در قرن بیستم استفاده از کلکتورها جهت تولید بخار در نیروگاه‌های برقی مورد توجه زیادی قرار گرفت. گرم کردن ساختمآن‌ها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه‌ای بود که در سال‌های 1930 مطرح و در یک دهه به پیشرفت‌های قابل توجهی نایل آمد. اولین خانه خورشیدی در انستیتو تکنولوژی ماساچوست آمریکا در سال 1938 ساخته شد. پیشرفت در طراحی و ساخت خانه‌های خورشیدی و آب‌گرم‌کن‌ها آن چنان سریع بود که تصور می‌شد تا سال 1970 گرمایش میلیون‌ها خانه در کشورهای مختلف بوسیله انرژی خورشید تأمین خواهد شد اما نه تنها چنین نشد، آمار نشان می‌دهد که گرمایش خورشیدی در سال‌های 1970 نسبت به 1955 کمتر هم شده بود. بالا بودن هزینه‌های اولیه چنین سیستم‌هایی، و در عین حال عرضه نفت و گاز ارزان، سد راه پیشرفت این سیستم‌ها شده بود. اما بحران انرژی در سال 1974 و از طرفی پیشرفت تکنیک ساخت کلکتورهای مختلف خورشیدی، و احتمال کاهش یا اتمام بعضی از منابع زیر زمینی، بار دیگر توجه جهانیان را به انرژی خورشیدی جلب کرده و تلاش های زیادی در اکثر کشورهای جهان، در جهت تکامل و پیشرفت این تکنیک صورت می‌گیرد.
مطالعات انرژی خورشیدی در ایران در حدود سال 1348 شمسی در دانشگاه شیراز و یکی دو سال بعد در دانشگاه صنعتی شریف آغار گردید. این فعالیت‌ها در سال‌های قبل از پیروزی انقلاب اسلامی به اوج خود رسید و در آن زمان مرکز انرژی خورشیدی دانشگاه شیراز و مرکز پژوهش‌های خواص و کاربرد مواد و نیرو در تهران فعالیت‌های قابل توجهی داشتند. از جمله طرح‌های مهم قابل توجه در این مراکز، طرح و توسعه و ساخت سلول‌های فتوالکتریک بوده است. یکی از اولین مطالعات انجام شده در زمینه انرژی خورشیدی در سال‌های آغازین، بررسی امکان استفاده از گرمایش خورشیدی در ایران می‌باشد که توسط دکتر مهدی بهادری نژاد در دانشگاه شیراز و برای ساختمانی در حوالی این شهر صورت گرفته و به یازده شهر اصلی دیگر تعمیم داده شده‌است. ]2[
در حال حاضر علاوه بر کارهای پژوهشی انجام شده توسط دانشگاه‌ها ، فعال ترین مؤسساتی که به کاربرد انرژی خورشیدی توجه دارند ، مرکز پژوهش‌های مواد و انرژی، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی کشور، واحد انرژی‌های نوی سازمان انرژی اتمی، سازمان انرژی‌های نو وابسته به وزارت نیرو و شرکت بهینه سازی مصرف سوخت کشور می‌باشد. برخی از این طرح‌های انجام شده عبارتند از: ذخیره سازی انرژی خورشیدی با استفاده از گرمای نهان ذوب، ژنراتور گرمازای خورشیدی، سلول خورشیدی سیلیکون، خانه خورشیدی فعال با مساحت 38 متر مربع، حمام‌های خورشیدی نصب شده در روستاهای مرکزی ایران و نیروگاه برق خورشیدی به روش فتوالکتریک در روستای دربید یزد. ]1[ بر اساس آمار، مجموع ظرفیت سلول‌های فوتوولتاییک نصب شده جهت تولید الکتریسیته 175 کیلو وات است. در سال 2007 حدود 71000 کیلووات ساعت الکتریسیته توسط نیروگاه 30 کیلواتی تهران، دربید یزد و سرکویر سمنان تولید شده‌است. علاوه بر موارد فوق فعالیت‌هایی نیز در زمینه حرارت خورشیدی انجام گرفته است که برای نمونه می‌توان به راه اندازی نیروگاه 250 کیلوواتی شیراز اشاره نمود که یکی از مهم‌ترین پروژه‌ها در این زمینه است. ]3[

کاربردهای انرژی خورشیدی :
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم‌های مختلف استفاده می‌شود که عبارت‌اند از ]19[:
استفاده از انرژی حرارتی خورشید که این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی می‌باشد.
تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله سلول‌های فتوولتائیک.

کابردهای غیر نیروگاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی می‌باشد که اهم آن‌ها عبارت‌اند از :
الف – آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی و حمام خورشیدی :
تهیه آب‌گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکان هایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد استفاده کرد. چنآن‌چه ظرفیت این سیستم‌ها افزایش یابد می‌توان از آن‌ها در حمام‌های خورشیدی نیز استفاده نمود. تاکنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیادی آب‌گرم‌کن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور از جمله استآن‌ها ی خراسان – سیستان و بلوچستان و یزد نصب و راه اندازی شده‌است.

ب – گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی :
گرمایش و سرمایش ساختمآن‌ها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه‌ای بود که در سال‌های ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفت‌های قابل توجهی رسید. با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستم‌های خورشیدی می‌توان علاوه بر آب‌گرم مصرفی و گرمایش از این سیستم‌ها در فصول گرما برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد.
پ – آب شیرین کن خورشیدی :
هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شور اثر کند تنها آب تبخیر شده و املاح باقی می‌ماند. سپس با استفاده از روشهای مختلف می‌توان آب تبخیر شده را تنظیم کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد. با این روش می‌توان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند جزایر را تأمین کرد. آب شیرین کن خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته می‌شوند.

ت – خشک کن خورشیدی :
خشک کردن مواد غذایی برای نگهداری آن‌ها از زمآن‌ها ی بسیار قدیم مرسوم بوده و انسآن‌ها ی نخستین خشک کردن را یک هنر می‌دانستند. خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و سایر محصولات که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد باکتری‌ها می‌باشد. در خشک کن‌های خورشیدی به‌طور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده می‌شود و هوا نیز به‌صورت طبیعی یا اجباری جریان یافته و باعث تسریع عمل خشک شدن محصول می‌گردد. خشک کن‌های خورشیدی در اندازه‌ها و طرح‌های مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته می‌شوند.

ث – اجاق‌های خورشیدی :
دستگاه‌های خوراک‌پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق‌بندی شده با صفحه سیاهرنگی بود که قطعات شیشه‌ای درپوش آن را تشکیل می‌داد اشعه خورشید با عبور از میان این شیشه‌ها وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب می‌شد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به ۸۸ درجه افزایش می‌داد. اصول کار اجاق خورشیدی جمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه می‌باشد. امروزه طرح‌های متنوعی از این سیستم‌ها وجود دارد که این طرح‌ها در مکآن‌ها ی مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده و به نتایج خوبی نیز رسیده‌اند. استفاده از این اجاق‌ها به ویژه در مناطق شرقی کشور ایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه می‌باشند بسیار مفید خواهد بود.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

ج – کوره خورشیدی :
در قرن هجدهم نوتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بوسیله آن یک تل چوبی را در فاصله ۶۰ متری آتش زد.
بسمر پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی تأمین می‌کرد. متداول ترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از دو آینه یکی تخت و دیگری کروی می‌باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آینه به آینه کروی بازتابیده می‌شود. طبق قوانین اپتیک هر گاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید در محل کانون متمرکز می‌شوند به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می‌شود که این نقطه به دماهای بالایی می‌رسد. امروزه پروژه‌های متعددی در زمینه کوره‌های خورشید در سراسر جهان در حال طراحی و اجراء می‌باشد.

چ – خانه‌های خورشیدی :
ایرانیان باستان از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانه‌های خود در زمستان استفاده می‌کردند. آنان ساختمآن‌ها را به ترتیبی بنا می‌کردند که در زمستان نور خورشید به داخل اتاقهای نشیمن می‌تابید ولی در روزهای گرم تابستان فضای اتاق در سایه قرار داشت. در اغلب فرهنگ‌های دیگر دنیا نیز می‌توان نمونه‌هایی از این قبیل طرح‌ها را مشاهده نمود. در سال‌های بین دو جنگ جهانی در اروپا و ایالات متحده طرح‌های فراوانی در زمینه خانه‌های خورشیدی مطرح و آزمایش شد. از آن زمان به بعد تحول خاصی در این زمینه صورت نگرفت. حدود چند سالی است که معماران به‌طور جدی ساخت خانه‌های خورشیدی را آغاز کرده‌اند و به دنبال تحول و پیشرفت این تکنولوژی به نتایج مفیدی نیز دست یافته‌اند مثلاً در ایالات متحده در سال ۱۸۹۰ به تنهایی حدود ۱۰ تا ۲۰ هزار خانه خورشیدی ساخته شده‌است. در این گونه خانه‌ها سعی می‌شود از انرژی خورشید برای روشنایی – تهیه آب‌گرم بهداشتی – سرمایش و گرمایش ساختمان استفاده شود و با به‌کار بردن مصالح ساختمانی مفید از اتلاف گرما و انرژی جلوگیری شود.
در ایران نیز پروژه ساخت اولین ساختمان خورشیدی واقع در ضلع شمالی دانشگاه علم و صنعت و به‌منظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهینه سازی مصرف انرژی و امکان بررسی روش‌های استفاده از انواع انرژی‌های تجدیدپذیر به ویژه انرژی خورشیدی اجرا گردیده‌است.

سیستم‌های فتوولتاییک :
به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده‌ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستم‌های فتوولتائیک یکی از پر مصرف‌ترین کاربرد انرژی‌های نو می‌باشند و تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (5/0 وات تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده‌است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آن‌ها افزوده می‌شود. از سری و موازی کردن سلول‌های آفتابی می‌توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلول‌های سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتائیک می‌گویند. امروزه اینگونه سلول‌ها عموماً از ماده سیلیسیم تهیه می‌شود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می‌شود که در مناطق کویری کشور، به فراوانی یافت می‌گردد. بنابراین از نظر تأمین ماده اولیه این سلول‌ها هیچ گونه کمبودی در ایران وجود ندارد. ]19[

فصل دوم
انواع کلکتورهای خورشیدی
و
بررسی استانداردهای مربوطه

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

مقدمه :
مهم‌ترین بخش هر آب‌گرم‌کن خورشیدی را می‌توان کلکتور آن دانست که کار اصلی آن جذب تابش خورشید و تبدیل آن به گرما و انتقال آن به سیال عامل که در لوله‌ها جریان دارد، می‌باشد.
کلکتورها به سه دسته تقسیم می‌شوند که بر اساس این تقسیم بندی روش انتقال حرارت هر کدام متفاوت خواهد بود. انتخاب نوع کلکتور به شرایط آب و هوایی منطقه و دمای مطلوب مورد نیاز ( دمای آب داغ ) بستگی دارد. اگرچه امروزه انواع کلکتورها با تکنولوژی جدید و پیشرفته ساخته می‌شوند و مواد جاذب به کار رفته دارای حداکثر جذب و حداقل نشر و انعکاس می‌باشند .

در حالت کلی کلکتورها را می‌توان به سه دسته زیر تقسیم کرد :
1) کلکتور صفحه تخت1 .
2) کلکتور لوله‌ای تحت خلاء2 .
3) کلکتور سهموی3 .
کلکتور نوع مسطح هر دو انرژی تابشی (مستقیم و پراکنده) را جذب می‌کند در حالی‌که در نوع متمرکز کننده تنها تابش مستقیم خورشید جذب می‌شود. به همین دلیل کلکتورهای متمرکز کننده همواره باید خورشید را تعقیب کنند. انرژی جذب شده توسط این کلکتورها از نوع تخت بیشتر است اما تجهیزات مورد نیاز مکانیکی برای تعقیب خورشید و نگهداری از آن در دراز مدت بسیار گران قیمت خواهد بود. این کلکتورها باید در هر ساعت حدود 15 درجه در جهت حرکت خورشید چرخش داشته باشند. با توجه به این‌که کلکتورهای تخت دمای مورد نیاز تا 100 درجه سلسیوس را تأمین می‌کنند، استفاده از این نوع کلکتور معمولا توصیه می‌شود و کلکتورهای متمرکز کننده بیشتر برای مصارف خاص کاربرد دارند.
شکل 2-1 کارکرد یک کلکتور خورشیدی در حالت کلی را نشان می‌دهد.

شکل 2-1- کارکرد کلکتور صفحه تخت در حالت کلی
کلکتور صفحه تخت :
یکی از ساده‌ترین و پر استفاده‌ترین نوع کلکتور‌های خورشیدی که امروزه در کشور‌های مختلف دنیا به بازار عرضه می‌شود، کلکتور‌های صفحه تخت می‌باشد.
ساختار آن به‌صورت یک جعبه مستطیل شکل بوده که در داخل آن یک صفحه جاذب فلزی از جنس مس یا آلومینیوم که معمولا به رنگ‌های تیره به‌منظور جذب بهتر می‌باشد. در زیر این صفحه لوله یا کانال‌هایی قرارگرفته که سیال عامل ( آب، هوا و مایع ضد یخ ) در آن‌ها جریان دارد. جهت افزایش کارایی و کاهش اتلافات حرارتی اطراف کلکتور عایق‌بندی شده‌است و این نوع کلکتورها جهت دماهای متوسط (بین 30 تا 70 درجه سانتی‌گراد) مورد استفاده قرار می‌گیرد و یا زمانی که نیاز به گرما در طول ماه‌های زمستان دارند مناسب‌ترین کلکتور می‌باشند .
در شکل 2-2 کلکتور صفحه‌ای تخت به همراه اجزای آن نمایش داده شده‌است . در ادامه اجزاء هر کلکتور خورشیدی تشریح خواهد شد.

شکل 2-2- کلکتور صفحه تخت به همراه اجزای آن

2-2-1) صفحه جاذب :
صفحه جاذب4 مهم‌ترین بخش یک کلکتور می‌باشد که وظیفه جذب تابش خورشید و انتقال گرما به سیال عامل را بر عهده دارد. یک صفحه جاذب باید از خواصی همچون انتقال حرارت خوب، ضریب هدایت حرارتی بالا، ضریب جذب بالا و ضریب صدور پایین برخوردار بوده و از پایداری مناسبی در دماهای بالا برخوردار باشد.
برای ساختن صفحه جاذب از موادی مثل مس،‌ آلومینیوم و فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود. از آن‌جا که این مواد از قدرت جذب کنندگی خوبی برخوردار نیستند، با استفاده از روکش می‌توان قابلیت جذب آن‌ها را افزایش داد. در صورتی‌که ماده ای سیاه رنگ گرم و درجه حرارتش بالا رود، مقداری از گرمای جذب شده را به‌صورت تشعشعی به محیط پیرامون برمی‌گرداند. همین پدیده در صفحات داغ الکتریکی و بخاری های برقی به راحتی ملموس می‌باشند. زمانیکه صفحات ( المنت ها ) روشن می‌شوند، انرژی گرمایی به‌صورت تشعشعی، بدون این‌که بر روی صفحات داغ اثر منفی برجای گذارند، از روی آن ساطع می‌شود. حال در کلکتورهای خورشیدی، پوشش تیره رنگ تاثیر مشابهی را از خود نشان می‌دهند. این کلکتورها بخش اعظمی از انرژی جذب شده را به آبی که در داخل لوله جاذب جاری است منتقل نموده و مقدار بسیار کمتری را به‌صورت تشعشعی به محیط اطراف بر می‌گرداند.
ار این رو، بخش جاذب کلکتور‌های خورشیدی غالبا همچون پوشش مشکی رنگ توضیح داده شده می‌ماند و مقدار بسیار کمی از پرتو دریافتی را به‌صورت تشعشع بر می‌گرداند. حال آنکه فرآیند پوشش دهی مورد نیاز این مواد بسیار پیچیده تر می‌باشند. زیرا این کار باید با دقت بهتری انجام پذیرد و در مورد کلکتور‌های خورشیدی بازده جذب پرتو خورشید دارای نقش عمده‌ای است.
به عنوان یک نتیجه‌گیری کلی باید گفت بسیاری از جاذب‌های مورد کاربرد در کلکتورهای صفحه تخت امروزی از پوشش انتخابی بهره‌مند هستند که این پوشش‌ها از جنس کروم مشکی، نیکل تیره یا TiNox می‌باشند.
هم‌چنین از رنگ بعنوان روکش صفحه جاذب می‌توان استفاده کرد، بهترین رنگ‌ها آن‌ها یی هستند که با مخلوط‌های از اکسیدهای کرم، مس، آهن، منکنز، رنگین شده‌اند.

شکل 2-3- صفحه جاذب

2-2-2) صفحات پوششی یا جداری :
با محدود کردن جریان هوا می‌توان افت گرمایی جابجایی در کلکتورها را کاهش داد و موجب افزایش بازده شد که این عمل توسط صفحات پوششی5 انجام می‌گیرد. هم‌چنین این پوشش موجب افت گرمای تابشی از صفحه جاذب می‌گردد. در ضمن بعنوان یک محافظ برای صفحه جاذب عمل نموده و از ورود آب باران، گرد و غبار به داخل محفظه کلکتور جلوگیری بعمل می‌آورد. برای این‌که پوشش مفید واقع شود باید قابلیت جذب و بازتاب آن به حداقل کاهش داد.

2-2-3) محفظه کلکتور :
محفظه کلکتور اغلب از جنس آلومینیوم، فولاد و یا چوب ساخته می‌شود و در برخی موارد نیز از فایبر گلاس است. در صورت استفاده از محفظه فلزی، باید مسیرهای انتقال گرما از بخش‌های گرم کلکتور به محفظه را مسدود نمود. یعنی محفظه باید طوری عایق‌کاری شود تا گرمای حاصله از طریق انتقال از محفظه تلف نگردد. علیرغم این تمهیدات، کلکتور‌های صفحه تخت هنوز دارای تلفات گرمایی هستند که عمده دلیل آن اختلاف درجه حرارت میان جاذب و هوای پیرامون می‌باشد که به دو نوع انتقال گرمای تشعشعی و همرفتی خود را نشان می‌دهند. انتقال گرمای همرفتی به سبب حرکت هوا و تابشی ناشی از اختلاف درجه حرارت بخش فوقانی کلکتور و هوای پیرامون است.
پاره‌ای از کلکتورها از نظر تهویه وجریآن‌ها ی داخل نیز به شدت کنترل می‌شود تا از هر گونه چگالش بر روی قسمت داخلی شیشه جلوی کلکتور جلوگیری شود. در شکل 2-4 فرآیند توضیح داده شده در خصوص یک کلکتور صفحه تخت مشاهده می‌شود.

شکل 2-4- فرآیند حرارتی یک کلکتور صفحه تخت

کلکتورهای صفحه تخت بر حسب نوع سیال عامل به دو دسته تقسیم می‌شوند :
کلکتور صفحه تخت با سیال مایع6
کلکتور صفحه تخت با سیال گاز7 ( هوا )

دسته بندی : پایان نامه

پاسخ دهید