امکان‌سنجی جایگزینی انرژی خورشیدی بمنظور تأمین انرژی‌های مختلف مخصوصاً شیرین‌سازی آب مورد نیاز یک ساختمان

محورهای موضوعی : انرژی های تجدید پذیر

اسماعیل محیسن پور ¹ , محمد علی احیایی ² , اشکان عبدالی سوسن ³

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه تخصصی مهندسی انرژی و اقتصاد، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.
2 - استادیار گروه فنی و مهندسی ، واحد پردیس، دانشگاه آزاد اسلامی،تهران، ایران. ،
3 - استادیار گروه فنی و مهندسی، واحد آستارا، دانشگاه آزاد اسلامی، آستارا، ایران .* (مسوول مکاتبات)

تاریخ دریافت : 1400/03/12 تاریخ پذیرش : 1400/06/31 تاریخ انتشار : 1400/12/01

کلید واژه: پنل خورشیدی, اسمز معکوس, بازدهی داخلی, بازگشت سرمایه, اکسرژی,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: امروزه جهان با کمبود آب شیرین مواجه است و برای غلبه بر این موضوع مهم، تمام کشورهای دنیا به دنبال شیرین سازی آب به روش‌های مختلف هستند تا نیاز کشور خود را تأمین کنند. استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر روش مناسبی برای تأمین انرژی مورد نیاز در این واحدها به حساب می‌آید. روش بررسی: در این پژوهش در ابتدا با استفاده از داده‌های اولیه میزان بار الکتریکی یک واحد مسکونی واقع در شهر بندرعباس، برای ماه‌های مختلف سال محاسبه گردید و با در نظر گرفتن میزان برق مصرفی مورد نیاز، میزان بار گرمایشی و سرمایشی با استفاده از نرم افزار Carrier بدست آمد. همچنین با استفاده از داده‌های موجود، انرژی مورد نیاز برای دستگاه آب شیرین کن و میزان مساحت مورد نظر برای پنل خورشیدی محاسبه گردید. پس از تحلیل داده‌های بدست آمده از لحاظ انرژی و اکسرژی در بین روش‌های شیرین سازی آب، روش اسمز معکوس انتخاب گردید که منبع مورد نیاز از طریق آب دریا تأمین می‌گردد. یافته‌ها: بیشترین مساحت مورد نیاز پنل خورشیدی برای تأمین بار الکتریکی واحد مسکونی حدود 134 مترمربع است و توان تولید حدود 9 کیلووات برق را دارا می‌باشد و بازدهی اکسرژی این پنل ها در بیشترین میزان خود به حدود 25 درصد می‌رسد. همچنین در طول شبانه روز حدود 220 لیتر آب آشامیدنی برای 4 نفر اعضای خانواده تولید می‌گردد. از نظر اقتصادی نیز بازگشت سرمایه حدود 7 سال و با بازدهی داخلی 17 درصد است. بحث ونتیجه گیری: بر اساس توان تولیدی از پنل خورشیدی در ماه‌هایی از سال مثل فصل زمستان که نیاز کمتری به تولید انرژی است، می‌توان برق اضافی تولید شده را به شبکه توزیع انتقال داد تا به درآمد زایی سیستم کمک کرد. از نظر اقتصادی با توجه به فراهم شدن سرمایه اولیه در این واحد مسکونی، می‌توان یک سیستم مستقل از شبکه توزیع ایجاد نمود که آب شیرین مورد نیاز برای واحد مسکونی را نیز تأمین کند و برای مناطقی که با کمبود آب شرب مواجه هستند ، پیشنهاد می گردد.

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: Today in the world we are facing a shortage of fresh water and to overcome this important issue all countries in the world are looking to desalinate water in different ways to meet the needs of their country. The use of renewable energy is a good way to supply the energy needed in these units. Material and Methodology: In this study, using the initial data, the amount of electric charge of a residential unit located in Bandar Abbas, for different months of the year was calculated and considering the amount of electricity required, the amount of heating and cooling load using software Carrier was obtained. Also, using the available data, the energy required for the desalination plant and the desired area for the solar panel were calculated. After analyzing the obtained data in terms of energy and exergy, among the water desalination methods, reverse osmosis method was selected that the required source is supplied through seawater. Findings: The maximum required area of ​​the solar panel to supply electricity to the residential unit is about 134 square meters and has the capacity to produce about 9 kW of electricity and the exergy efficiency of these panels at its maximum is about 25%. Also, about 220 liters of drinking water is produced for 4 family members during the day. Economically, the return on investment is about 7 years and with a domestic return of 17%. Discussion and Conclusions: Depending on the generation capacity of the solar panel in the months of the year such as winter that require less energy, the excess electricity generated can be transferred to the distribution network to help generate revenue for the system. Economically, due to the provision of initial capital in this residential unit, it is possible to create a system independent of the distribution network that will also provide the fresh water needed for the residential unit and is recommended for areas facing shortage of drinking water.

منابع و مأخذ:

1. Siahkalrodi, M., Spring 2017. Water desalination processes, Khajeh Nasir Tusi University, Tehran, Iran. (In Persian)


2. Hooshmand, P., Shafiea, B., Winter 2016.Experimental study of a combined 1.5liter evaporative solar water desalination system using heat pipe and solar panel, Iranian Journal of Mechanical Engineering Tehran.Iran. (In Persian)


3. Mathioulakis, E., Belessiotis, V., Delyannis, E., 2007. Desalination by using alternative energy: Review and state-of-the-art desalination, Vol.203, pp. 346-365.


4. Word Bank Group, 2020.Photovoltaic Power Potential:https://rapano.ir/solar_irradiance/.


5. Tu, L., Nghiem, D., Chivas, A.R., 2010. Boron removal by reverse osmosis membranes in seawater desalination applications, Separation and Purification Technology, Vol.75, pp. 87-101.


6. Yargholi, R., Hosseinzadeh, S., Bidi, M., Naseri, A., 2020. Modeling and advanced exergy analysis of integrated reverse osmosis desalination with geothermal energy, Water Supply, Vol.20, pp. 984-996.


7. Du, Y., Xie.L., Liu, J., Wang, Y., Xu, Y., Wang, S., 2014. Multi-objective optimization of reverse osmosis networks by lexicographic optimization and augmented epsilon constraint method, Vol.333, pp. 66-81.


8. Bellos, E., Pavlovic, S., Stefanovic, V., Tzivanidis, C., 2019. Parametric analysis and yearly performance of a trigeneration system driven by solar‐dish collectors. International Journal of Energy Research, Vol.43, pp.1534-1546.


9. Shaygan, M., Ehyaei, M.A., Ahmadi, M., 2019. Energy, exergy, advanced exergy and economic analyses of hybrid polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell and photovoltaic cells to produce hydrogen and electricity, Journal of Cleaner Production, Vol. 234, pp.1082-1093.


10. Bellos, E., Pavlovic, S., Stefanovic, V., Tzivanidis, C., 2019. Parametric analysis and yearly performance of a trigeneration system driven by solar‐dish collectors. International Journal of Energy Research, Vol.43, pp.1534-1546.


11. Edalati, S., Ameri, M., Iranmanesh, H., Gholampour, M., 2016. Technical and economic assessments of grid-connected photovoltaic power plants: Iran case study, 114, pp. 923-9.


12. Khoshgoftar Manesh, M., Ghadikoleai, M.H., Shojaei, R., Vazini, R., Caroline, V., 2021.Integration of a Combined Cycle Power Plant with MED-RO Desalination Based on Conventional and Advanced Exergy, Exergoeconomic, and Exergoenvironmental Analyses Processes, Vol.9, pp. 59.

1. Atab, M., Smallbone, A., Roskilly, R., 2019. Exergy Analysis of Reverse Osmosis for Potable Water and Land Irrigation, International Journal of Chemical and Molecular Engineering, Vol.13, pp. 118-122.