قسم الفيزياء يناقش رسالة ماجستير تبحث في تصميم مركز شمسي عاكس ذو قطع مكافئ مركب

ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) رسالة الماجستير الموسومة ( تصميم مركز شمسي عاكس نوع قطع مكافئ مركب ) للطالبة  ( رسل فارس عبد الكريم ) التي انجزتها تحت اشراف التدريسي في القسم ( أ.م.د. علاء بدر حسن ) ونوقشت من قبل اعضاء لجنة المناقشة المبينة اسمائهم فيما يأتي :

أ.د. علي هادي عبد المنعم (رئيسا)

أ.م.د. ثائر عبد الكريم خليل (عضوا)

م.د. نضال موسى عبد الامير (عضوا)

أ.م.د. علاء بدر حسن (عضوا و مشرفا)

وتهدف الدراسة الى :

1. تصميم مركز شمسي ذو قطع مكافئ مركب لمقطع دائري ومضلع (مربع ومثمن) حاسوبيا عن طريق برنامج (زيماكس) للتصاميم البصرية.

2. دراسة نسبة التركيز وتأثيرها على كفاءة التصميم بأنواعه الثلاثة.

3. بيان تأثير زاوية سقوط الاشعة الشمسية على كفاءة التصميم وعلاقته بزاوية القبول لكل تصميم.

4. دراسة تأثير نسبة القطع في طول النموذج المصمم على كفاءة النظام لكل نوع من التصاميم.

في هذه الدراسة تم تصميم مركز شمسي نوع قطع مكافئ مركب  (Compound parabolic concenator)  نظريا باستعمال برنامج المحاكاة زيماكس zemax)) نظرا لما يتمتع به هذا المركز من مدى واسع لزوايا القبول والتي هي من اهم مسببات نجاح أي تصميم بصري كون زاوية القبول تعطي إمكانية العمل لساعات النهار دون الحاجة الى أنظمة التتبع باهظة الثمن.

ان وظيفة المركز الشمسي هو تحويل الاشعاع الشمسي الحراري الى طاقة كهربائية بطريقة غير مباشرة عن طريق تركيز الاشعة على مستودع لمحلول عالي التركيز الذي بدوره يعمل على توصيل الحرارة لمستودع الماء من اجل تبخيره والاستفادة من البخار الناتج في تشغيل المولدات البخارية لإنتاج الطاقة الكهربائية. فضلا على ذلك ممكن استخدام الحرارة المتكونة في انظمة التبريد والتدفئة والطبخ.

اجري هذا التصميم باستعمال برنامج zemax 2013)) للتصاميم البصرية وتحديدا نمط تتبع الاشعة غير المتسلسل لكونه يتفق مع التصميم. حيث يتكون التصميم من فتحة ادخال تسمح بدخول الاشعة الى المركز. يتكون السطح الداخلي للمركز من سطح معدني عاكس على شكل قطع مكافئ، يعكس الاشعة الشمسية الداخلة من فتحة الادخال بصورة متكررة على جدرانه الى ان يصل الشعاع الى فتحة الاخراج التي تستقبل الاشعاع المركز بقيمة نصف قطر50mm) ) التي يوضع عندها الكاشف ليتحسس عدد الاشعة الواصلة الى المستقبل Total hits)).

تم تصميم ثلاثة نماذج مختلفة للقطع المركب المكافئ للحصول على مقارنة لكل شكل ودراسة نسبة التركيز والكفاءة البصرية وزوايا القبول الخاصة بكل نموذج . النموذج الأول دائري المقطع يمتلك تناظر على جميع المحاور. والنموذج الثاني مربع المقطع يمتلك تناظر على محورين متعامدين. اما النموذج الثالث فمثمن المقطع ويمتلك تناظر بثماني محاور. 

تم استخدام خمسة تصاميم لكل نموذج بنسب تراكيز مختلفة (C=1, 2, 3, 4, 5) ، وكذلك أجريت اقتطاعات للطول (100,200,300,400,500mm) لكل نموذج عند نسبة تركيز c=3)) من اجل الحصول على أفضل كفاءة بصرية من خلال تحديد عدد الاشعة الواصلة للكاشف. تم تغيير زاوية السقوط للاشعة الشمسية الداخلة الى المركز للمدى ( 0°-25°) . تم قياس الكفاءة بالاعتماد على قراءة الكاشف Detector viewer)) حيث توفر هذه الأداة مخططاً لتوزيع الاشعة نقطي الشكل يبين عدد الاشعة الواصلة الى الكاشف والتي تمثل معياراً لتحديد أفضل أداء وفقا للتغير في معلمات التصميم.

بينت النتائج ان افضلية النموذج هو ذو القطع الدائري عن بقية النماذج ، بسبب شكله الهندسي وامتلاكه مرونة عالية في تغيير معلماته للحصول على كفاءة عالية . ان الكفاءة بصورة عامة تقل مع زيادة زاوية السقوط. اما فيما يخص طول المركز فبينت النتائج ان عملية اقتطاع طول المركز له اثر ايجابي في زيادة زاوية القبول لكل النماذج المستخدمة.

وفي ختام الرسالة خلصت الطالبة الى التوصيات الاتية :

-1استخدام مركز القطع المكافئ المركب غير مجوف (مضمن بمادة عازلة شفافة).

-2دراسة الخواص البصرية لمركز القطع المكافئ المركب متعدد المقاطع.

-3استخدام مركز القطع المكافئ المركب كمركز فوتوفولتائي.

4-تصميم مركز قطع مكافئ مركب كمستقبل ضوئي لليف بصري.