طراحی پایه خورشیدی با استفاده از پلی اتیلن سنگین HDPE

طراحی پایه خورشیدی با استفاده از پلی اتیلن سنگین

این مطالعه رویکرد جدیدی از طراحی پایه خورشیدی با استفاده از پلی اتیلن سنگین (HDPE) به عنوان ماده اولیه ارائه می دهد. ویژگی‌های ذاتی HDPE مانند مقاومت در برابر آب و هوا، وزن سبک و سهولت در ساخت آن را به یک جایگزین مناسب برای مواد سنتی ازجمله فلز یا بتن تبدیل می کند. مفهوم طراحی حول محور ماژولار بودن و قابلیت تنظیم می چرخد ​​و امکان سفارشی سازی آسان برای قرار دادن پنل ها با اندازه، زوایای شیب و محیط‌های نصب مختلف را فراهم می کند. اجزای مدولار ازجمله صفحات پایه، تیرهای نگهدارنده و گیره های پنل برای سازگاری با سیستم های قفسه بندی موجود طراحی شده اند. ویژگی‌های قابل تنظیم بهینه‌سازی زوایای شیب پنل خورشیدی را برای حداکثر تولید انرژی فراهم می کند، درحالی که محاسبات ساختاری ظرفیت بار کافی برای تحمل تنش های محیطی را تضمین می کند. امروزه راه اندازی پروژه های PV خورشیدی به دلیل کاهش منابع سوخت فسیلی و افزایش تقاضای انرژی تا حد زیادی ضرورت دارد. مسائل مربوط به منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی که بی نهایت، رایگان، پایدار و ازنظر زیست محیطی بی خطر است این است که آنها به منبع زمینی نیاز دارند که یک منبع پرهزینه است. بنابراین، یک راه حل جدید برای این موضوع نصب پنل های خورشیدی قابل حمل در بالای پشت بام خانه‌ها و دیگر سازه‌ها است. این مقاله به طراحی و توسعه سیستم های فتوولتائیک خورشیدی با استفاده از تحلیل آماری می پردازد و بر ایده یک نیروگاه PV خورشیدی قابل حمل تاکید می کند. پلی اتیلن سنگین (HDPE) ماده ای مقرون به صرفه است که عملکرد فوق العاده ای در ساخت قطعات قابل حمل دارد. در اینجا از ساختار CFD برای بررسی جریان و ارزیابی فشار باد در طرح ایجاد شده تحت شرایط آب و هوایی هندوستان استفاده شد. محاسبات تحلیلی فشار باد نیز ارزیابی شده و طبق یافته های CFD به اثبات رسید. برای تضمین پایداری سازه تحت شرایط محیطی مشخص شده، تحلیل ساختاری FE نیز انجام شد.

علت عمده استفاده گسترده از سیستم های انرژی خورشیدی را می توان افزایش تقاضا برای انرژی های تجدید پذیر و منابع انرژی پایدار دانست. برای رفع نیاز ما به برق، فناوری فتوولتائیک خورشیدی (PV) به یک وسیله شناخته شده برای دستیابی به انرژی پاک و فراوان خورشیدی تبدیل شده است. پایه خورشیدی یا پایه نصب پنل خورشیدی که پنل‌های PV را متعادل نگه می‌دارد، یک عامل ضروری برای عملکرد موثر سیستم های فتوولتائیک به شمار می رود. استفاده از فلزات و آلیاژ برای ساخت این پایه‌ها تاریخچه طولانی دارد اما اخیرا در برخی تحقیقات به ساخت طرح‌های پلیمری به عنوان راهکارهای جدید برای توسعه زیرساخت های انرژی خورشیدی اشاره شده است. مواد پلیمری به دلیل سبک بودن جایگزین عالی برای طراحی پایه خورشیدی قوی و مقاوم در برابر خوردگی هستند. این تغییر از مزایای پلیمرها مانند سهولت در ساخت، اثرات محیطی کم و انعطاف پذیری در طراحی بهره می گیرد. این رویکرد طراحی با تکیه بر مواد بازیافتی و سازگار با محیط زیست موجود در سیستم همراه با انرژی خورشیدی تجدیدپذیر از تولید انرژی پایدار حمایت می کند. در این مطالعه، بر طراحی پایه خورشیدی با استفاده از مواد پلیمری تاکید شده است. با افزودن مواد پلیمری در ساختار پایه، هدف ما بررسی رویکردهای جدید جهت به حداکثر رساندن اثربخشی و مزایای اقتصادی تجهیزات PV خورشیدی است.

چندین معیار درطول فرایند طراحی در نظر گرفته می شود ازجمله عواملی مانند توانایی تحمل بار، حفظ یکپارچگی سازه، انبساط حرارتی و عوامل محیطی مانند رطوبت و اشعه ماوراء بنفش. استفاده از پلیمرها در طراحی پایه خورشیدی فرصت‌های بالقوه جدیدی برای انعطاف‌پذیری و شخصی‌سازی طرح فراهم می کند. پایه های پلیمری کاربرد گسترده‌ای دارند؛ به طوری که با طیف وسیعی از کاربردهای انرژی خورشیدی مطابقت دارند زیرا قابلیت طراحی متناسب با اندازه، جهت گیری و شرایط مختلف نصب را دارند. علاوه براین، کنترل بهتر دما و شاید عملکرد بهتر پنل ممکن است ناشی از کیفیت عایق ذاتی برخی پلیمرها باشد. در این مطالعه به بررسی عملکرد، امکان سنجی و پیامدهای بالقوه مدل پیشنهادی در طراحی پایه پنل خورشیدی با استفاده از پلی اتیلن سنگین (HDPE) می پردازیم. نتایج به دست آمده از این ارزیابی در جدول زیر ارائه شده است.

جدول 1:

شبیه سازی CFD نشان می دهد که واریانس جریان بالا موجب افزایش فشار روبه جریان باد می‌شود. از این رو، یک عامل قطعیت باید برای محاسبه فشار باد وجود داشته باشد. در اینجا دو نوع ساختار پایه پنل خورشیدی ثابت و قابل تنظیم آزمایش و بررسی شده است. درنتیجه، مشخص شد که برای ثابت نگه داشتن پایه پنل خورشیدی در برابر وزش باد می توان به این مدل ثابت اعتماد کرد. نمونه قابل تنظیم نیز در محدوده های وسیع کاربرد دارد. همچنین تنش ها و فشارهای مختلف بر روی هر دو نوع سازه نیز در اینجا مورد بررسی قرار گرفتند. پایه پنل یکی از مهم‌ترین اجزایی است که بازدهی انرژی خورشیدی در آن مشخص می شود. سیستم پایه که پنل های خورشیدی را به زمین یا روی پشت بام متصل می کند مهم ترین آرایه خورشیدی به شمار می رود و بازار محصولات خورشیدی را پررونق می کند. براساس مقیاس طرح، انتظار می رود ساختار پایه حدود 15-9 درصد از کل هزینه یک طرح انرژی خورشیدی را شامل شود. ساختار پایه 9 درصد از هزینه های پروژه در طرح های کوچکتر را به خود اختصاص می دهد و این رقم در طرح های بزرگتر بیشتر خواهد بود. به طور کلی، هدف از این مقاله این است که می توان از پلی اتیلن سنگین (HDPE) در ساخت پایه پنل خورشیدی استفاده کرد. در برخی مطالعات بر خواص مکانیکی، مزایای زیست محیطی و پایداری HDPE در کاربردهای مختلف تاکید می شود که نشان دهنده پتانسیل HDPE در بهبود پایداری و مقرون به صرفه بودن در سیستم‌های انرژی خورشیدی است.

در طراحی پایه خورشیدی از پلی اتیلن سنگین (HDPE) به دلیل مقرون به صرفه بودن و سهولت در نصب استفاده می شود. این طرح شامل ساخت سازه های مقاوم به منظور حفظ پنل های خورشیدی در برابر تغییرات آب و هوایی است. به عبارت دیگر، پایه های خورشیدی سازه هایی برای حفظ پنل های خورشیدی هستند که نور خورشید را دریافت کرده و آن را به انرژی برق تبدیل می کنند. طراحی این پایه ها باتوجه به فاکتورهایی همچون نوع نصب (پشت بام، روی زمین وغیره)، شرایط محیطی و فضای موردنیاز متفاوت است. HDPE نیز نوعی ترموپلاستیک است که دارای استحکام و چکالی بالایی بوده و ازطرفی، از مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی، وزش باد و ساییدگی برخوردار است.

کلام پایانی و جمع بندی

در این مطالعه با استفاده از معادله مناسب، از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان ابزار مفیدی برای شبیه سازی رفتار جریان سیال (هوا/باد) استفاده شد. اندازه مش های ظریف تر در نرم افزار CFD ممکن است نتایج دقیق تری به همراه داشته باشد. تعداد عناصر با کاهش اندازه مش نیز افزایش می یابند. در شبیه سازی نرم افزار CFD به لطف افزایش اجزای طرح یافته های دقیق تری به دست آمد. این مطالعه بیشترین و کمترین نیرو، فشار و سرعت را نشان می دهد که طرح پس از نصب با آنها مواجه خواهد شد. این طرح به گونه ای ساخته شده است که مونتاژ، جداسازی و جابجایی را تا جای ممکن تسهیل می‌کند. مطالعات آینده بدون شک شامل بهینه سازی فرایند ساخت، توسعه فرمولاسیون HDPE پیشرفته با خواص بهبودیافته، دستیابی به طراحی جدید باهدف بهبود عملکرد و بازدهی خواهد بود. با ترکیب فناوری های هوشمند همچون حسگرهای loT و الگوریتم‌های تعمیر پیش بینی شده، می توان عملکرد و نظارت بر سیستم های پایه خورشیدی حاوی HDPE را تقویت کرده و قابلیت اطمینان آنها را نیز بهبود بخشید.