محاسبه شیب بهینه گردآورهای خورشیدی تخت و مقایسه کاربرد آن‌ها با یکدیگر در فصول مختلف سال در کرمان

محورهای موضوعی : انرژی های تجدید پذیر

احمد جامعی ¹ ( دانشجوی دکتری گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران *(مسئول مکاتبات) )
حسن ذوالفقارزاده ² ( دانشیار گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران )
پوریا اکبرزاده ³ ( دانشیار گروه مکانیک سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران )

تاریخ دریافت : 1395/10/12 تاریخ پذیرش : 1396/03/31 تاریخ انتشار : 1399/01/01

کلید واژه: گردآورهای تخت, زاویه بهینه گردآور, انرژی تجدید پذیر, انرژی خورشیدی, تابش خورشید,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: امروزه بحران انرژی و افزایش مصرف منابع تجدیدناپذیر همراه با آلودگی‌های ناشی از آن‌ها، یکی از مشکلات عمده بسیاری از کشورها از جمله ایران بوده و یکی مهم‌ترین عوامل تخریب زمین و تغییرات اقلیمی به شمار می‌رود. بنابراین بسیاری از کشورها به توسعه کاربرد منابع انرژی تجدید‌پذیر پرداخته و ‌در این بین انرژی خورشیدی یکی از مهم‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر در جهان و دومین منبع انرژی تجدیدپذیر در ایران پس از انرژی باد به شمار می‌رود. این انرژی به روش‌های مختلفی قابل بهره‌برداری بوده و در این‌ زمینه گردآورهای تخت یکی از ساده‌ترین سامانه‌هایی هستند که به سهولت می‌توان از آن‌ها در ساختمان و نیروگاه‌هایی نظیر برج باد خورشیدی ‌استفاده کرد. با توجه به تغییرات روزانه و فصلی تابش خورشید، برآورد شیب بهینه گردآورها به جهت داشتن بازده حداکثری بسیار با اهمیت خواهد بود.روش بررسی: در این نوشتار بر اساس یک الگوی ریاضی و استفاده از داده‌های اقلیمی، شیب بهینه گردآورهای تخت در شهر کرمان مورد بررسی قرار گرفته و نتایج بر اساس نحوه استفاده از گردآور با یکدیگر مقایسه و در نهایت شیب بهینه به صورت ماهانه، فصلی و سالیانه ارزیابی می‌گردد. علاوه بر این‌ها برای درک بهتر موضوع، درصد انرژی دریافتی سالیانه گردآورها با زوایای مختلف نسبت به زاویه بهینه در یک جدول ارایه شده است.یافته‌ها: در بخش نتیجه‌گیری، زاویه بهینه شیب گردآور در طول سال و فصل‌های مختلف بهار، تابستان، پاییز و زمستان همراه با زاویه بهینه سامانه‌های گرمایش استخرهای روباز و سامانه‌های گرمایش ساختمان ارایه گردیده و در پایان به مقایسه بازده گردآورهای عمودی و افقی نسبت به بازده حداکثری شیب بهینه در طول سال پرداخته شده است.بحث و نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که زاویه شیب بهینه گردآورهای تخت در شهر کرمان در طول سال 32 درجه می‌باشد. این زاویه برای شش‌ماهه اول سال 7 درجه و برای شش‌ماهه دوم سال 53 درجه خواهد بود. همچنین تابش سالانه گرداورهای افقی حدود90% حداکثر تابش مجموع سالانه بوده و گردآورهای قایم نیز کم‌ترین تابش دریافتی را در طول سال به خود اختصاص می‌دهند.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: Today energy crisis and inherent environmental pollution caused by increasing consumption of non-renewable resources are one of the most major concerns of many countries including Iran and using of them is one of the most important factors to Earth demolition and climatic changes. Thus, numerous developed and enlarged countries try to extend the application and use of renewable energy resources. In this regard, the solar energy is one of the most important renewable and sustainable energy sources in the world and it mainly can be enumerated as the second largest energy sources in Iran after wind energy. This energy can be exploited in several methods such as flat collectors as one of the simplest and most usable systems that can be used in the buildings and solar chimney power plant. Due to daily and seasonal variations of the sun radiation, the optimal tilt estimation of collectors with maximum efficiency is very important.Method: This paper is based on a mathematical pattern and climatic data and the optimized tilt of flat collectors in city of Kerman is investigated. Then, by comparing and analyzing results of charts and tables, optimized tilt of flat collector at each month, season and annual are extracted and contrasted. Additionally, the percent of received radiation of each angle of plates in comparison to the optimized Angele are discussed.Findings: In the conclusion section, the optimal angle tilt of collector over the year including spring, summer, autumn and winter seasons besides the optimal angle building heating systems and outdoor swimming pools heating systems are also presented. Finally, efficiency of vertical and horizontal collectors has been investigated with respect to maximizing the efficiency of optimal tilt of collector over the year.

منابع و مأخذ:

      1.    Fitzsimmons, A., Ramesh, K., 2013. Statistical Review of World Energy 2013: Viva La Shale Revolución. see information in: https://www.instituteforenergyresearch.org/fossil-fuels/coal/statistical-review-of-world-energy-2013-viva-la-shale-revolucion/

      2.   Bostan, I., Gheorghe, A., Dulgheru, V., Sobor, I., Bostan, V., Sochirean, A., 2013. Resilient Energy Systems Renewables: Wind, Solar, Hydro. London: Springer; 1-64.

      3.   Anonymous, 2014. The End of Fossil Fuels. see information in: https://www.ecotricity.co.uk/our-green-energy/energy-independence/the-end-of-fossil-fuels/

      4.   Larsen, J., 2014. Global Temperature: 2013. Marked the Thirty-seventh Consecutive Year of Above-Average Temperature. see information in: http://www.earth-policy.org/indicators/C51/temperature_2014

      5.   Anonymous, 2015. Earth's CO2 Home Page. see information in: https://www.co2.earth/earths-co2-main-page

      6.   Mohajeri, M., Khaksar Astaneh, S., Prioritize renewable energy Resources in Iran with respect to sustainable development, using fuzzy AHP, The 3th Conference on Environmental Planning and Management, 2013, Tehran: Iran. (In Persian).

      7.   Bernardes, M. A. dos S., Voß, A., Weinrebe, G., 2003. Thermal and technical analyses of solar chimneys. Solar Energy, 75(6), 511-524.

      8.    Raoufi Rad, M., 2007. Designing of Building Solar Systems in Iran. Tehran: Fadak Isatis; 67-68. (In Persian).

      9.   Duffie, J.A., Beckman, W.A., 2013. Solar Engineering of Thermal Process. 4nd ed. New York: John Wiley; 223-239.

     10. Moini, S., Javadi, SH., Kokabi, M., Dehghan Monshadi, M., 2010.  Estimating solar radiation for IRAN by using an optimum Model. Iranian Journal of Energy, 13 (2), 1-10. (In Persian).

     11. Asante, D., 2014.The Design of Solar Chimney Power Plant for Sustainable Power Generation. Master of Science in Renewable Energy Technologies, Kwame Nkrumah University of Science and Technology, 28-36.

     12. Yazdanpanah, H., Mirmojarabian, R., Barghi, H., 2010. Estimating total incoming solar radiation on the earth surface of Isfahan. Geography and Environmental Planning, 21(1), 95-104. (In Persian).

     13. El-Sebaii, A.A., Al-Hazmi, F.S., Al-Ghamdi, A.A., Yaghmour, S.J., 2010.Global, direct and diffuse solar radiation on horizontal and tilted surfaces in Jeddah, Saudi Arabia. Applied Energy, 87, 568–576.