مفاهیم مهندسی روشنایی

مفاهیم مهندسی روشنایی

 

• تشعشع(Glare)

 

      وقتی جسمی درخشان در میدان دید ما قرارمی گیرد، تصویرایجاد شده در چشم ما  معمولاً روشنتر از بعد از تطبیق چشم به نظر می رسد.

• شدت روشنایى (Illuminance)
1- در واقع چگالی شار درخشندگی بر روی سطح است، که بوسیله واحدFootcandle یا لوکس (Lux در واحدمتریک) اندازه گیری می شود. فرم معمول این خاصیتIlluminance  است.
2-Illuminance  در واقع برای اندازه گیری مقدار خاصیت شار درخشندگی که در سطح ظاهر می شود، است.   Illuminance متاثر از شدت ثبوت نور در جهت سطح و فاصله منبع نور با سطح و زاویه تلاقی نور رسیده به سطح است. به هرحال شدت روشنایى فاکتوری است که با چشم اندازه گیری نمی شود ولی معمول ترین ملاک در طراحی های نوری است.

• لومن Lumen))
واحد پایه ربای اندازه گیری نور است. یک شمع سر میز شام حدود 12 لومن و یک حباب 60 واتی سفید با قدرت بیشتری در حدود 855 لومن، نور صاتع می کند.
اگر ما یک منبع نقطه ای نور یک کندلا در مرکز کره ای به شعاع یک فوت باشد که در حدود یک فوت مربع گشودگی در سطح آن دارد، مشابه چراغی است که یک لومن نور صاتع میکند.
شدت نور: لومن
شار نوری عبوری از واحد زاویه فضایی (استرادیان) شدت نور نام دارد که بر حسب کاندلا سنجیده می شود. زاویه فضایی، زاویه ای است که از مرکز یک کره دیده می شود و سطح آن را در بر می گیرد. اندازه زاویه فضایی برابر است با نسبت اندازه سطح به مجذور شعاع کره. شدت نور در هر نقطه از فضا مستقل از دوری و نزدیکی به منبع نور به یک میزان است اما در جهت های مختلف نسبت به آن مقادیر متفاوتی دارد.
لومن : مقدار نور مرئی که از یک منبع روشنائی دریافت میشود یا میزان شار نوری که از هر استاردیان زاویه فضائی خارج میشود.

• تشعشع (Luminance)
شدت درخشندگی(روشنایی فوتومتریک) هر سطح در یک جهت مشخص به ازای یک واحد مشخص از آن سطح که در همان جهت مشاهده می شود، که با واحد Candela/m^2  اندازه گیری می شود.
شار درخشندگی (Luminous flux)
اندازه تمام نوری است که بوسیله منبع نور تولید می شود. در واقع مقدار نوری است که سطح جسم را بدون در نظر گرفتن جهت آن ترک می کند. یک لامپ 100واتی معمولی نئون، در حدود 1700لومن و یک لامپ 400 وات بخار سدیمی پر فشار درحدود 50000 لومن نور ساطع می کند. نرخ شار درخشندگی هر لامپ بوسیله شرکت های سازنده آن عرضه شده است و لیست مقدار لومن های لامپ های معمولی را می توان در    Lamp Matrix یافت.

• شدت درخشندگی(Candelas)
شدت درخشندگی در واقع شدت امتداد نوری است که در یک جهت مشخص ساطع می شود. در واقع شدت درخشانی یک سیستم نوری در نمودارهای گرافیکی خاصی که منحنی های تغییراتی کندلا یا  Candela  power نامیده میشوند مشخص می شوند. هم نمودارها قطبی وهم کارتزین در صنایع نوری برای این هدف به کار می روند. این اطلاعات معمولا در جدولهای رقومی مورد دسترس است.

• Lux شدت روشنایی
واحد اندازه گیری Illuminanceدر دستگاه متریک است. و در واقع مقدار نور واقع در صفحه ای متر مربعی است که در آن به طور یک نواخت شار نوری یک لومن بر آن بتابد. در واقع 76/10 لوکس مساوی با یک Foot candle است. یک لوکس مساوی با 09/0 Foot candle است. و یک دلوکس مساوی ده لوکس است

1-76/10 لوکس= 1 Foot candle
2- 1 لوکس= 09/0 Foot candle
3- 1 دلوکس= 10 لوکس

چگالی سطحی شار نوری تابیده به یک سطح را شدت روشنایی می نامند که بر حسب لوکس سنجیده می شود. میزان شدت روشنایی لازم برای کاربردهای مختلف، در مراجع پیشنهاد می شود. این پیشنهادات بر اساس دقت پیچیدگی کارهایی که باید انجام شود، ارائه می گردد.
به عنوان مثال برای کارهای ساده ای مانند راه رفتن در راهرو شدن روشنایی مورد نیاز 120 لوکس و در مورد کارهایی مانند مونتاژ ماشین ها و ابزار بسیار ریز که میزان دید انسان اهمیت زیادی دارد، شدت روشنایی بالا در حدود 1000 لوکس مورد نیاز است.
لوکس : واحد شدت روشنائی را به لوکس نشان میدهند و یک لوکس واحد روشنائی تولید شده از فلوی نور یکنواخت یک شمع در سطح یک متر مربع است .
شدت روشنائی در بعضی از محلهای آشنا
سطح خیابان                           30 لوکس
اطاق نشیمن                           100 لوکس
اطاق کار                                300 لوکس
سطح زمین در خورشید زمستان    10000 لوکس
سطح زمین در خورشید تابستان    100000 لوکس

•     شار نوری
شار نوری بیان کننده آهنگ تابش نور از یک منبع نوری است و بر حسب لومن اندازه گیری می شود. یعنی اگر یک منبع نقطه ای نور، با شدت یک کاندلا، درمرکز کره ای به شعاع یک متر قرار بگیرد، سطحی با مساحت یک متر مربع در داخل این کره، شار نوری ای برابر یک لومن دریافت خواهد کرد. هرچه لومن تولید شده توسط یک منبع نور به ازای هر وات توان ورودی بیشتر باشد منبع نور بازدهی بیشتری دارد.

• توزیع شدت نور:
منحنی پخش نور در مختصات قطبی، میزان شدت نور یک لامپ یا چراغ را در صفحه ای نشان می دهد که دقیقاً از مرکز لامپ یا چراغ می گذرد.
شدت نور در زوایای مختلف اطراف یک لامپ در جدولی نشان داده می شود. از آن جا که در بسیاری از حالات، توزیع شدت نوردر اطراف یک چراغ متقارن نیست، منحنی شدت نور را برای صفحات مختلف رسم می کنند. سه صفحه معمول عبارتند از: صفحه عمود بر محور لامپ, صفحه موازی با محور لامپ و صفحه با زاویه 45 درجه نسبت به محور لامپ. پس از انتخاب صفحات، منحنی شدت نور هر صفحه را می توان تهیه کرد. لامپ و ترکیب لامپ و چراغ هر کدام منحنی منحصر به فرد و مخصوص خود را دارد. منحنی شدت نور به طراحی چراغ، جنس پوشش چراغ و نوع بالاست بستگی دارد.

• درخشندگی:
عبارت است از نسبت شدت نور منبع (یا شی بازتابنده نور) به مساحت بخش تابنده منبع (یا مساحت آن بخش از شی که نور را باز می تاباند) هر چه مساحت سطح درخشان کوچک تر باشد، درخشندگی آن بیشتر است.
درخشندگی بر حسب کاندلا بر متر مربع (استیلب) یا کاندلا بر سانتیمتر مربع (نیت) سنجیده می شود. درخشندگی مناسب برای چشم انسان در محدوده 65 تا 6500 نیت است.
درخشندگی یا تراکم نور : اگر دو منبع نورانی که شدت نور برابر ولی اندازه فیزیکی مختلف داشته باشند، اگر به طور پشت سر هم رویت شود منبعی که کوچک تر است درخشنده تر به نظر میرسد. واحد درخشندگی کاندیلا بر متر مربع است (نیت) . یک کاندیلا 60 برابر کوچک تر از شدت نور ساطع شده از یک سانتیمتر مربع سطح جسم سیاه در درجه حرارت 2045 کلوین در جهت عمود بر سطح است .

• بهره وری:
رابطه نور خروجی را با توان ورودی توصیف می کند. بهره وری به صورت لومن بر وات بیان میشود. حداکثر مقدار بهره وری برابر 680 لومن بر وات است که از یک لامپ فرضی که هیچ گونه تلفات ندارد و همه تشعشع آن در طول موج 555/0 میکرون صورت می گیرد به دست می آید. در مورد لامپهای التهابی 8 تا 20 لومن بر وات است که پایین ترین بهره وری را در میان لامپها دارند، برای لامپهای فلورسنت تا حدود 90 لومن بر وات، برای لامپهای جیوه ای تا حدود 50 لومن بر وات و برای لامپهای سدیمی تا بیشتر از 100 لومن بر وات است که بالاترین بهره وری را در میان لامپها دارند.

• چگالی توان ورودی:
مقدار توان بکار رفته برای مقاصد روشنائی در محدوده ای مشخص یا در کل ساختمان را تعریف می کنند و بر حسب وات بر واحد سطح w/m2 بیان می شود.

• دمای رنگ(کلوین):
دمای رنگ بر اساس رنگ تابیده شده از جسمی سیاه در دمای معیین تعریف شده است و بر حسب درجه کلوین بیان میشود. دمای رنگ بیشتر از 4000 درجه کلوین به عنوان نور سرد و دمای رنگ پایین تر از 3000 درجه کلوین به عنوان نور گرم در نظر گرفته می شود .

توربین بادی

اگرچه طراحی های مختلفی برای توربین بادی موجود می باشد ولی به طور عمده به دو دسته کلی بر اساس جهت محور چرخش تقسیم بندی می شوند:

محور افقی:  (Horizontal Axis Wind Turbines(HAWTS که نوع رایج آن می باشد.

محور عمودی: (Vertical Axis Wind Turbines(VAWTS

1966_orig

جریان هوا بر روی هر سطحی دو نوع نیروی ایرودینامیکی با نام های درگ و لیفت به وجود می آورد که نیروی درگ در جهت جریان باد است و نیروی لیفت عمود بر جریان باد می باشد. یکی از این نیروها یا هر دو می توانند نیروی مورد نیاز برای چرخش پره های توربینهای بادی را تامین نمایند.

 

1968_orig

 

توربینهای محور افقی  

ویژگی روتورهای توربینهای محور افقی جدید بسیار شبیه ملخ هواپیما می باشد. جریان هوا روی مقطع ایرودینامیکی شکل پره هاحرکت می کند و نیروی لیفت را به وجود آورده که باعث چرخش روتور می گردد. ناسل توربینهای محور افقی محلی برای گیربکس و ژنراتور می باشد. مساحتی که هر کدام از پره ها جاروب می کنند از این فرمول بدست می آید:

2019_orig

که در آن D قطر روتور می باشد. این مساحت جاروب شده باید مستقیما روبروی وزش باد باشد تا ماکزیمم برق تولیدی را داشته باشیم. پس توربینهای محور افقی باید سیستمی برای تنظیم در مقابل باد قرار گرفتن داشته باشند که به آن مکانیزم yawing می گویند. به طوری که کل ناسل می تواند به سمت باد بچرخد.  در توربینهای کوچک دنباله بادنما این کنترل را بر عهده دارد. ولی در سیستمهای متصل به شبکه سیستم کنترل یاو فعال می باشد که به وسیله سنسورهای تعیین کننده جهت باد و موتورها، ناسل به سمت باد می چرخد.

1969_orig

توربینهای محور عمودی

این توربینها به دو نوع اصلی تقسیم بندی می شوند: Savnoius و Darrieus.

Savnoius مانند یک چرخ آب با نیروی درگ کار می کند در حالی که Darrieus از تیغه هایی مشابه توربینهای محور افقی استفاده می کند. توربینهای محور عمودی بسیار نزدیک به زمین قرار می گیرند که از مزیتهای آن قرار دادن تجهیزات سنگین آن از جمله گیربکس و ژنراتور نزدیک به سطح زمین می باشد، هرچند که شدت باد در سطح زمین کمتر است و در نتیجه برق کمتری تولید خواهد نمود. از دیگر مزایای این نوع توربینها می توان به نیاز نداشتن سیستم یاو اشاره کرد چراکه این نوع توربینها، باد را از هر جهت مهار می کنند و این مزیت برتری بسیاری نسبت به کمبودهای آن دارد. از کمبودهای آن می توان به این مورد اشاره نمود که این نوع توربینها به طور خودکار مانند توربینهای محور افقی شروع به کار نمی کنند.

 

1970_orig

توربین کلاسیک Darrieus از نوع تخم مرغی شکل

1971_orig

 

توربین 5 پره ای از نوع H-type از انواع توربینهای Darrieus

 

1972_orig

1973_orig

انواع روتورهای Darrieus

 

 

توربین از نوع Savnoius

 

این نوع توربین در سال 1922 میلادی توسط مهندسی فنلاندی اختراع گردید و در سال 1929 این اختراع به ثبت رسید. این توربین از حداقل 2 نیم استوانه تشکیل شده است.

 

 

1975_orig

1967_orig

 

چرخش توربینهای بادی برپایه نیروی درگ

 

 

توربینهای بادی برپایه نیروی درگ مانند یک بادبان باز عمل می کنند و نیروی باد سطح مورد نظر را جلو می برد. اولین توربینهای بادی که در ایران باستان مورد استفاده قرار می گرفت با این رویکرد کار می کردند. روتور Savonius یک نمونه بسیار ساده از آسیابهای بادی بر پایه نیروی درگ می باشد. این توربینها به چرخش در می آیند چراکه نیروی درگ در ناحیه باز و مقعر این روتورها بسیار بزرگتر و بیشتر از قسمت بسته و محدب آنها می باشد.

2007_orig

چرخش توربینهای بادی بر پایه نیروی لیفت

با استفاده از نیروی لیفت انرژی بیشتری نسبت به نیروی درگ بدست می آید. ولی تنها نیاز آن سطحی ایرودینامیکی شکل می باشد شبیه چیزی که در بالهای هواپیما استفاده می شود. این مقطع ایرودینامیکی برای ایجاد اختلاف فشار بین سطح بالا و پایین و ایجاد یک نیروی خالص عمود بر جهت باد می باشد.

1976_orig

اجزاء اصلی توربینهای بادی محور افقی

  • روتور: روتور توربین باد شامل پره، هاب، دماغه و یاتاقانهای پره می باشد. روتور یک توربین بادی محور افقی بطور خلاصه متشکل از تعدادی پره می باشد که بطور شعاعی در اطراف یک شفت که موازی باد قرار می گیرد نصب شده اند و بدین ترتیب روتوری را تشکیل می دهند که عمود بر جهت باد دوران می کند.معمولا روتور توسط بک برج در ارتفاع مناسبی نسبت به زمین قرار می گیرد و البته پیش بینی های لازم برای هم جهت شدن امتداد شفت با جهات مختلف باد و همچنین برای کنترل سرعت آن صورت می گیرد و قدرت جذب شده توسط این روتور مستقیما و یا توسط یک سیستم مکانیکی به ماشینی که قرار است رانده شود منتقل می گردد. تعداد پره ها معمولا متغیر بوده و پهنای پره (کورد) ممکن است در تمام طول پره ها ثابت و یا آنکه متغیر باشد و پره از هاب به سمت نوک باریک شود.ضمنا پره ممکن است در امتداد محور طولی تاب داشته باشد یا اصطلاحا پیچیده باشد و بالاخره گام پره ممکن است ثابت و یا متغیر باشد.
  • پره: یکی از مهمترین بخشهای توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. پره به گونه ای ساخته می شود که استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیروهای دینامیکی و آیرودینامیکی داشته باشد.
  • برج: سازه های مشبک فولادی- برجهای استوانه ای فولادی یا بتنی و همچنین ستونهای مهار شده توسط کابل از رایج ترین برجهای نگهدارنده محسوب می شوند. ارتفاع برج معمولا بین یک تا یک ونیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. انتخاب نوع برج وابستگی به شرایط سایت دارد. همچنین سفتی برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می گردد چرا که احتمال کوپل شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.
  • ناسل: شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج می باشد که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد.بعضی از ناسل ها آنقدر بزرگند که تکنسین ها می توانند داخل آن باستند.
  • سیستم انتقال قدرت: سیستم انتقال قدرت شامل اجزاء گردنده توربین باد است. این اجزاء عمدتاً شامل محور کم سرعت (سمت روتور)، گیربکس و محور سرعت بالا ( در سمت ژنراتور) می باشد. سایر اجزاء این سیستم شامل یاتاقانها، یک یا چند کوپلینگ، ترمز مکانیکی و اجزاء دوار ژنراتور می باشد. در این مجموعه وظیفه گیربکس افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (در حد چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند صد یا چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می‌باشد. عمدتاً دو نوع گیربکس در توربین‌های بادی مورد استفاده قرارمی‌گیرد: گیربکس‌های با شفت‌های موازی و گیربکس‌های سیاره‌ای. برای توربین‌های سایز متوسط به بالا (بزرگتر از KW 500) مزیت وزن و سایز در گیربکس‌های سیاره‌ای نسبت به نوع دیگر یعنی گیربکس‌های با شفت موازی کاملاً بارزتراست. بعضی از توربین‌های باد از یک طرح خاص برای ژنراتور استفاده می کند (ژنراتور با تعداد قطب بالا ) که در آن نیازی به استفاده از گیربکس نمی‌باشد.
  • ژنراتور:  پره های توربین بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی دورانی درسیستم انتقال تبدیل می کنند و در قدم بعدی ژنراتور، انرژی توربین را به شبکه برق منتقل می نماید. بطور معمول از سه نوع ژنراتور در توربینهای بادی استفاده می شود. – ژنراتور جریان مستقیم – آلترناتور یا ژنراتور سنکرون – ژنراتور القایی یا آسنکرون
  • گیربکس(جعبه دنده) : از آنجائی که محور توربین دارای دور کم و گشتاور بالا و بر عکس آن محور ژنراتور دارای دور بالا و گشتاور کم است، سیستم انتقال قدرت باید به نحوی این دو محور را به یکدیگر متصل نماید.
  • ترمز:  در توربینهای بادی با ظرفیت بسیار پایین ( 1 الی 5 کیلووات) معمولا از سیستم های ترمز کفشکی استفاده می شود، زیرا جهت متوقف نمودن پره ها، نیروی زیادی مورد نیاز نیست. در توربینهای بادی با ظرفیت بالا، از ترمزهای دیسکی استفاده می شود.
  • سیستم کنترل:  برای بدست آوردن حداکثر راندمان از یک توربین بادی، باید بتوان همواره صفحه دوران توربین را عمود بر جهت وزش باد قرار داد. برای این منظور از سیستم هایی برای تغیر جهت توربین بادی و قرار دادن سیستم در مسیر باد استفاده می شود. این سیستم (yaw system) یک سیستم ترکیبی الکتریکی- مکانیکی است که هدایت آن توسط واحد کنترل انجام میشود. در توربین های بادی سایز کوچک به جای چرخ انحراف (yaw system) از بالچه استفاده می کنند. همچنین سیستم هایی جهت کنترل و تنظیم سرعت دورانی در توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرند. چنین سیستمهایی علاوه بر کنترل دور روتور، مقدار قدرت تولیدی و نیروهای وارده بر روتور در بادهای شدید را نیز محدود می کنند.
  • سیستم هیدرولیک:  سیستم های هیدرولیک به مجموعه جک و یونیت هیدرولیکی و اتصالات جانبی آنها اطلاق می شود. جک هیدرولیکی از یک سیلندر و پیستون دو طرفه تشکیل شده است و با انتقال سیال به هر ناحیه از آن، جک به سمت مخالف حرکت می کند. یونیت هیدرولیکی از الکتروموتور، پمپ، مخزن تامین فشار اولیه، شیرهای هیدرولیکی، شیلنگهای انتقال سیال به دو ناحیه داخل سیلندر جک، مخزن روغن، روغن مخصوص و تجهیزات جنبی تشکیل شده است. پس از دریافت فرمان، پمپ مقداری روغن را از داخل مخزن به محفظه جلو یا عقب سیلندر جک پمپ می کند تا جک بتواند به مقدار مورد نیاز محور تراورس را در جهت مورد نیاز حرکت دهد. محور تراورس محوری است که از سوراخ داخل شفت اصلی عبور می کند و یک سمت آن با جک هیدرولیکی و طرف دیگر آن با مکانیزم مثلثی واقع درون هاب مرتبط است. وظیفه این محور انتقال حرکت جک هیدرولیکی و در واقع فرمان کنترلر به مکانیزم مثلثی است که باعث چرخش پره ها می گردد. مکانیزم مثلثی درون هاب باعث تبدیل حرکت انتقالی محور تراورس به حرکت چرخشی و نتیجتا چرخش پره ها به دور محورشان می گردد.

1974_orig

THD یا امجاج هارمونیکی

هارمونیک از زمان اولین ژنراتورها در سیستم های قدرت وجود داشت.با این حال ،به علت کوچک بودن اجزای هارمونیک اثرات این نوع امواج بر روی سیستمها قبل از سال 1960 به دلیل فقدان بارهای غیر خطی قابل اغماض میباشد. تقریبا در همین زمان ، یک نوع متفاوت از بار الکترونیکی منابع به عنوان بار غیر خطی مطرح گشت. با آغاز این دوران ،بارهای غیر خطی که در حال حاضر شامل بالاستهای الکترونیکی، منابع تغذیه کامپیوتر ، دستگاه های فکس، کوره های قوس الکتریکی هستند محبوبیت بیشتری یافتند .

اعوجاج هارمونیکی (Harmonic Distortion) اثرات مضری بر روی تجهیزات الکتریکی دارند. اعوجاج هارمونیکی بطور ناخواسته می تواند باعث افزایش جریان در سیستم های قدرت و در راستای آن افزایش دما در هادی خنثی و ترانسفورماتورهای توزیع شده شود.

بالا بودن فرکانس هارمونیک نیز باعث از دست رفتن هسته های اضافی در موتور و در راستای آن منجر به افزایش حرارت در هسته اصلی موتور میشود.بالا بودن فرکانس هارمونیک در مرتبه بالاتر نیز می توانید باعث ایجاد تداخل در خطوط انتقال ارتباطات شود .

افزایش درجه حرارت و تداخل تا حد زیاد ، می تواند باعث کاهش طول عمر تجهیزات الکترونیکی و منجر به صدمه دیدن سیستم های قدرت شود.

درک تمامی ابعاد مربوط به اعواج هارمونیکی به علت پیچیدگی آن کم و بیش سخت و گیج کننده می باشد. اما در کل میتوان اعواج هارمونیکی را به این صورت بیان کرد:یک سیستم قدرت با یک بارالکتریکی را در نظر بگیرید

سیستم قدرت فرضی

حال یکی از دو نوع بار خطی و غیر خطی را در سیستم فرض کنید که ما در اینجا بار خطی سینوسی در نظر گرفته ایم شکل زیر این نوع بار را بدون خطا نشان میدهد.

موج سینوسی بدون خطا

در صورت خطا دار بودن موج سینوسی این موج میتواند به صورت زیر تغییر شکل دهد

موج سینوسی با خطا

هرچقدر که میزان خطا در شکل موج بر اساس ولتاژ بیشتر باشد بههمان اندازه شکل موج سینوسی تغییر پیدا خواهد کرد.

اعواج هارمونیک دارای فرکانس میباشند که به عنوان مضرب صحیح برای فرکانس اصلی در نظر گرفته میشوند به عنوان مثال وقتی شما فرکانس را 60Hz و اجزای هارمونیک را 2nd ,3rd,4th ,5th معرفی میکنید در واقع مقادیر فرکانس به ترتیب 120Hz, 180Hz, 240Hz, 300Hz میباشد

اعواج هارمونیک که نشان دهنده ای درجه ای انحراف یک شکل موج از شکل موج سینوسی خالص می باشد از مجموع اجزای هارمونیک بدست می آید. زمانی که هارمونیک موج سینوسی صفر میباشد یعنی هیچ خطایی د رآن وجود ندارد.

thd formola

با کاهش میزان هارمونیک و THD میتوان طول عمر و نحوه عملکرد سیستمهای قدرت را بهبود بخشید.

مقدار THD در دستگاههای UPS معمولا باید کمتر از 5% باشد که این مقدار در یو پی اس نیروسان کمتر از 0.05 و بیشتر از 0.02 میباشد.

توربین بادی

نسل جدید فناوری توربین های بادی : اینولکس (افزایش سرعت باد)

6{مطالب از سایت‌‌های sheerwind.com وsheerwindiran.com و ارائه ‌های کارگاهآموزشی دهمین همایش بین‌المللی انرژی‌ ، چهارشنبه ۵ شهریور۹۳، خلاصه‌ و نقل شده‌اند}

۶ برابر تولید بیشتر برق نسبت به‌ توربین ‌های بادی متعارف، ۷۵۰ دلار بر کیلووات هزینه‌ سرمایه‌گذاری اولیه، (کمتر از نصف هزینه‌ اقتصادی ترین نمونه ‌های موجود) و دو سنت یا حدود ۶۰۰ ریال، هزینه‌ هر کیلووات‌ساعت

اینولکس، توسط آقای دکتر داریوش اعلایی و تیم همکارش در شرکت “شیرویند” امریکا اختراع و بهره بردارى شده‌ است .مولدهای سنتی از سیستم‌های ژنراتور توربین بسیار حجیم و ابرپروانه‌ها بر بالای یک برج استفاده‌ میکنند. اما تکنولوژی جدید تجهیزات توربین و پروانه را به‌ سطح زمین می آورد و گیربکس را حذف میکند.

در این‌ تکنولوژی باد و حتی نسیم باد را از طریق یک قیف ورودیِ بالاتر از سطح زمین جذب شده و از طریق یک مسیر1-1-sheerwind مخروطی شکل که به صورت طبیعی جریان آنرا سرعت می بخشد و حین هدایت به سمت یک ژنراتور نصب شده در سطح زمین، برای‌ افزایش سرعت (velocity) فشرده می‌شود. به‌طور خلاصه‌ سرعت باد افزایش می‌یابد و در نهایت برق تولید می‌شود .جذب‌، افزایش سرعت، متمرکزکردن؛ ماهیت کار شیرویند را وصف می‌کند. ارزانی، امنیت و تمیزی این‌ تکنولوژی، دست کمی از یک انقلاب ندارد.

این توربین به یک چهارم سرعت باد نسبت به توربین‌های بادی سنتی برای تولید برق نیاز دارد، ایمنی کامل در مراحل استفاده، نداشتن آلودگی صوتی و زیست محیطی و هرگونه قسمت گرداننده در بالای دکل از دیگر مشخصات این سامانه نوین تأمین انرژی سبز است .هزینه تولید برق از روش اینولکس را بسیار ارزان‌تر از توربین‌های بادی سنتی است . این توربین قابل رقابت با مولدهای سوخت‌ فسیلی است‌.

قابلیت تولید انرژی برق اینولکس در مقایسه با توربین‌های بادی معمولی حدود ۶ برابر است، کارکرد در سرعت پایین باد، احداث در مساحتی کمتر از ۱۰ درصد و ارتفاعات پایین‌تر و همچنین ۵۰ درصد پایین‌تر بودن هزینه‌های تعمیر، نگهداری و سرمایه گذاری اولیه از جمله مزایای این فناوری است .

طراحی مولد ۲۵ مگاواتی توسط تنها یک برج از این توربین، انجام شده‌ و در آینده اجرایی می‌شود.

پائین آوردن جریان هوا از بالای برج به سطح زمین تولید نیروی بسیار بیشتری را بوسیله پروانه های بسیار کوچکتر توربین امکان پذیر می نماید. این حالت همچنین شبکه‌بندی را ممکن می سازد، یعنی به برج‌های متعدد اجازه می‌دهد انرژی را به سمت یک ژنراتور هدایت کنند. دستگاه تقریبا ۵۰% کوچکتر از برجهای بادی سنتی است و از توربین‌های سطح زمین که پروانه‌های آنها ۸۴% کوچکترند، استفاده‌ می‌نماید. از آنجاکه ژنراتورهای کمتری مورد نیاز است، هزینه‌های تجهیزات و نگهداری کم می‌شود. مهم تر آنکه خروجی انرژی بیشتر است.

1-sheerwind

اینولاکس مقیاس‌پذیر است یعنی به طور یکسان برای استفاده در مزارع بزرگ بادی یا محیط های کوچک تولید نیرو مناسب است. اینولاکس در مقایسه با سیستم های کنونی در سرعت های (speed)بسیار پایینترِ باد، تولید نیرو می کند، یعنی ازنظر جغرافیایی دامنه استفاده بسیار وسیع تری خواهد داشت.

 

3

 

آزمون ارزیابی تکنولوژی

تکنولوژی اینولاکس توسط یک هیئت مشورتی فنی؛ متشکل از متخصصان آژانس‌ها و دانشگاه‌های تحقیقاتی؛ بازبینی و تائید شده است. نمونه‌های اولیه تحت شرایط کنترل شده آزمایشگاهی تست و نتایج تست برای‌ ساخت و تایید مدل‌های دینامیک سیال محاسباتی (CFD) در مقیاس کامل استفاده شدند.

چندین دستگاه برای نمایش تجربی در طول سال ۲۰۱۲ تحت آزمایش میدانی قرار گرفتند. اولین دستگاه با مقیاس کوچک در میدانی نزدیک به تاسیسات شیرویند در چاسکای مینسوتا نصب شد. دستگاه ابزارآلات را برای جمع آوری اطلاعات سرعت (speed) و توان کامل یکپارچه نمود. داده های اولیه سرعت (speed)پیشبینی های مدل CFD را تایید نمود.

یک دستگاه نمونه نمایشی میدانی (نوع تجاری) در مقیاس کامل نیز تکمیل شده است. نتایج آزمون بیش از حد انتظار بوده است.

نتایج تست : اینولاکس به طور بارزی بهتر از توربین های سنتی عمل می کند و قابل رقابت با تولید نیروی برق آبی و گاز طبیعی است.

 

2

 

خلاصه‌ مزایا و قابلیت‌ها:

  • تولید ۶۰۰ درصد انرژی الکتریکی (kWh)بیشتر
  • کار در سرعت های (speed)پایین باد حدود یک مایل در ساعت و در کلاس های باد پایین (کلاس ۱و۲) (توربین‌‌های سنتی به‌ سرعت ۸ مایل بر ساعت یا بیشتر، نیاز دارند)
  • کاهش هزینه سرمایه ای نصب به کمتر از ۷۵۰ دلار در هر کیلووات (مخارج سرمایه‌ای تا ۴۳% کمتر)
  • افزایش ظرفیت تولید انرژی تا ثبت رکورد بالای ۷۲%
  • امکان بهره‌برداری همزمان از سه توربین موازی
  • امکان تعمیر و نگهداری ایمن و سریع توربین‌های سطح زمین، کاهش هزینه های بهره برداری و تعمیر و نگهداری تا ۵۰ درصد کمتر، کاهش مدت از کارافتادگی
  • مقاومت جوی در برابر تغییر شدید دما یا یخ زدگی، و کاهش مدت از کار افتادگی (سرپوشیده بودن پره‌ها)
  • محصور شدن سروصدا و ارتعاش در داخل کانال
  • برطرف شدن مرگ و میر پرندگان، اثرات منفی سروصدا و سوسو زدن نورخورشید که در اثر حرکت پروانه
  • استفاده‌ از مساحت زمین تا ۹۰ درصد کمتر
  • امتیاز زیبایی محیطی، با فرم و شکل کوتاه‌تر و قابل تزئین به‌ شکل درخت
  • عدم تداخل در امواج رادارِ سیستم های هوانوردی و نظامی

sheerwind

چند نکته پراکنده عمدتا از کارگاه؛ نقل به‌ مضمون :

به‌طور متعارف، ۵ تا ۷ سال برای‌ آغاز فروش تکنولوژی جدید، پس از ارائه‌ فناوری طول میکشد. برای‌ این‌ تکنولوژی علاوه بر فروش در امریکا، پس از دو سال، لایسنس نیوزلند و ایران دادهشده‌ است‌. هنوز در ایران درخواست خرید داده‌ نشده است.

از دودکش ‌های بلند تاسیسات تعطیل شده‌، سیلوهای خالی، دودکشها یا بدنه‌های توربین‌های بادی می‌توان برای‌ تغییر کاربری در این‌ روش استفاده‌ کرد.

… به‌جای جذب مقادیری از انرژی بادی که درون پروانههای یک روتور میوزد … خروجی نیروی جریان باد متراکم شده تقریباً به صورت تصاعدی افزایش می یابد.

در روش‌های سنتی، طوفان / هواپیما/ حجم باد از یکدیگر قابل‌ تشخیص نیستند.

تا سه توربین می‌توان به‌ موازات هم حتی روی چرخ می‌توان گذشت. یعنی آن دو هفته تعطیلی تولیدبرق برای‌ تعمیر را ندارند. یکی تعمیر می‌شود. درحالی‌که‌ بقیه کار می‌کنند. در حالت گذاردن سه توربین موازی، قدرت سه برابر نمیشود، حدود ۲٫۲ برابر می‌شود.

پتنت ها از ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۴ ثبت شده‌اند – ۲۵ پتنت به نام دکتر اعلایی ثبت شده‌ است.

در طراحی اولیه نسبت افزایش سرعت ثابت است، شبیه زودپز اگر باد زیاد باشد، با ولو بیرون داده‌ می‌شود.

نمونه‌ مولد ۱٫۸ مگاواتی sheerwind نسبت به‌ انواع سنتی، ۶۴% هزینه‌ تولید برق کمتر دارد، به‌ جای ۸۰ هکتار، ۱۰ هکتار زمین می خواهد، به‌ جای نیاز به‌ سرعت باد ۴٫۵ متر بر ثانیه، با ۰٫۷ متر بر ثانیه (باد آرام) هم کار میکند. سرعت ۳۶ و شعاع ۶ متر دارد. بازگشت سرمایه‌ ۵ سال است.

 ایران می‌تواند اشتباهات دیگر کشورها را در خرید تکنولوژی‌های گران، تکرار نکند

تا سه سال دیگر نوع خانگی‌ ۲ کیلوواتی ساخته می‌شود.

 عمر مفید مجموعه تجهیزات ۲۰ تا ۳۰ سال است.

در کالیفرنیا، زمان تعویض توربین‌های قدیمی رسیده است. به‌طور کلی توربین‌های سنتی را ‌سه ماه در سال به‌ خاطر حجم عبور پرنده ها باید خاموش کنند.

در ساختمان ۴۰ طبقه ۲۰۰ کیلووات می‌توان برق تولید کرد، ضمن اینکه می‌تواند با فیلتراسیون ازطریق جذب بدنه، هوای تمیزتر بیرون بدهد

هماهنگی با سرعت و جهت تصادفی باد در نوع سنتی، خیلی سخت است.

در این‌ تکنولوژی متناسب با سرعت باد و ارتفاع، طراحی تجهیزات را تغییر داده‌ می‌شود.

این‌ تکنولوژی گیربکس (برای افزایش سرعت) نمیخواهد چون سرعت بادی که‌ به‌ پرهها میخورد، بیشتر است.

سازندگان توربین‌های چینی تقریبا همه ورشکست شده‌اند.

خیلی از نیروگاه‌‌‌های بادی امریکا ورشکست شده‌اند از ۱۰۰ شرکت به‌ ۵ شرکت رسیدند، شرکت‌های باقیمانده هم نصف نیروهای خود را اخراج کردند و با یارانه ادامه حیات دادند.

دیتالاگر USB ،، شش کاناله با سرعت بالا

دستگاه دیتالاگر USB  —- شش کاناله

دارای 6 کانال ورودی ( قابل سفارش برای ورودی های کمتر و یا بیشتر )

ارتباط با کامپیوتر  با استفاده از پورت USB

قابلیت نمایش اطلاعات ورودی  بر روی نمودار برای 6 کانال ورودی با رنگ های مختلف برای هر کانال

قابلیت تولید فایل excel  برای طول مدت نمونه برداری نامحدود

نمایش زمان سپری شده در حین نمونه برداری

 

دیتالاگر 6 کاناله با خروجی اکسل
دیتالاگر 6 کاناله با خروجی اکسل

نرم افزار دیتالاگر 6 کاناله
دیتالاگر 6 کاناله با خروجی اکسل

درایور 40 تا 60 واتی ( 4 تا 6 عدد ال ای دی 10 وات سریال )

درایور ال ای دی 4 تا 6 عدد ال ای دی 10 واتی سریال
درایور ال ای دی 40 تا 60 واتی

درایور ال ای دی 40 تا 60 واتی
برای روشن نمودن  4 تا 6 عدد ال ای دی   10  واتی سریال
مشخصات فنی :
پاور فکتور : <0.99
راندمان : 91%

THD  <  15%

burn in tested

جریان خروجی : 850 میلی آمپر ( قابل سفارش برای پایین تر یا بالاتر )
محدوده ولتاژ خروجی : 25 تا 65 ولت ( قابل سفارش در تولید )

حفاظت ها : حرارت ، اتصال کوتاه ، اضافه بار

درایور 60 وات ( درایور 2 عدد 30 وات سری )

درایور ال ای دی 60 وات
درایور 60 وات – 2 عدد سریال

 

درایور ال ای دی  60 واتی
برای روشن نمودن   2 عدد ال ای دی  30  واتی سریال
مشخصات فنی :
پاور فکتور : <0.99
راندمان : 91%

THD  <  15%

burn in tested

جریان خروجی : 900 میلی آمپر ( قابل سفارش برای پایین تر یا بالاتر )
محدوده ولتاژ خروجی : 50 تا 65 ولت ( قابل سفارش در تولید )

حفاظت ها : حرارت ، اتصال کوتاه ، اضافه بار