مروری بر روش های مدل کردن سیستم های خورشیدی

طراحی ابعاد مناسب یک سیستم خورشیدی مسأله پیچیده ای است که شامل دو جنبه قابل پیش بینی (کلکتور و دیگر اجزای تشکیل دهنده مشخصات عملکردی آن) و غیرقابل پیش بینی (شرایط محیطی) می باشد. تکنیکهای شبیه سازی و برنامه های متفاوتی برای سیستم های گرمایشی و سرمایشی ارائه شده است.
طراحی کامپیوتری سیستم های گرمایشی شامل مزایای بسیار مهمی می باشد که عبارتند از:
ا- حذف هزینه های ساخت پیش الگو
۲- سازماندهی این سیستم پیچیده جهت قابلیت درک آن
۳- مهیاسازی درک سیستم هایی که عملکرد اجزای آن به صورت فعل و انفعالی است.
۴- امکان بهینه سازی اجزای سیستم
۵- تخمین میزان انتقال انرژی توسط سیستم
۶- تعیین اختلاف دمای سیستم
۷- تخمین شرایط مختلف طراحی بر روی سیستم با استفاده از شرایط آب و هوایی مشابه
اولین گام در مدل کردن (طراحی) یک سیستم، اقتباس از ساختار آن جهت شناسایی آن سیستم می باشد. البته آشکار است که هیچ روش یکتایی جهت معرفی سیستم وجود ندارد. هنگامی روشی بیان میشود که خصوصیات قوی نزدیک به مدل مذکور دارد و این امکان وجود دارد که از ساختار مشابه استفاده و ساخته شود. باید توجه داشت که ساختار ارائه شده همیشه مدل ناقصی از واقعیت می باشد. به هر حال توسعه ساختار سیستم و ساختار اصلی منجر به درک سیستم حقیقی خواهد شد.
به طور کلی، ساختار سیستم حاضره و اولیه باید به گونه ای باشد که در برگیرنده آنالیز مساله در بنای اولیه آن باشد. این امر با در نظر گرفتن قطعات، مراحل و تأثیرات داخلی و خارجی روی سیستم تحقق می یابد.
روش های آنالیز، نشان دهنده مزایای به صورت سرعت محاسبات، هزینه کم و سرعت عمل بالا و می باشند که بخصوص در مراحل تکراری طراحی و استفاده افراد کم تجربه مهم هستند. مشکلات موجود عبارتند از: محدودیت انعطاف پذیری برای بهینه سازی طرح، فقدان کنترل در فرضیات محدودیت در انتخاب سیستمی که بتوان آن را آنالیز کرد. بنابراین اگر کاربرد، ترکیب و یا مشخصات کاری تحت بررسی مستقیم به طور مشخصی غیراستاندارد باشد، یک شبیه سازی کامل و با جزئیات) کامپیوتری برای دستیابی به نتایج دقیق مورد نیاز است. در ادامه به طور خلاصه چهار برنامه نرم افزاری به نام های POLYSUN ، WATSUN ، TRNSYS و F-Chart که کاربردی همانند شبکه های عصبی مصنوعی مورد استفاده در مدل کردن و پیش بینی سیستمهای انرژی خورشیدی دارند، که سه برنامه به شرح ذیل می باشند:
* معرفی برنامه شبیه سازی TRNSYS
TRNSYS مخفف کلمه “Transian Simulation” (شبیه سازی ناپایدار) می باشد که یک مدل شبیه سازی شبه پایدار است. این برنامه به وسیله دانشگاه ویسکانسین توسط اعضای آزمایشگاه انرژی خورشیدی طرح ریزی و توسعه یافته است. این نرم افزار شامل تعداد زیادی زیر برنامه می باشد که اجزای زیر سیستم ها را مدل می کند. مدل های زیادی برای این گونه زیر سیستم ها از معادلات دیفرانسیلی ساده و معادلات جبری ارائه گردیده است. با برنامه ای همانند TRNSYS با توانایی برقراری ارتباط داخلی بین اجزای سیستم در آنچه که ما چگونگی و روش آن را خواستار هستیم مانند حل معادلات دیفرانسیلی، ساده کردن اطلاعات خروجی و فرمول بندی ریاضی هرکدام از آنها، خلاصه میشود.
* معرفی برنامه شبیه سازی WATSUN
نرم افزار WATSUN برای شبیه سازی سیستمهای فعال خورشیدی کاربرد دارد. این نرم افزار به وسیله آزمایشگاه واتسون دانشگاه واترلو کانادا توسعه یافته است این نرم افزار ترکیبی از اطلاعات جمع آوری ذخیره و بارگذاری شده که به وسیله کاربر جمع آوری شده است، می باشد. اطلاعات داده شده را حتی برای موارد خاص نیز ارائه میدهد و همچنین شرایط سیستم را هر ساعت یک بار محاسبه می کند.
این نرم افزار برای سهولت کار کاربر، خلاصه ای از عملکرد خود را ماه به ماه با گزارش های ساعتی و ماهیانه گزارش کرده و اطلاعات جامعی از قبیل اطلاعات وضعیت تشعشع خورشید و انرژی جمع شده به صورت انرژی کمکی را در اختیار کاربر قرار میدهد و همچنین ای قابلیت ارزیابی قیمت ها و بهترین سودآوری یک سیستم انرژی خورشیدی را نیز می تواند در نرم افزار WATSUN از اطلاعات هواشناسی شامل مقادیر ساعت به ساعت تشعشع کلی به صاف، دمای حباب خشک، سرعت باد و رطوبت نسبی استفاده می کند.
* معرفی برنامه شبیه سازی POLYSUN
نرم افزار POLYSUN یک شبیه سازی دینامیکی سالیانه از سیستم های حرارتی خورشیدی ارائه می دهد و به بهینه سازی آنها کمک می کند. این برنامه به صورت دینامیکی با گامهای زمانی از ۱ ثانیه تا ۱ ساعت عمل می کند، بنابراین شبیه سازی می تواند پایدارتر و دقیق تر باشد. این برنامه از لحاظ کاربری راحت می باشد و امکانات گرافیکی آن اجازه ورود راحت و شفاف پارامترهای ورودی تمام سیستم را میدهد. تمامی جنبه های شبیه سازی بر اساس مدل های فیزیکی می باشد که بدون نیاز به داده های ارتباط تجربی، عمل می کند.