حساب نسبة التركيز وتوزيع الفيض الشمسي للمركز الشمسي الهرمي المقطوع باستخدام محاكاة تتبع الأشعة في ثلاثة أبعاد
الكلمات المفتاحية:
المجمعات الشمسية، نسبة التركيز، تحليل تتبع الأشعة، التحليل البصري للمجمعات الشمسيةالملخص
- المركز الشمسي الهرمي المقطوع هو جهاز بأربعة مرايا على هيئة هرم مربع مقطوع الرأس، يُستخدم في تقنية الأفران الشمسية لتوليد درجات حرارة متوسطة. تهدف هذه الدراسة لحساب نسبة التركيز و توزيع الفيض الشمسي علي المستقبل و ذلك بتتبع الأشعة الشمسية الساقطة على مساحة المنفذ و حتى سقوطها على المستقبل أو نفاذها إلى الخارج، وذلك بفرض أن الأشعة الشمسية عبارة على مستقيمات متساوية و متماثلة وتميل بزاوية β على الرأسي، و زاوية φ على الجنوب، وأسطح المرايا مستوية وناعمة وبإهمال تأثير معامل الامتصاص للسطح. كما تناولت الدراسة تأثير كل من إرتفاع المرايا، و النسبة بين مساحة المستقبل إلى مساحة المنفذ، و زوايا سقوط الشعاع الشمسي، على نسبة التركيز و توزيع الفيض الشمسي على المستقبل. تظهر النتائج أن توزيع الفيض يتأثر بشكل ملحوظ بارتفاع المرايا و النسبة بين مساحة المستقبل إلى مساحة المنفذ. عند (β=φ=0)، تزداد نسبة التركيز بزيادة إرتفاع المرآة ، و مساحة المنفذ و لكن لمدة معين بعدها تصبح تقل. عند (β=10) و (φ=0). تزداد نسبة التركيز بزيادة إرتفاع المرآة بينما تقل بزيادة مساحة المنفذ و بالمقارنة بين الحالتين نستنتج أن نسبة التركيز تقل بزيادة زاوية السمت، لذلك يستعمل المركز الشمسي الهرمي المقطوع لفترة زمنية قصيرة. كما أن زاوية السمت الشمسية تقلل من نسبة التركيز ولكن بنسبة بسيطة مقارنة بتأثير زاوية السمت. نستخلص من هذه النتائج أن إرتفاع المرايا و النسبة بين مساحة المستقبل إلى مساحة المنفذ لهما تأثير كبير على توزيع الفيض الشمسي و نسبة التركز. أخيراً ، تشير النتائج المتحصل عليها إلى أهمية استخدام هذا النموذج الرياضي كأداة تصميم لمركز الشمسي الهرمي المقطوع، حيث يوفر هذا العمل نموذجاً حسابياً أكثر دقة وتفصيلاً لتحديد توزيع الفيض على المستقبل مقارنة بالدراسات السابقة، مما يتيح تحسين الأداء الحراري في التطبيقات الشمسية.
التنزيلات
المراجع
[1]. K. K. Chong and M. H. Tan, "Comparison Study of Two Different Sun-Tracking Methods in Optical Efficiency of Heliostat Field," International Journal of Photoenergy, Vols. 1-10, p. 2012, 2012.
[2]. H. Terres, A. Lizardi, R. López, M. Vaca and S. Chávez, "Mathematical Model to Study Solar Cookers Box-Type with Internal Reflectors," Energy Procedia, vol. 57, no. 1876-6102, pp. 1583-1592, 2014.
[3]. J. C. G. Pereira, J. C. Fernandes and L. G. Rosa, "Mathematical Models for Simulation and Optimization of High-Flux Solar Furnaces," Mathematical and Computational Applications, vol. 24, no. 2297-8747, pp. 1-16, 2019.
[4]. D. Jafrancesco, P. Sansoni, F. Francini, G. Contento, C. Cancro, C. Privato, G. Graditi, D. Ferruzzi, L. Mercatelli, E. Sani and D. Fontani, "Mirrors array for a solar furnace: Optical analysis and simulation results," Renewable Energy, vol. 63, pp. 263-271, 2014.
[5]. H. Ahlem, M. Taher, E. A. Souheil and B. N. Sassi, "Optical modeling and investigation of sun tracking parabolic trough solar collector basing on Ray Tracing 3Dimensions-4Rays," Sustainable Cities and Society, vol. 35, p. 786–798, 2017.
[6]. J. Ruelas, G. Pando, B. Lucero and J. Tzab, "Ray Tracing Study to Determine the Characteristics of the Solar Image in the Receiver for a Scheffler-type Solar Concentrator Coupled with a Stirling Engine,," Energy Procedia, vol. 57, no. 1876-6102, pp. 2858-2866, 2014.
[7]. K. Nyeinga, D. Okello and O. J. Nydal, " A ray tracer model for analysis of solar concentrating systems.," Journal of Energy in Southern Africa, vol. 30(1), no. 2413-3051, pp. 8-19, 2019.
[8]. هنا جمعة بن حليم، محمد عبد العزيز منصور،خالد مازوز، بدرالدين جمعة سعد"، حساب نسبة تركيز الأشعة الشمسية للمضاعف البسيط"، المجلة الدولية للعلوم و التقنية،عدد خاص – سبتمبر 2022
[9]. G. Zhu, "Development of an Analytical Optical Method for Linear Fresnel Collectors," Solar Energy, vol. 94, no. 0038-092X, pp. 240-252, 2013.
[10]. Predicting the efficiency of luminescent solar concentrators for solar energy harvesting using machine learning. Scientific Reports, 14, 4160. (2024)
[11]. The compound parabolic concentrators for solar photovoltaic applications: Opportunities and challenges. Energy Reports, 8, 11852-11874. (2022)
[12]. Concentration performance of solar collector integrated compound parabolic concentrator and flat microchannel tube with tracking system. Renewable Energy, 200, 809-820. (2022)
[13]. RETRACTED ARTICLE: Luminescent solar concentrator efficiency enhanced via nearly lossless propagation pathways. Nature Photonics, 18, 177-185. (2024)
[14]. A review on the recent research progress in the compound parabolic concentrator (CPC) for solar energy applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82. (2018)
