترکیب سیستم‌های فوتوولتایک و هیت پمپ
شرکت velasolaris نرم افزار Polysun را در سه سطح Light، Professional و Designer عرضه می‌کند. علاوه بر این امکان سفارشی کردن نرم افزار و ارائه‌ یک سطح از نرم افزار به صورت سفارشی نیز مجود دارد. نسخه Light این نرم افزار پکیجی است که توسط این شرکت به بیشتر شرکتهای فعال در زمینه سیستم‌های انرژی‌های تجدیدپذیر پیشنهاد داده می‌شود. خصوصیت بارز این سطح از نرم افزار، با توجه با اینکه نرم افزار polysun اصولاً یک نرم افزار Catalogue Based است، برای تمام اجزای مختلف سیستم خورشیدی حاوی مجموعه ای از محصولات شرکتهای مختلف شامل تمام اطلاعات مربوط به آن جزء خاص از سیستم است. نحوه‌ی استفاده از این نرم افزار، انتخاب از لیست کاتالوگ مربوط به آن جزء سیستم و اضافه کردن آن به پروژه‌ است. انتخاب نوع خاصی از یک جزء سیستم یا بر اساس استفاده‌ی مستقیم از محصول موجود در کاتالوگ است یا بر اساس حدأکثر نزدیکی خصوصیات آن جزء از سیستم به مورد استفاده شده در پروژه می باشد. نکته قابل توجه در این سطح از نرم افزار عدم امکان تغییر خصوصیات اجزای موجود در کاتالوگ است و فقط امکان انتخاب یک جزء و استفاده‌ی آن در پروژه وجود دارد. در شکل ۳-۳ نمایی از نرم افزار polysun قرار داده شده است.
شکل ۳-۳ : نمایی از صفحه ورود داده ها در نرم افزار Polysun
در این تحقیق از نرم افزار Polysun نسخه Designer جهت انجام شبیه سازی استفاده گردیده است. در این تحقیق یک سیستم ترموسیفون که در شکل ۳-۴ نشان داده شده است با این نرم افزار طراحی گردید. در طراحی انجام شده میزان دمای آب گرم مصرفی ،۵۰ درجه سانتیگراد و میزان مصرف آبگرم ۳۰۰ لیتر در روز بر اساس پروفیل مصرفی استاندارد Ashrae در نظر گرفته شده است.
شکل۳-۴ : طرح سیستم ترموسیفون در نرم افزار Polysun
در طراحی انجام گردیده با این نرم افزار فرض گردیده است که این سیستم در تمام مدت سال هر روز مصرف میگردد. و همچنین سنسور دمایی سیستم کمکی در لایه ۱۰ در مخزن ذخیره آبگرم بهداشتی می‌باشد.
نرم افزار Polysun بعد از دریافت داده ها از سوی کاربر اقدام به تحلیل و محاسبات خورشیدی کرده که در نهایت به شبیه سازی سیستم مورد نظر پرداخته و بازه ای کامل از اطلاعات مورد نیاز را در اختیار کاربر قرار می دهد . این اطلاعات برگرفته شده از محاسباتی از قبیل عملکرد کلکتور خورشیدی ، سهم خورشیدی کلکتور ، و دیگر اطلا عات مورد نیاز می باشد و در نهایت برای کاربر بیان می کند که سیستم انتخابی توانایی برآورده کردن میزان تقاضای درخواستی انرژی کاربر را دارد با خیر.
۳-۲- محاسبات خورشیدی