قسم الفيزياء يناقش رسالة ماجستير تستخدم برنامج zemax في تصميم وتقييم مركزات شمسية حوضية

ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) رسالة الماجستير الموسومة (تصميم وتقييم مركزات شمسية حوضية باستخدام برنامج zemax ) للطالب (ياسر ياسين خضير) التي انجزها تحت اشراف التدريسي في القسم (أ.م.د. علاء بدر حسن) ونوقشت من قبل أعضاء لجنة المناقشة المبينة أسمائهم فيما يأتي :

• أ.م.د. ثائر عبدالكريم خليل (رئيسا)

• أ.م.د طارق هاشم عبود (عضوا)

• م.د. عقيل رزاق صالح (عضوا)

• أ.م.د. علاء بدر حسن (عضوا ومشرفا)

ويهدف البحث الى :

• تصميم مركزات شمسية نظرياً بثلاثة اشكال وهي ( قطع مكافئ حوضي و سطح كروي حوضي وسطح مضلع حوضي) باستخدام برنامج (Zemax) لإيجاد صيغة مقارنة ودراسة الكفاءة البصرية وزاوية القبول ونسبة التركيز .

• محاكاة برنامج (Zemax) لتغيير معلمات النظام البصري (نصف قطر التكور- نسبة التركيز – زاوية السقوط – موقع المستلم) ودراسة تأثيرها على كفاءة كل تصميم من التصاميم الثلاثة.

• دراسة توزيع الاستضاءة لكل تصميم من التصاميم الثلاثة.

تم في هذا البحث تصميم مركز شمسي حوضي نظريا باستخدام برنامج zemax  . حيث ان التصميم خالٍ من نظام التتبع الشمسي المكلف وثابت لمواجهة الشمس خلال ساعات النهار، لدراسة مدى ملاءمة الانموذج  للعمل في النهار حيث تتغير زاوية ميل الشمس حسب ساعات النهار، بالإضافة الى تمت دراسة المعلمات البصرية التي تؤثر على كفاءة التصميم. حيث تم استخدام هذا النوع من مركز قطع المكافئ الحوضي لامتلاكها مدى واسع من زوايا القبول. ان زاوية القبول تحدد نجاح اي نظام بصري كونها تعطي امكانية العمل دون الحاجة الى انظمة التعقب الشمسي.

ويتكون التصميم من مركز ذي سطح معدني عاكس حوضي يقوم هذا السطح بعكس الاشعة الشمسية الى المستلم  الذي يكون على شكل انبوب اسطواني يحتوي الأنبوب على محلول ملحي عالي التوصيل الحراري لنقل الحرارة إلى خزان حراري معين. لاستخدامها فيما بعد في توليد الكهرباء أو التدفئة أو أغراض أخرى.

تم تصميم ثلاثة نماذج مختلفة (مركز قطع مكافئ حوضي و مركز سطح كروي حوضي و مركز سطح مضلع حوضي) للحصول على مقارنة لكل شكل ودراسة المعلمات المختلفة له (نصف قطر تكور السطح ونسبة التركيز وموقع المستلم وتوزيع الاستضاءة) لكل انموذج.

تم استخدام ستة تصاميم لكل أنموذج بنسب تراكيز مختلفة (C=5,10,20,30,40,50) .وكذلك لأنصاف اقطار مختلفة (r=100mm,200mm,300mm,400mm,500m) لكل أنموذج من اجل الحصول على افضل كفاءة بصرية مع مراعاة وجود موقع المستلم )الكاشف)

 في البؤرة  . تم تغيير موقع المستلم باتجاه موازٍ وعمودي للمحور البصري للحصول على افضل موقع نحصل من خلاله على اعلى كفاءة من خلال محاكاة زاوية سقوط الأشعة الشمسية للإحداثيين السيني والصادي وتم قياس الكفاءة بالاعتماد على قراءة الكاشف .

أظهرت النتائج افضلية أنموذج قطع المكافئ الحوضي عن بقية النماذج بسبب شكله الهندسي وامكانية تغيير معلماته للحصول على كفاءة عالية .ووجد ان نسبة تركيز هي افضل تصميم C=5 هي افضل تصميم ولجميع النماذج اما فيما يخص نصف القطر فنلاحظ  افضلية    (r=200mm) الانموذج في وضع راسي اما في وضع افقي لوحظ هناك تقارب في الكفاءة . أظهرت النتائج أن الكفاءة بشكل عام لا تتأثر بتغيير المعلمات البصرية المستخدمة في التصميم في وضعها الأفقي بخلاف الوضع الرأسي.

وخلص الطالب الى التوصيات الاتية :

1. تصميم مركز قطع مكافئ حوضي كمستقبل ضوئي لليف البصري.

2. استخدام معلمات الاخرى المتوافرة في برنامج ( (zemaxلتقيم كفاءة النظام البصري.

3. دراسة تأثير العوامل الجوية على كفاءة منظومة المركز الشمسي للقطع المكافئ الحوضي.