برگشتن به برق

دانلود پایان نامه : بررسی سیستم های ردیابی مسیر خورشید (SOLAR TRACKING) و پتانسیل استفاده از آنها در پنل های خورشیدی

۵,۵۰۰ تومان

Continue Shopping
دسته: , , برچسب: , , , , , , , , , , , ,

توضیحات

دانلود پایان نامه : بررسی سیستم های ردیابی مسیر خورشید (SOLAR TRACKING)  و پتانسیل استفاده از آنها در پنل های خورشیدی

48ص

 

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

 

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی مکاترونیک

 

چکیده 1

مقدمه. 2

فصل اول. 4

بررسی اصول کلی روابط هندسی خورشید و زمین. 4

فصل اول  : بررسی اصول کلی روابط هندسی خورشید و زمین. 5

تعاریف اولیه. 5

1-2) بررسی رفتار حرکتی زمین و خورشید نسبت به هم. 7

1-2)بررسی و مقایسه الگوریتم های مطرح در زمینه روابط هندسی زمین و خورشید. 10

1-3)تشریح الگوریتم کوپر  [COOPER] [17] 12

فصل دوم. 15

بررسی روش های مختلف ردیابی خورشید. 15

فصل دوم : بررسی روشهای مختلف ردیابی خورشید. 16

فصل سوم. 20

فصل سوم : تشریح استراتژی ردیابی هیبریدی در ردیابی خورشید. 21

3-2)   تشریح الگوریتم هیبریدی ردیاب خورشیدی. 22

فصل چهارم. 30

فصل چهارم : بررسی اقتصادی استفاده از سیستم ردیاب خورشیدی. 31

فصل پنجم. 36

نتیجه گیری. 37

پیشنهادات.. 38

منابع. 39

سایت ها 40

چکیده

هدف از این مطلب بررسی اصول کارکرد سیستم های ردیاب خورشیدی و پتانسیل استفاده از آنها در تولید برق خورشیدی است. به این منظور ابتدا با بررسی رفتارهای حرکتی خورشید و زمین و موقعیت های آنها نسبت به هم ، به تشریح اصول کلی الگوریتم ها و روابط هندسی موقعیت خورشید و زمین (بر حسب مکان جغرافیایی، روز، ساعت و زاویه پنل خورشیدی ) پرداخته می شود و با انتخاب یکی از الگوریتم های مطرح ، محاسبه موقعیت زمین و خورشید و تعیین زوایای لازم انجام می گیرد. با استفاده از این الگوریتم موقعیت خورشید برای شهر تهران در روزهای اول بهار، اول پاییز، اول تابستان و اول زمستان محاسبه شده و به صورت نمودار نمایش داده می شود. سپس انواع روش ها و سیستم های ردیابی خورشیدی دسته بندی و معرفی گردیده و توضیحات لازم در این خصوص ارائه می گردد . با انتخاب یکی از روش های مطرح و پیچیده که ترکیبی از الگوریتم های مختلف می باشد ، جزییات بیشتری در مورد طراحی و فرآیند کار آن روش، ارائه خواهد شد. در انتها بررسی اقتصادی کاربرد روش ارائه شده برای شرایط مشخص انجام می گردد.

مقدمه

امروزه یافتن منابع انرژی پاک برای آینده یکی از دغدغه های مهم جوامع بشری به حساب می آید و انرژی خورشید می تواند پاسخ مناسبی برای این موضوع به شمار آید. پاکی ، فراوانی ، تجدید پذیری ، پایداری و در دسترس بودن از بارزترین ویژگی های انرژی خورشید می باشد. بر همین اساس در سالیان اخیر طراحی ، ساخت و استفاده از انواع سیستم ها و دستگاه هایی مبتنی بر استفاده از انرژی خورشید پدیدار گردیده است. امروزه سیستم های خورشیدی به شکل گسترده ای در مصارف گوناگون صنعتی ، خانگی و کشاورزی و . . . مورد استفاده قرار می گیرند.

سيستم هاى فتوولتايیك يا برق خورشيدى متشكل از تعدادى پنل خورشيدى مى باشند كه نور خورشيد را جذب كرده و آن را مستقيما به الكتريسيته تبديل مى كنند. الكتريسيته توليدى توسط اين پنل ها از نوعDC  يا مستقيم است و براى مصارف عمومى توسط اينورتر تبديل به جریان AC مى شود.  در بسيارى از كاربردها انرژى توليد شده براى مصارف بعدى يا استفاده در شب هنگام، می بايستى ذخيره گردد كه براى اين عمل نياز به شارژ كنترلر و باطرى هاى مناسب مي باشد.  به دليل بالا بودن قيمت الكتريسیته توليدى از اين سيستم ها، بهتر است كه تمامى اجزاء تشكيل دهنده سيستم داراى راندمان هاى بالا باشند تا تلفات به حداقل ميزان ممكن برسد.

مهمترين بخش و گرانقيمت ترين جزء اين سيستم ها، پنل هاى خورشيدى هستند . نحوه استقرار و جهت نصب و میزان تابش دریافتی اين پنل ها ، نقش كليدى در ميزان دريافت انرژى از خورشيد و به تبع آن میزان توليد انرژی توسط سيستم ایفا می کند.

با توجه به وابستگی شدید سیستم های خورشیدی به نور خورشید و همچنین تغییر وضعیت تابش خورشید در طول روز، ماه و سال ، طراحی و ساخت سیستم هایی که بتواند متناسب با این تغییرات ، حداکثر بهره را از نور خورشید به دست آورند مورد بررسی قرار گرفت و تا به امروز مطالعات ، مقالات و کارهای فراوانی در این خصوص صورت گرفته و نتایج خوبی هم حاصل شده است که از مهمترین نتایج این اقدامات را می توان افزایش بهره وری سیستم های خورشیدی ، حداکثر به میزان 40 درصد و در نتیجه کاهش هزینه های تولید انرژی دانست. یکی از مهمترین موضوعاتی که در این خصوص مطرح می باشد طراحی و استفاده از سیستم ردیاب خورشیدی (SOLAR TRACKER) می باشد. سیستم های ردیاب خورشیدی (SOLAR TRACKER) در واقع با استفاده از روش های مختلف، مسیر حرکت نور خورشید را محاسبه یا مشاهده و ردیابی می کنند و توسط مکانیزم های مختلف پنل خورشیدی را به گونه ای که حداکثر بهره برداری از نور خورشید صورت گیرد تنظیم می کنند.  

در سال های اخیر و به منظور بهینه سازی ، ارتقا و افزایش کارایی سیستم های خورشیدی، علومی همچون الکترونیک ، کنترل ، کامپیوتر ، نجوم ، فیزیک و شیمی به کار گرفته شدند و هرکدام به سهم خود در این امر دخیل و موثر بوده اند. همگام با پیشرفت های تکنولوژی، انواع روش های الکترونیکی و کنترلی و کامپیوتری در طول چند دهه اخیر برای طراحی ، محاسبات و شبیه سازی ، اجرا و عملیاتی کردن ایده های مختلف و . . . در این عرصه مطرح گردیده است. ساختارها ، سیستم های مکانیکی و مکانیزم های مختلفی در کاربری های مختلفی برای این امر ارائه شده است و الگوریتم ها و روش های مناسبی هم در مورد هندسه زمین و خورشید که امکان محاسبه دقیق موقعیت خورشید را در زمان ها و مکان ها مختلف می دهند معرفی گردیده است. از این رو همانطور که مشخص است بهره مندی از علوم مختلف در بهینه سازی این سیستم ها امری اجتناب ناپذیر بوده و مسلما نتایج مطلوبی برای آیندگان به همراه خواهد داشت.

 .

.

فصل دوم : بررسی روشهای مختلف ردیابی خورشید

 

همانطور که گفته شد استفاده از سیستم های ردیاب خورشید یکی از عوامل مهم در بهبود عملکرد و افزایش میزان انرژی تولیدی در سیستم های خورشیدی می باشد و تا به امروز هم فعالیت های زیادی در این عرصه صورت گرفته است . روش های مختلف الکترونیکی، کنترلی، کامپیوتری و نجومی در به دست آوردن موقعیت خورشید مطرح گردیده است و مکانیزم های متعددی هم در هدایت و تنظیم استراکچر پنل خورشیدی به سمت پرتوهای خورشید طراحی گردیده است .

با توجه به فعالیت های گسترده ای که در این خصوص و در بخش های مختلف آن صورت گرفته و به منظور تشریح بهتر انواع الگوریتم ها ، روش ها و مکانیزم ها ، لازم است انواع سیستم های ردیابی را طبقه بندی گردند.

هر سیستم ردیاب خورشیدی را می توان به دو بخش عمده تقسیم کرد که عبارتند از بخش اول سیستم کنترلی و بخش دوم مکانیزم و استراکچر .کلیه امور مربوط به ارسال ، دریافت و پردازش اطلاعات و داده ها ، انجام محاسبات لازم ، تصمیم گیری و صدور دستورات عملیاتی و اموری از این دست در بخش اول هر سیستم ردیاب خورشیدی انجام می گیرد . برپا نگهداشتن پنل های خورشیدی ، اجرای فرامین بخش کنترل در خصوص چرخش پنل ها به میزان مشخص و امور این چنینی بر عهده بخش دوم می باشد. لذا به منظور طبقه بندی سیستم های ردیاب خورشیدی می توان از این دو منظر به انواع سیستم های ردیاب خورشیدی نگاه کرد و آنها را مورد طبقه بندی قرار داد.

از این دو منظر چندین دسته بندی از سیستم های ردیاب ارائه گردیده است که در ادامه به ارائه و تعریف آنها پرداخته می شود.در یک دسته بندی انواع سیستم های ردیاب خورشیدی از نظر الگوریتم کنترلی به دو دسته الگوریتم کنترلی حلقه بسته و حلقه باز تقسیم شده اند[8]. بر این اساس الگوریتم کنترلی حلقه بسته اینگونه است که این سیستم ها بر اساس دریافت فیدبک کنترلی کار می کنند. در این سیستم ها ، سیگنال هایی از سنسورهایی که موقعیت خورشید را تعیین می کنند به یک کنترلر ارسال می گردد و پس از انجام پردازش های لازم خروجی مناسب صادر می گردد. سنسور در این سیستم ها می تواند از انواع سنسورهای نوری مانند                        LDR ,PHOTO TRANSISTOR , PHOTO DIODE, SOLAR CELL و . . . بوده و یا با ارائه      ایده هایی از اثر سایه به اشکال مختلف و یا از pyrheliometer یا گرماسنج خورشیدی استفاده شده باشد. سیستم هایی هم که بر اساس منطق فازی و یا بر اساس شبکه های عصبی طراحی می گردند در این دسته قرار می گیرند . الگوریتم حلقه باز به روش هایی اطلاق می گردد که در آنها ورودی سیستم توسط استفاده از فاکتورها و الگوریتم های خاصی محاسبه شده و بدون استفاده از فیدبک ، هدف تعیین می گردد. در این سیستم ها که اغلب بر اساس محاسبات ریاضی و بدون مشاهده خورشید موقعیت آن به دست می آید . فاکتورهایی مانند مشخصات موقعیت جغرافیایی محل نصب دستگاه و زمان بارگذاری دستگاه از نظر روز و ساعت از مهم ترین مواردی است که به عنوان ورودی به این سیستم ها داده می شود. این سیستم ها ساده تر و ارزان تر از انواع حلقه بسته بوده و خروجی پردازش ها به منظور اعمال کنترل مشاهده نمی گردد. 

.

.

فصل سوم

 

 

تشریح استراتژی ردیابی هیبریدی در ردیابی خورشید

 

 

فصل سوم : تشریح استراتژی ردیابی هیبریدی در ردیابی خورشید

3-1)   ارائه مشخصات کلی و چکیده مقاله انتخاب شده

در این بخش به تشریح و بیان جزییات یکی از روش های ارائه شده برای سیستم های ردیاب خورشیدی پرداخته می شود. به این منظور یکی از کاملترین و در عین حال پیچیده ترین الگوریتم های ارائه شده در زمینه    سیستم های ردیاب خورشیدی انتخاب شده است که در ادامه به تحلیل آن می پردازیم.

مشخصات مقاله [9]:

Application of new control strategy for sun tracking

F.R. Rubio, M.G. Ortega, F. Gordillo, M. Lo´pez-Martı´nez

Depto. Ingenierı´a de Sistemas y Automa´ tica, Escuela Superior de Ingenieros, Universidad de Sevilla, 41092 Sevilla, Spain

Received 12 June 2006; accepted 24 December 2006

Available online 26 February 2007

این مقاله یک روش ردیابی خورشیدی را پیشنهاد می کند که توانایی ردیابی با دقت بالا ، نیاز نداشتن به کایبراسیون مجدد و نصب آسان از ویژگی های آن به شمار می رود. در این سیستم یک استراتژی کنترلی هیبریدی شامل ترکیبی از دو الگوریتم ردیابی حلقه باز بر مبنای اصول هندسی موقعیت خورشید و الگوریتم حلقه بسته بر اساس استفاده از فیدبک دریافتی از میزان توان تولیدی توسط پنل ها معرفی می گردد. از نظر مکانیزم هم یک سیستم ردیاب دو محوره با ساختار ارزان قیمت ارائه می گردد.

 

3-2)   تشریح الگوریتم هیبریدی ردیاب خورشیدی

الگوریتم حلقه باز در این استراتژی بر اساس مدل های حرکتی خورشید و روابط هندسی بین خورشید و زمین می باشد و الگوریتم حلقه بسته در این استراتژی بر اساس استفاده از اطلاعات دریافتی از سنسورها و پردازش آنها به منظور تعیین موقعیت واقعی خورشید عمل بوده که در آن از خود پنل های خورشیدی به صورت بررسی و اندازه گیری پیوسته انرژی حاصله از آنها به عنوان سنسور استفاده شده است.

این استراتژی ردیابی هیبریدی اتوماتیک Automatic tracking strategy  شامل 2 روش عملیاتی است:  روش اول Normal tracking mode یا حالت ردیابی عادی و روش دوم Search mode یا حالت جستجو . حالت اول تا زمانی معتبر و اجرایی است که خطای ردیابی کمتر از حد معین شده باشد و تابش دریافتی به اندازه کافی زیاد باشد. اما در مواقعی به دلایل بروز اختلالات خارجی در سیستم ، ناشی از عوامل مختلف مانند وجود آسمان ابری برای مدت طولانی و . . . که نیاز به مشاهده خورشید باشد حالت دوم فعال می گردد.

عملکرد Normal tracking mode بر اساس شکل( 3-1) و به شرح ذیل می باشد.

 

شکل 3-1 [9].

در این شکل u نمایانگر موقعیتی است که سیستم ردیاب از موقعیت خورشید به دست آورده است که از مجموع دو فاکتور ū که موقعیت خورشید بر اساس مدل حرکتی و روابط هندسی است و ũ مقداری است که بر اساس موقعیت واقعی خورشید ایجاد می گردد. برای محاسبه ū همانطور که پیشتر گفته شد الگوریتم های مختلفی وجود دارد در این استراتژی از الگوریتم  PSA [13] جهت محاسبه موقعیت خورشید استفاده شده است که عملکرد بر اساس ساعت جهانی UT ، سرعت و دقت مناسب و معتبر بودن نتایج برای هردو نیمکره شمالی و جنوبی از ویژگی های آن محسوب می شود. اگرچه این الگوریتم از دقت بالایی برخوردار است اما به دلایلی همچون اختلاف واقعی زمانی بین موقعیت سیستم و مبدا زمان جهانی ، دقیق نبودن موقعیت جغرافیایی (که البته با استفاده از تکنولوژی GPSاین خطا کاهش می یابد) و همچنین خطاهایی ناشی از ساختار مکانیکی سیستم و دلایلی از این دست ، وجود خطاهایی در به دست آوردن موقعیت خورشید اجتناب ناپذیر است. بر این اساس لزوم وجود ũ به عنوان اصلاحگر نمایان می شود تا به همراه مقدار ū بهترین و مناسب ترین u در مورد موقعیت واقعی خورشید حاصل شود.

بلوک کنترل کننده موتورها دستورات لازم جهت حرکت استراکچر را صادر می کند. با توجه به میزان مصرف موتورها ردیابی و حرکت استراکچر به طور پیوسته امری نامناسب بوده و انرژی را تلف می کند . لذا در این استراتژی یک تلرانسی بین موقعیت استراکچر و مقدار u  لحاظ شده است که اگر اختلاف بین این دو بیش از این حد تعیین شده، گردد موتورها راه اندازی شوند. گفتنی است این پروسه برای هر دو محور به طور مستقل صورت می گیرد و هر دو محور امکان حرکت کردن در یک زمان را ندارند.

صحت ردیابی به صورت پیوسته و online با اندازه گیری توان الکتریکی تولید شده چک می گردد و کاهش در توان تولیدی نشان از بروز مشکلی در سیستم ردیابی دارد. همانطور که (از شکل 3-1) پیداست برای تاثیر این نوع سنسور در مکانیزم کنترلی لازم است از یک کنترل کننده استفاده شود که در این استراتژی از یک کنترل کننده PI بدین منظور استفاده شده است. سیستم کنترل از توان تولیدی به عنوان سنسور نمونه برداری کرده و فرض این است که موقعیت واقعی خورشید برابر است با نقطه ای که حداکثر توان در آن تولید می شود. با مقایسه این موقعیت با مقدار حاصل شده از u خطای ردیابی به دست می آید.

مقدار خطا توسط کنترلر PI  و با استفاده از روابط زیر به دست می آید
که در آن           خطای فعلی و         خطای قبلی اندازه گیری شده و          انتگرال تغییرات سیگنال خطا    و            پریود نمونه برداری و Kp و Ti ضرایب ثابت تناسبی و انتگرال گیری کنترل کننده PI هستند. کنترل کننده PI  وقتی کار می کند که جابجایی صورت گرفته و استراکچر به موقعیت مورد نظر رسیده باشد.

 

عملکرد حالت Search mode یا حالت جستجو هم به صورت ذیل می باشد

تنها هنگامی که خطای ردیابی بیش از مقدار معین شده و تابش دریافتی هم به اندازه ای باشد که سیستم بتواند تولید انرژی الکتریکی داشته باشد این حالت فعال می گردد. برای این کار لازم است یک پنل اضافی به منظور مشخص کردن وضعیت آب و هوا در نظر گرفته شود.

تصور کنید یک توده ابر برای مدت طولانی در آسمان ظاهر شود .در طی این مدت تولید توان الکتریکی صورت نگرفته و بالطبع فیدبکی هم دریافت نشده و هیچ سیگنال اصلاحگری هم ایجاد نمی گردد و مرجع ردیابی همان نتایج حاصل از روابط هندسی خواهد بود. با کنار رفتن توده ممکن است اختلاف بین موقعیت واقعی خورشید و موقعیت استراکچر بیش از حد شده و در نتیجه سنسور توان نتواند اطلاعات لازم جهت اصلاح این مشکل را ایجاد کند بر این اساس لزوم ایجاد پروسه ای که به سیستم اجازه دهد تا جستجویی برای یافتن موقعیت واقعی خورشید انجام دهد نمایان می شود. این پروسه همان حالت جستجو است.

در این حالت جابجایی استراکچر به صورت یک مربع حلزونی مارپیچ در هر دو صفحه Zenith و Azimuth به صورت شکل 3-2 انجام می گیرد.

همزمان با جابجایی بررسی لازم بر روی توان تولیدی صورت می گیرد به محض تولید توان الکتریکی این حالت غیر فعال و حالت نرمال فعال می شود. شکل 3-2 نشان می دهد که حرکت استراکچر به صورت قائمه و یک در میان در هر دو صفحه صورت گرفته و مقدار رنج حرکتی در هر سیکل افزایش می یابد. البته این افزایش نباید به اندازه ای باشد که موقعیت واقعی بین دو پله قرار گیرد.

.

.

.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه پرداخت مستقیم که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشید.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “دانلود پایان نامه : بررسی سیستم های ردیابی مسیر خورشید (SOLAR TRACKING) و پتانسیل استفاده از آنها در پنل های خورشیدی”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *