مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی و ارزیابی دنبال کننده خورشیدی دو محوره ترکیبی

نویسندگان
1 'گروه آموزش مهندسی مکانیک بیوسیستم دانشگاه شهید باهنر کرمان
2 بخش مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان،ایران
3 بخش مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران
4 استادیار، مهندسی برق، دانشکده شهید چمران کرمان
چکیده
در این پژوهش، به منظور افزایش دریافت انرژی خورشیدی در صفحه‌های فتوولتائیک، یک دنبال کننده خورشیدی ترکیبی دو محوره ساخته و مورد ارزیابی قرار داده شد. حرکت صفحه فتوولتائیک‌ در این دنبال کننده به دو روش فعال و غیر فعال می‌باشد، که به ترتیب با استفاده از الکتروموتور و گاز مایع به عنوان سیال عامل، کار می‌‌کند. الکتروموتور مطابق اصل تاریخ زمانی، حرکت خورشید را در جهت شرقی- غربی با استفاده از یک میکرو کنترلر برنامه ریزی شده از ابتدا تا انتهای روز دنبال می‌‌نماید و برای حرکت در جهت شمالی- جنوبی، از قانون گاز کامل و تغییر فشار گاز با افزایش دمای آن استفاده می‌کند. اجزای دنبال‌‌کننده برای حرکت در این جهت شامل دو مخزن حاوی گاز مایع پالایشگاهیLPG)) نصب شده در کناره‌‌های صفحه فتوولتائیک و یک سیلندر نیوماتیکی بودند. نتایج تحقیق نشان داد، به‌کارگیری دنبال کننده به صورت تک محوره شمالی- جنوبی، تک محوره شرقی- غربی و دو محوره به ترتیب باعث افزایش 5.03، 33.75 و 38.78درصدی در انرژی تابش دریافتی از خورشید و بهبود 4.82، 31.43 و 36.25 درصدی در تولید انرژی الکتریکی روزانه صفحه فتوولتائیک‌ نسبت به حالت ثابت می‌شود. در مجموع استفاده از دنبال کننده، منجر به افزایش دمای کاری صفحه فتوولتائیک شد. براساس دمای کاری صفحه خورشیدی در حالت مجهز به دنبال کننده، می توان آن را برای سامانه های فتوولتائیک-گرمائی توصیه کرد. سامانه مورد ارزیابی توانست خورشید را در راستای محور شرقی- غربی، با اختلاف 0.6 درصد و در راستای شمالی- جنوبی، با اختلاف 8 درصد دنبال کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Design and field evaluation of a combined double-axis solar tracker

نویسندگان English

mehrad aref 1
Kazem Jafarinaeimi 2
Hamid Mortezapour 3
Mostafa Jafari Keranipour 4
1 Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Shahid Bahonar university of Kerman, Kerman, Iran
2 Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Shahid Bahonar university of Kerman, Kerman, Iran
3 Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Shahid Bahonar university of Kerman, Kerman, Iran
4 Technical and Vocational university Shahid Chamran, Kerman
چکیده English

To improve solar energy gain by the photovoltaic (PV) modules, a novel double-axis solar tracker was developed in the present study. The proposed system worked based on both active and passive methods of sun tracking using electromotor and gas actuator, respectively. The electromotor oriented the module in the east-west direction based on the principle of the chronology of the sun, and in the north-south direction, the change in the gas pressure, due to the temperature change, activated a pneumatic cylinder to rotate the module. The evaluation tests were carried out at the different modes of tracking (including east-west, north-south and double axis). The results showed that the available solar energy on the PV module increased by 5.03%, 33.75% and 38.78% using the tracker at the north-south, east-west and double axis modes, respectively. This, finally, improved electricity generation of the PV module by 4.82%, 31.43% and 36.25%, respectively. Moreover, employing the tracker system led to an increase in operating temperature of the PV module. Based on the operating temperature of the module with the tracking system, it was proposed for using in the photovoltaic-thermal collectors. The designed system could track the sun trajectory with the accuracies of 0.6% and 8% in the east-west and south-north directions, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Solar tracker
Photovoltaic module
Energy gain
Electricity generation
[1] R. Rawat, S. Kaushik, and R. Lamba, A review on modeling, design methodology and size optimization of photovoltaic based water pumping, standalone and grid connected system, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 57, pp. 1506-1519, 2016.
[2] S. Racharla and K. Rajan, Solar tracking system – a review, International Journal of Sustainable Engineering, vol. 80, pp. 1-10, 2017.
[3] G. Liu, A. O. Baba, and L. Zhu, Hybrid controller for dual axes solar tracking system, in Control Conference (CCC), 2017 36th Chinese, pp. 3203-3207 2017.
[4] F. Afrin, T. Titirsha, S. Sanjidah, A. Siddique, and A. Rabbani, Installing dual axis solar tracker on rooftop to meet the soaring demand of energy for developing countries, in India Conference (INDICON), 2013 Annual IEEE, pp. 1-5 2013.
[5] R. Tejwani and C. S. Solanki, 360 sun tracking with automated cleaning system for solar PV modules, in Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2010 35th IEEE, pp. 002895-002898 2010.
[6] A. Kassem and M. Hamad, A microcontroller-based multi-function solar tracking system, in Systems Conference (SysCon), 2011 IEEE International, pp. 13-16 2011.
[7] S. C. Baer, Summer/winter solar control system, .U.S. Patent No. 4,505,255. Washington, DC ed: Google Patents, 19 Mar. 1985.
[8] Y. El-Tous, O. O. Badran, and A. Al-Mofleh, Thermal evaluation of a sun tracking solar cooker, Journal homepage: www. IJEE. IEEFoundation. org, vol. 3, No. 1, pp. 83-90, 2012.
[9] N. Parmar, A. N. Parmar, and V. S. Gautam, Passive solar tracking system, Int J Emerg Technol Adv Eng, vol. 5, No. 1, pp. 138-145, 2015.
[10] K. S. Ray, M. Abul Bashar, M. Ahmad, and F. Bin, Global Journal of Researches in Engineering, vol. 12, No. 4-J, pp. 29, 2012.
[11] J. M. Wang and C. L. Lu, Design and implementation of a sun tracker with a dual-axis single motor for an optical sensor-based photovoltaic system, Sensors, vol. 13, No. 3, pp. 3157-3168, 2013.
[12] W. Y. W. Adrian, V. Durairajah, and S. Gobee, Autonomous dual axis solar tracking system using optical sensor and sun trajectory, in The 8th International Conference on Robotic, Vision, Signal Processing & Power Applications, vol. 291, No. 8, pp. 507-520 2014.
[13] P. Roth, A. Georgiev, and H. Boudinov, Cheap two axis sun following device, Energy conversion and management, vol. No. 7-8, 46, pp. 1179-1192, 2005.
[14] A. S. Joshi and A. Tiwari, Energy and exergy efficiencies of a hybrid photovoltaic–thermal (PV/T) air collector, Renewable Energy, vol. 32, No. 13, pp. 2223-2241, 2007.
[15] P. Cooper, The absorption of radiation in solar stills, Solar energy, vol. 12, pp. 333-346, 1969.
[16] T. Tavousi, The climatic Application of Solar Radiation in Enviromental Planning vol. 1. University of Sistan and Baluchestan Research Administration, 2011. (in persian فارسی)
[17] S. Rustemli, F. Dincadam, and M. Demirtas, Performance Comparison of the Sun Tracking System and Fixed System in the Application of Heating and Lighting Arabian Journal for Science & Engineering (Springer Science & Business Media BV), vol. 35, No. 2B, 2010.
[18] J. A. Duffie and W. A. Beckman, Solar engineering of thermal processes: John Wiley & Sons, 2013.
[19] A. Demirbas, Fuel properties of hydrogen, liquefied petroleum gas (LPG), and compressed natural gas (CNG) for transportation, Energy Sources, vol. 24, No. 7, pp. 601-610, 2002.
[20] S. Tiwari, and G. N. Tiwari, Thermal Analysis of Photovoltaic-Thermal (PVT) Single Slope Roof Integrated Greenhouse Solar Dryer. Solar Energy, vol. 138, pp. 128-136, 2016.
[21] Y. Zhang, L. Zhang, Q. Meng, Feng and Y. Chen, A dynamic experimental study on the evaporative cooling performance of porous building materials. Heat Mass Transfer, vol. 53(8), pp. 2651-62, 2017.
[22] S. Abdallah and S. Nijmeh, Two axes sun tracking system with PLC control, Energy conversion and management, vol. 45, pp. 1931-1939, 2004.
[23] M. Engin and D. Engin, Optimization controller for mechatronic sun tracking system to improve performance, Advances in Mechanical Engineering, vol. 5, No. 11, pp. 146352, 2013.
[24] H. Fathabadi, Novel high efficient offline sensorless dual-axis solar tracker for using in photovoltaic systems and solar concentrators, Renewable Energy, vol. 95, pp. 485-494, 2016.
[25] M. Almasi, SH. Kiani and N. Loimi, Fundamentals of agricultural mechanization. Jangal, vol. 4, 2000.‌(in persian فارسی).
[26] H. Mortezapour, B. Ghobadian and A. Abbaspour, Financial Investigation of Using Solar-Powered LED for Park Lighting in Iran, Journal of Energy and Power Engineering, Vol. 4, No.1 (Serial No.26) Jan. 2010.
[27] S. Racharla and K. Rajan, Solar tracking system – a review, International Journal of Sustainable Engineering, Vol. 10, Issu. 2 pp. 72-81, 2017



پیوست 1

جدول4 مشخصات ابزار اندازه گیری استفاده شده در آزمایش
ردیف نوع دستگاه مشخصات
1 سولار آنالایزر
مدل PROVA 200A
محصول شرکت TES
کشور تولید کننده: تایوان
محدوده اندازه گیری ولتاژ 1mV تا 60V
محدوده اندازه گیری جریان 0.1mA تا 6A
اندازه گیری بیشترین ولتاژ و جریان در توان ماکریمم
اندازه گیری ولتاژ در حالت مدار باز
اندازه گیری جریان در حالت اتصال کوتاه
محاسبه بازده سلول
2 تابش سنج مدل TES 1333 R
محصول شرکت TES
کشور تولید کننده: تایوان
محدوده اندازه گیری 2 تا 2000 وات بر متر مربع
3 حسگر دما مدل SMT 160
دقت 0.1 درجه سلسیوس
محدوده اندازه گیری -30 تا +130 درجه سلسیوس
4 ترانسمیر دما مدل TM-1233
محصول شرکت مهندسی تیکا
کشور تولید کننده: ایران
5 شیب سنج مدل CST
دقت اندازه گیری 1 درجه
محدوده اندازه گیری 0 تا 90 درجه