Παραμετρική μελέτη μηδενισμού σκίασης ηλιακών συλλεκτών – Κώδικας – Εφαρμογές

Abstract

Η εργασία έχει σαν στόχο να παρουσιάσει μια μελέτη μηδενισμού σκίασης ηλιακών συλλεκτών που τοποθετούνται σε διάφορες οροφές κτιρίων λαμβάνοντας υπόψη δύο βασικούς λόγους σκίασης, αυτή που δημιουργείται από το τοιχίο της οροφής ή του διπλανού κτιρίου αλλά και αυτή που δημιουργούν οι διπλανοί συλλέκτες. Αναπτύχθηκε μαθηματικό μοντέλο βάσει του οποίου εφαρμόστηκε κώδικας ούτως ώστε να προκύψουν οι βέλτιστες λύσεις ανάλογα την περίπτωση. Αρχικά προσεγγίζεται μέσω βιβλιογραφίας το παγκόσμιο ενεργειακό πρόβλημα αλλά και η ανάγκη βελτιστοποίησης των συστημάτων εκμετάλλευσης των πόρων. Οι τελευταίοι χωρίζονται σε συμβατικές αλλά και σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ηλιακή, αιολική, γεωθερμική, βιομάζας και υδροηλεκτρική). Βασικότερη όλων όμως είναι η ηλιακή καθώς αυτή είναι η απαρχή για όλες τις υπόλοιπες και αποτελεί το αντικείμενο της παρούσας εργασίας. Γι αυτό το λόγο, γίνεται μια εκτενέστερη αναφορά στα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας και της τροχιάς του ηλίου. Κατόπιν αναλύουμε τον τρόπο λειτουργίας των άμεσων δεκτών της ηλιακής ενέργειας που κατηγοριοποιούνται σε επίπεδους συλλέκτες, συλλέκτες κενού και συγκεντρωτικούς συλλέκτες. Επίσης γίνεται μια αναφορά σε ένα καινοτόμο μοντέλο συνδυασμού ηλιακών συλλεκτών – φωτοβολταϊκών που προσφέρει δύο διαφορετικούς τρόπους απολαβής ηλιακής ενέργειας. Στη συνέχεια, ξεκινάμε τη δημιουργία ενός προσχέδιου για να μπορέσουμε να εξηγήσουμε τον τρόπο με τον οποίο προσεγγίζουμε τις παραμέτρους, ταυτόχρονα παρουσιάζουμε με πίνακες και γραφικές παραστάσεις τα μεγέθη της ηλιακής ακτινοβολίας σε ένα ηλιακό έτος αλλά και την προβολή της σκίασης στο επίπεδο. Ωστόσο, το κυριότερο κομμάτι της εργασίας είναι η αναλυτική περιγραφή σκίασης συλλέκτη λόγω ανατολικού, δυτικού και νότιου τοιχίου και λόγω των διπλανών συλλεκτών. Συγκεκριμένα, για κάθε ώρα των ημερών όλου του έτους (που υπαγορεύουν την ηλιακή θέση ως προς τον συλλέκτη) υπολογίζουμε τον μέγιστο αριθμό των συλλεκτών σε δεδομένη επιφάνεια και ύψος τοιχίου ανάλογα με τη γωνία κλίσης και αζιμούθιου των συλλεκτών. Αναλυτικότερα, για τα παραπάνω δημιουργήθηκε μαθηματικό μοντέλο το οποίο υπολογίζει την υπό σκιάν επιφάνεια των συλλεκτών και με τη χρήση αυτού αλλά και του προγράμματος της Matlab καταφέραμε να βρίσκουμε τον αριθμό, τη γωνία κλίσης και τη γωνία αζιμούθιου των συλλεκτών ούτως ώστε να υπάρχει μηδενική επιρροή της σκίασης τους (μικρότερη του 1%) στη μέγιστη απόδοσή τους. Τέλος, δίνονται ενδεικτικά τέσσερα παραδείγματα διαφορετικών περιπτώσεων επιφάνειας οροφής, ύψους τοιχίου και μεγέθους συλλεκτών από τα οποία προκύπτει η βέλτιστη τοποθέτηση και ο αριθμός των συλλεκτών στο χώρο. Επαληθεύεται με αυτόν τον τρόπο η σωστή λειτουργία του προγράμματος.

This paper aims to present a study of zero solar shading panels installed in various roofs of buildings taking into account two main reasons shading is created by the wall or roof adjacent building and was created by next collectors. Developed mathematical model where code was implemented in order to obtain best solutions as appropriate. Initially approached through literature the global energy problem and the need to optimize operating systems resources. The last separate in conventional and renewable energy sources (solar, wind, geothermal, biomass and hydro). But the most important of all is the sun as this is the beginning of all others and is the subject of this work. For this reason, there is an extensive reference to characteristics of radiation and orbit the sun. Then we analyze how the direct solar receivers energy categorized into flat panels, manifolds, vacuum and composite panels. Also there is a reference to an innovative model combination of solar panels - photovoltaic offering two different how to gain solar energy. Then begin to create a blueprint for us to explain how we approach the parameters, while presented with tables and graphs the sizes of solar radiation a solar year and the projection of the shading level. However, the main piece of work is the detailed description of shading collector due east, west and south wall of the adjacent panels. Specifically, for each hour days all year (which dictate the sun position on the collector) calculate the maximum number of modules in a given surface and wall height depending on the angle of inclination and azimuth of collectors. Specifically, for the above mathematical model was created which calculates the surface in the shade of collectors and the use of this and the Matlab program we were able to find the number, angle and azimuth angle of the panels so that there is no influence of shading them (less than 1%) at maximum output. Finally, examples are indicative four different cases Surface ceiling height and wall-sized panels showing the optimal placement and number of collectors in space. Verified this how the program will work properly.