ساخت بادگیر(توربین)خورشیدی با پرینتر های سه بعدی

خلاصه

انرژی های تجدید پذیر منبعی بی انتها برای تامین انرژی مورد نیاز بشریت می­باشد که بهره گیری از آن ها مسلتزم سیستم های نوین و پیشرفته می­باشد. استفاده همزمان از انرژی باد و خورشید، عملکرد سیستم را تا حـد مطلوبی بـالا برده و بسیار قابل اطمینان می­باشد.

هدف این مقاله ساخت سریع مدل آزمایشگاهی و بررسی توان خروجی بادگیر خورشیدی می­باشد که بتوان آن­را به صورت مجزا برای هر واحد مسکونی و یا مزرعـه بـادی و خورشیدی توسـعه داد.

بادگیرهای خورشیدی ترکیبی از بادگیر های سنتی، انواع توربین بادی ساوینوس و سلول خورشیدی است که در این تجهیزات به علاوه تولید مستمر برق ، می توان از آن در تهویه ساختمان به شکل طبیعی بهره مند شوید.

ساخت پروژه توسط پرینترهای 3 بعدی به روش FDM درتولید و بهره برداری موثر می باشد.این مدل 17وات توان الکتریکی تولید می کند که از انرژی باد وخورشید به دست می اید را دریک باطری ذخیره می کند وتوان موردنیاز ما به دست می اید.انتقال جریان خروجی باد به سمت کانال باعث تهویه طبیعی می شود.

مقدمه

از سال ۱۹۷۳ میلادی، مصادف با وقوع اولین شوک نفتی درجهان مسئله کارآیی انرژی در کشور مطرح، اما هیچگاه در برنامه ریزی ها به صورت جدی مورد توجه قرار نگرفته است. از منابع جایگزین قابل اطمینان مـی تـوان بـه انـرژی بادی و خورشیدی اشاره کرد.

خصوصیت مهم این انرژی های تجدیدپذیر در دسترس بودن و قابلیت تامین بودن اسان می­باشد که در زمره پاک­ترین انرژی ها قرار دارند. به منظور دستیابی بـه انـرژی پاک و ابـدی، انرژی های تجدیدپذیر ایده مناسب برای این امر می باشد.

کشورایران حدود300روزافتابی دارد وجزو بهترین کشورهای دنیا درزمینه انرژی خورشیدی می باشد.باتوجه به موقعیت جغرافیایی وپراکندگی روستاهای ایران،استفاده ازانرژی خورشیدی یکی ازمهم ترین نکاتی است که باید در کشورمورد توجه قرار گیرد.

استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه­هـای بـرق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدل های انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینـه حمل نقل، نگهداری و عوامل مشابه می باشد.

با توجه به استانداردهای بین­المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از 5,3 کیلووات ساعت در مترمربع (۳۵۰۰ وات ساعت) باشد. استفاده از مدل های انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستم های فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است.

مطالعه بیشتر: کلکتور چیست؟

سیستم بادگیر خورشیدی دارای یک توربین محور عمودی ساوینوس و سلول­های خورشیدی می­باشد کـه ایـن امـر سـبب بهره­گیری از ایـن سیستم در هر زمان و مکانی می­باشد.

سیستم بادگیر خورشیدی دارای یک توربین عمودی محورساوینوس و سلول های خورشیدی می باشد که باعث بهره بردن از این سیستم درهر زمانی می باشد.

این سیستم تولید برق را در دستور کار خود قرار داده است که علاوه بر تولید هیبریدی برق می­توان از جریان خروجی بادگیر خورشیدی جهت تهویه طبیعی ساختمان از آن بهره برد. ایـن سیستم قابلیت اطمینان بسیار بالایی دارد که می­توان آن را به عنوان یک نیروگاه تولید پراکنده یاد کرد.

 توربین

با توجه به این که منابع انرژی فسیلی روبه اتمام است و هزینه استخراج آن ها طی دهه های اخیر بالا بوده،یافتن جایگزینی برای منابع فسیلی روبه افزایش است.انرژی بادی یکی از منابع تجدیدپذیر است.برای استفاده از انرژی جریان باد توربین هایی نصب می شوند که دارای محور افقی اند،اما نوع دیگر این توربین ها محور عمودی دارند که معروف ترین آن ها توربین ساوینوس نام دارد.

شکل – نمای داخلی توربین بادی ساوینوس، سمت راست: ساده، سمت چپ: پیچش خورده شده، ساخته شده توسط پرینتر سه بعدی

پیشینه پژوهش (ترکیب توربین های بادی، توربین چانگ)

توربین باد ساوینوس را اولین بار یک مهندس فنلاندی به نام اس جی ساوینوس درسال 1931مورداستفاده قرارداد.بردینروهمکاران،مدلی ازترکیب سلول خورشیدی وتوربین بادی ساوینوس استفاده کردند که بانصب LEDبرای روشنایی در خیابان ها مورد استفاده قرارگرفته است.

در این مدل ترکیبی با استفاده از یک توربین باد ساوینوسی به قطر ۹۱ سانتی متر و ارتفاع ۶۹ سانتی متر و سطح ۰.۴۸ متر مربع برای سلول خورشیدی توان لازم برای استفاده آن در تامین انرژی روشنایی می­باشد.

چانگ و همکارانش با استفاده ازسلول خورشیدی و توربین بادی ساوینوس،سیستمی برای تامین انرژی الکتریکی و جمع اوری آب باران طراحی وساخته اند.

روش تحقیق

به منظور مدلسازی بادگیر خورشیدی با الهام از بادگیرهای سنتی ایران، هندسـه تـوربین بادی ساوینوس و پنـل خورشیدی، این مجموعه در نرم افزار CATIA به صورت سه بعدی مدلسازی شد.

بدنه اصلی دراین مجموعه با تقلید از بادگیرهای 8وجهی باغ دولت آباد یزد ساخته شده است.این امر باعث بیشتر شدن و جذب حداکثری باد در داخل بادگیر شده وسبب افزایش بازده وتوان تولیدی توربین باد و افزایش دبی جریان خروجی باد می شود.

برای این مجموعه دو توربین انخاب شده،که این دو توربین هرکدام ویژگی خود را دارند.توربین اول که یک توربین بادی ساوینوسی ساده بادو انتهای بسته وبامقداری موازی سازی درقسمت پره ها است.

توربین دوم یک توربین است با شفت مخروطی شکل درمرکز پره های پیچش داده شده که هدف از این امرافزایش بازده توربین وهدایت کردن جریان خروجی به سمت کانال وتهویه طبیعی می باشد.

فرایند ساخت توربین به وسیله پرینتر سه بعدی

درساختن این مجموعه از لیزرکات وپرینتر3بعدی استفاده شده است.که در پرینتر3بعدی به جای استفاده ازلیزر از یک منبع حرارتی درنازل استفاده میشود.لازم به ذکر است مواد ترموپلاستیک به صورت رشته ای به وسیله 2غلتک به سمت نازل حرکت میکند.

درنازل المنت های حرارتی وجود دارد که باعث میشود رشته های پلاستیکی به صورت نیمه مذاب تبدیل شده وفشاری که ازسوی غلتک ها وارد میشود،ازنازل خارج شده ولایه اول را برروی پلتفرم می سازد.

بعداز آن پلتفرم به اندازه ضخامت لایه پایین میرود ولایه بعدی ساخته میشود واین کارادامه پیدا میکند تا قطعه کامل شود.

 محفظه بلبرینگ

این قطعه وظیفه نگهداری بلبرینگ شفت توربین را دارد.این قطعه یکی برروی صفحه زیرین ویکی بر روی بالایی نصب میگردد و بلبرینگ را در خود جای میدهد.

پایه رابط ژنراتور

این قطعه نگهدارنده ژنراتور کوپل شده به توربین می­باشد.

جمع بندی و نتیجه گیری

این سیستم با طراحی خوب خود می­تواند به صورت عظیم وگسترده به عنوان یک نیروگاه تولید پراکنده بـه همـراه استفاده از تهویه طبیعی مطرح شود و همچنین مزارع بادی و خورشیدی را به صورت کلان در کشور عزیزمـان اجرایی نمود.