دانشگاه آزاد اسلامي
واحد دامغان
دانشکده مهندسي برق
پايان نامه براي دريافت درجه کارشناسي ارشد
در رشته مهندسي برق قدرت -گرايش الکترونيک قدرت
عنوان
طراحي و شبيه سازي شارژر کنترلر سيستم دوگانه خورشيدي و بادي متصل به باتري
استاد راهنما
دکتر عبدالحسين طحاني
نگارنده
سيد سعيد معتمداصل
شهريور1393
معاونت پژوهش و فن آوري
به نام خدا
منشور اخلاق پژوهش
با ياري از خداوند سبحان و اعتقاد به اين كه عالم محضر خداست و همواره ناظر بر اعمال انسان و به منظور پاس داشت مقام بلند دانش و پژوهش و نظر به اهميت جايگاه دانشگاه در اعتلاي فرهنگ و تمدن بشري، ما دانشجويان و اعضاء هيئت علمي واحدهاي دانشگاه آزاد اسلامي متعهد مي گرديم اصول زير را در انجام فعاليت هاي پژوهشي مد نظر قرار داده و از آن تخطي نكنيم:
1- اصل حقيقت جويي: تلاش در راستاي پي جويي حقيقت و وفاداري به آن و دوري از هرگونه پنهان سازي حقيقت.
2- اصل رعايت حقوق: التزام به رعايت كامل حقوق پژوهشگران و پژوهيدگان (انسن،حيوان ونبات) و ساير صاحبان حق.
3- اصل مالكيت مادي و معنوي: تعهد به رعايت كامل حقوق مادي و معنوي دانشگاه و كليه همكاران پژوهش.
4- اصل منافع ملي: تعهد به رعايت مصالح ملي و در نظر داشتن پيشبرد و توسعه كشور در كليه مراحل پژوهش.
5- اصل رعايت انصاف و امانت: تعهد به اجتناب از هرگونه جانب داري غير علمي و حفاظت از اموال، تجهيزات و منابع در اختيار.
6- اصل رازداري: تعهد به صيانت از اسرار و اطلاعات محرمانه افراد، سازمان ها و كشور و كليه افراد و نهادهاي مرتبط با تحقيق.
7- اصل احترام: تعهد به رعايت حريم ها و حرمت ها در انجام تحقيقات و رعايت جانب نقد و خودداري از هرگونه حرمت شكني.
8- اصل ترويج: تعهد به رواج دانش و اشاعه نتايج تحقيقات و انتقال آن به همكاران علمي و دانشجويان به غير از مواردي كه منع قانوني دارد.
9- اصل برائت: التزام به برائت جويي از هرگونه رفتار غيرحرفه اي و اعلام موضع نسبت به كساني كه حوزه علم و پژوهش را به شائبه هاي غيرعلمي مي آلايند.
تقديم به
مادر و پدر مهربانم
كه دعاي خيرشان هميشه بدرقه راهم بوده و آفتاب مهرشان همچنان در آستانهقلبم پا برجاست و هرگز غروب نخواهد كرد.
و
نامزد عزيزم
كه سايه مهربانيش سايه سار زندگيم مي باشد او كه اسطوره صبر و تحمل بوده و مشكلات مسير را برا يمتسهيل نموده است.
تقدير و تشکر
پس از حمد و ثناي حق كه توفيق دانش اندوزي عطا فرمود، بر خود لازم ميدانم
از زحمات و راهنماييهاي بي دريغ استاد گرانقدر خود، جناب آقاي دکتر عبدالحسين طحاني تشکر و قدرداني نمايم.
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….. 1
1-2- مفهوم حالت شارژ ……………………………………………………………………………………………………… 3
1-3- برسي روشهاي تخمين حالت شارژ باتري………………………………………………………………………. 4
1-3-1- اندازه‌گيري حالت شارژ از طريق ويژگيهاي فيزيكي الكتروليت………………………………… 4
1-3-2- ولتاژ مدار باز…………………………………………………………………………………………………… 5
1-3-3- شمارش آمپر ساعت………………………………………………………………………………………… 6
1-3-4- تخمين با استفاده از منطق فازي…………………………………………………………………………… 7
1-3-5- شبكه هاي عصبي مصنوعي………………………………………………………………………………… 8
1-3-6- تخمين با استفاده از فيلتر کالمن …………………………………………………………………………. 9
1-4 -کنترل حالت شارژ………………………………………………………………………………………………….. 9
فصل دوم: منابع توليد پراکنده……………………………………………………………………………….. 11
2-1- بحران انرژي در جهان……………………. ……………………………………………………………………….. 11
2-2- منابع توليد پراکنده…………………… ………………………………………………………………………………. 12
2-3- فناوريهاي توليد پراکنده………………….. ………………………………………………………………………… 13
2-4- انرژي باد و نيروگاه بادي- سلول هاي خورشيدي و بررسي سيستم هاي فتوولتائيک(PV) ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 14
2-4-1- انرژي باد و نيروگاه بادي………. ………………………………………………………………………. 14
2-4-2- تار يخچه استفاده از انرژي باد….. ……………………………………………………………………… 15
2-4-3- مزاياي نيروگاههاي بادي………….. ……………………………………………………………………. 16
2-5- توربين بادي…………………… ……………………………………………………………………………………… 19
2-5-1- كاربرد توربينهاي بادي………………. ………………………………………………………………….. 19
الف- كاربردهاي غيرنيروگاهي …………………….. ……………………………………………………………… 19
ب – كاربردهاي نيروگاهي…………………. ………………………………………………………………………… 19
2-5-2- انواع توربينهاي بادي………………………………………………………………………………………. 20
2-5-2-1- تقسيم بندي از حيث اندازه…………………………………………………………………………… 20
1. توربين هاي کوچک (small)………………….. ……………………………………………………………. 20
2. توربين هاي متوسط (medium)……….. ………………………………………………………………….. 20
3. توربين هاي بزرگ (large) ……. ………………………………………………………………………………20
2-5-3- بادها و توربينهاي بادي………. …………………………………………………………………………. 21
2-5-4 – انرژي دريافتي از توربين…………… …………………………………………………………………… 23
2-2-5- توان پتانسيل توربين………………… …………………………………………………………………….. 23
2-5-6- ضريب يکپارچگي……………………….. ………………………………………………………………. 25
2-5-7- برآورد پتانسيل باد……………………… …………………………………………………………………. 26
2-5-8 – ارزيابي آماري داده هاي باد.. …………………………………………………………………………… 27
2-5-9- محاسبه انرژي سالانه خروجي يک توربين بادي…………………………………………………. 29
2-6- ژنراتور سنکرون (Synchronous Generator)………………………………………………… 32
2-6-1 رتور در ژنراتور سنکرون……………………………………………………………………………………. 33
2-6-2 ساختمان و اساس کار………………………………………………………………………………………… 34
2-7- ژنراتورهاي القايي يا آسنکرون……………………………………………………………………………. 35
2-7-1 مشخصه‌هاي الکتريکي……………………………………………………………………………………….. 36
2-7-2 مزاياي ژنراتور القايي…………………………………………………………………………………………. 37
2-7-3 معايب ژنراتور القايي…………………………………………………………………………………………. 38
2-7-4 جريان هجومي در بهره‌برداري موازي…………………………………………………………………… 39
2-7-4 اتصال کوتاه سه‌فاز ناگهاني…………………………………………………………………………………. 40
2-7-5 اتصال کوتاه تک‌فاز……………………………………………………………………………………………. 40
2-7-6 پديده خود تحريکي…………………………………………………………………………………………… 40
2-7-7 سيستم بهره‌برداري و کنترل………………………………………………………………………………… 41
2-7-8 راه‌اندازي………………………………………………………………………………………………………….. 41
2-7-9 بهره‌برداري موازي……………………………………………………………………………………………… 42
2-7-10 بارگذاري……………………………………………………………………………………………………….. 42
2-7-11 توقف آهسته…………………………………………………………………………………………………… 42
2-7-12 از کار افتادن (SHUT DOWN) ………………………………………………………………….. 42
2-7-13 توان اکتيو……………………………………………………………………………………………………….. 43
2-7-14 نياز به بانک خازني………………………………………………………………………………………….. 44
2-7-15 اتصال به شبکه و يا منفرد…………………………………………………………………………………. 44
2-8- سلول هاي خورشيدي و بررسي سيستم هاي فتوولتائيک(PV)…. ……………………………. 46
2-9- سلول خورشيدي……………………… …………………………………………………………………………….. 48
2-9-1- انواع سلولهاي خورشيدي………………. ……………………………………………………………. 48
2-9-2- ساختار فيزيکي سلول هاي خورشيدي……………………………………………………………… 49
2-10- پنل خورشيدي ……………………………………………………………………………………………………… 54
2-11- نحوه ساخت پنل خورشيدي211 واتي………………………………………………………………………. 55
2-12- روشهاي توليد انرژي خورشيدي …………….. …………………………………………………………… 56
2-13- سيستم فتوولتائيک (Photovoltaic)………………………………………………………………………. 57
2-13-1- مزاياي نظريه نيروگاههاي سلول خورشيدي………… ………………………………………….. 65
2-13-2- معايب نظريه نيروگاههاي سلول خورشيدي…… ……………………………………………….. 65
فصل سوم: باتري شارژرها…………………….. …………………………………………………………………. 66
3-1- مباني سيستم باتري……………. ……………………………………………………………………………………. 66
3-1-1- سيستم هاي باتري………………… ………………………………………………………………………. 66
3-1-2- سلول سرب- اسيدي………. ……………………………………………………………………………. 66
3-1-3- مشخصه ي تخليه………………. ………………………………………………………………………… 67
3-1-4- ملزومات شارژر………………. …………………………………………………………………………… 68
3-2- باتري شارژرها…………. ……………………………………………………………………………………………… 69
3-2-1- حالت زيرشارژ…………………….. ……………………………………………………………………….. 71
3-2-2- حالت فوق شارژ………. …………………………………………………………………………………… 72
3-2-3- شارژ سريع…………. ……………………………………………………………………………………….. 72
3-3- ايمني……………………………… ……………………………………………………………………………………… 73
3-3-1- روش زمين کردن باتريهاي 110 ولتي…………. ……………………………………………………. 73
3-3-2- زمين کردن سيستم باتري 48ولت………………. ……………………………………………………. 74
3-3-3- سيستم نشان دهنده آلارم باتري…… …………………………………………………………………… 74
3-4- سلولهاي ترکيب مجدد……………………… ……………………………………………………………………… 75
3-5- راه اندازي باتريها ……………………. ……………………………………………………………………………… 77
3-5-1- راه اندازي باتريهاي پلانته (سرب- اسيدي)….. …………………………………………………… 77
3-5-1-1- آزمايشهاي باتري شارژر…………….. ……………………………………………………………… 77
3-5-1-2- آزمايش هاي تخليه (دشارژ) باتري.. ……………………………………………………………… 79
3-5-1-3- رله اتصال زمين…………… ……………………………………………………………………………. 79
3-5-2- راه اندازي باتريهاي آب بندي شده……….. ………………………………………………………….. 80
3-6- نقش شارژرها در پستهاي برق…………………………………………………………………………………. 80
3-7- اصول کار شارژر………….. …………………………………………………………………………………………. 82
3-7-1- حالت شارژ نگهداري ……… …………………………………………………………………………….. 85
3-7-2- حالت شارژ سريع……………. ……………………………………………………………………………. 85
3-7-3- حالت شارژ اوليه…………………………………………………………………………………………….. 86
فصل چهارم: مدلسازي ديناميکي سلول خورشيدي و توربين بادي…………………… 88
4-1 – سلول فتوولتاييک …….. ……………………………………………………………………………………………. 88
4-2 – مدل توربين بادي …….. ……………………………………………………………………………………………. 93
4-3 مدل باد و مدل شبكه مصرفي…………………………………………………………………………….. 101
فصل پنجم: نتايج شبيه سازي شارژر کنترلر سيستم دوگانه خورشيدي و بادي متصل به باتري ……………………………………………………………………………………………………………………………. 108
نتيجه گيري و پيشنهادات ………………………………………………………………………………………….. 129
مراجع …………………………………………………………………………………………………………………….133
فهرست جدول ها
جدول 2-1 ميزان تغييرت دانسيته انرژي دريافتي با تغيير ارتفاع………………………………………………..22
جدول 2-2 نسبت انرژي توليدي به سرعت باد در شرايط استاندارد. …………………………………………23
جدول 2-3 منحني توان توربين مدل NORDEX N-62…. ………………………………………………. 31
جدول 3-1 آماري هزينه توليد 1 کيلووات ساعت از انواع انرژي در سال 2008 در آمريکا……………53
جدول 5-1 ويژگيهاي الکتريکي سلول خورشيدي مدل BP340… ………………………………………..80
فهرست شکل ها
شكل1-1 تفسير تصويري از ظرفيت و حالت شارژ باتري….. ……………………………………………………. 4
شکل 2-1 عامل بوجود آمدن باد…………………………………………………………………………………………. 16
شکل2-2 مقايسه قيمت تمام شده توليد انرژي توسط تکنولوژي هاي مختلف …………………………… 17
شکل 2-3 توربين بادي……. ……………………………………………………………………………………………….. 20
شکل 2-4 تاثير ارتفاع در سرعت و انرژي دريافتي از باد.. ………………………………………………………. 22
شکل 2-5 نمايي از نمودار گلباد……………. …………………………………………………………………………… 29
شکل 2-6 جدول منحني سرعت- تناوب بعد اعمال ضرايب ويبول.. ……………………………………… 30
شکل2-7 مدار معادل يک ژنراتور القايي……………………………………………………………………………….. 36
شکل 2-9 سلولهاي الف) پوليکريستال، ب) مونوکريستال ج) پنل حاوي سلول هاي Amorphous………………………………………………………………………………………………………………….. 49
شکل 2-10 ساختار اساسي سلول PV………………………………………………………………………………….. 51
شکل 2-11 يک نمونه مدل سلول خورشيدي………………………………………………………………………… 51 شکل 2-12 مشخصهي الکتريکي ولتاژ جريان يک سلول خورشيدي………………………………………. 52 شکل 2-13 مدل الکترونيکي سلول خورشيدي…………………………………………………………………….. 52 شکل 2-14 تاثير تغييرات روشنايي بر روي نمودار ولتاژ-جريان در سلول خورشيدي………………… 53 شکل 2-15 يک نمونه مدل پنل خورشيدي………………………………………………………………………….. 55 شکل 2-16 مشخصه ولتاژ-جريان يک باتري خورشيدي در يک سطح تابش نور خورشيد و در تاريکي………………………………………………………………………………………………………………………………..61
شکل 2-17 جريان الکتريکي توليد شده در سلول خورشيدي….. …………………………………………… 62 شکل 3-1 مقدار ولتاژ باتري شارژرهاي مورد استفاده براي شارژ باتري هاي پلانته در پست فشار قوي……………………………………………………………………………………………………………………………………70
شکل3-2 نمونه از يک شارژر مورد استفاده در پست برق…. …………………………………………….. 80 شکل 4-1 مدل مداري سلول خورشيدي……………. ……………………………………………………………….. 88
شکل 4-2 دياگرام I-V ويژگي الکتريکي ماژول PV در شرايط نامي…….. ……………………………….. 91
شکل 4-3 دياگرام P-V ويژگي الکتريکي ماژول PV در شرايط نامي…. …………………………………. 92
شکل 4-4 زاويه چرخش تيغه………………………………………………………………………………………… 94
شکل 4-5 ضرايب توان در برابر زاويه چرخش تيغه…… …………………………………………………………. 94
شكل 4-6- شكل موج توان توربين بادي برحسب سرعت آن…………………………………………………. 95
شكل 4-7- مدل سيمولينکي توان توليدي توربين بادي…………………………………………………………… 97
شكل 4-8- بلوك دياگرام كنترل توان توربين و كنترل زاويه گام……………………………………………… 98
شكل 4-9- صفحه اصلي مدل سازي سيستم……………………………………………………………………….. 100
شكل 4-10- مدل باد به كار گرفته شده در شبيه سازي………………………………………………………… 102
شكل 4-11- مدل شبكه برق مصرفي براي اتصال به واحد توليدي………………………………………… 102
شكل 4-12- نتايج مدل سازي به روش اول (?)………………………………………………………………… 104
شکل 4-13 ترکيب توليدکننده انرژي بادي و سلول خورشيدي…….. ……………………………………… 106
شکل 5-1 بلوک دياگرام مدل شبيه سازي شده…………………………………………………………………….. 109
شکل 5-2 بلوک جريان خروجي فتولتائيک………………………………………………………………………….. 110
شکل 5-3 مدل شبيه سازي شده پنل خورشيدي 67 آرايه اي…………………………………………………. 111
شکل 5-4 مدل شبيه سازي شده باتري……………………………………………………………………………….. 112
شکل 5-5 مدل شبيه سازي شده اينورتر………………………………………………………………………………..113
شکل 5-6 مدل شبيه سازي منبع سه فاز ac……………………………………………………………………….. 114
شکل5-7 نمودار توان توليدي سلول خورشيدي، توربين بادي و توان عبوري از خط انتقال سيستم…………………………………………………………………………………………………………………………….. 115
شکل 5-8 نمودار duty cycle مبدل boost به کار رفته در سيستم.. ………………………………….. 115
شکل 5-9 ولتاژ خروجي اينورتر متصل شده به خروجي سيستم فتوولتائيک…………………………….. 116
شکل 5-10 نمودار فرکانس کاري سيستم……. ……………………………………………………………………. 116
شکل 5-11 نمودار سرعت روتور ژنراتور بر حسب پريونيت…………………………………………………. 117
شکل 5-12 نمودارهاي توان (الکتريکي و مکانيکي)مربوط به توربين بادي، سلول خورشيدي و کل سيستم توليد انرژي به همراه نمودار زاويه پره توربين بادي (بر حسب درجه)…………………………… 117
شکل 5-13 نمودار aprespont ولتاژ دو سر يکسوساز پل ديودي متصل شده به شده به منبع ولتاژ AC باتري شارژر…………………………………………………………………………………………… 118
شکل 5-14 نمودارهاي توان خروجي باتري شارژر……………………………………………………………… 119
شکل 5-15 نمودارهاي ولتاژ reelle باتري شارژر………………………………………………………………. 119
شکل 5-16 نمودار secteur ولتاژ ورودي دوسر منبع AC تامين کننده توان و ولتاژ اوليه باتري شارژر…… …………………………………………………………………………………………………………………….. 120
شکل 5-71 نمودار ولتاژ ورودي باتري شارژر……….. …………………………………………………………. 120
شکل 5-18 نمودار جريان خروجي سيستم فتوولتاييک……… ……………………………………………….. 121
شکل 5-19 نمودار توان اکتيو خروجي سيستم فتوولتاييک…… ………………………………………………. 122
شکل5-20 نمودار خطاي توان اکتيو توليدي سيستم توربين بادي………………………………………….. 123
شکل 5-21 نمودار انحراف توان مکانيکي بين شفت توربين بادي و روتور ژنراتور القايي………… 124
شکل 5-22 نمودار تغييرات جريان سيم پيچي استاتور ژنراتور القايي…………………………………….. 125
شکل 5-23 نمودار ولتاژ سيم پيچي تحريک ژنراتور القايي…. ……………………………………………….. 126
شکل 5-24 نمودار توان اکتيو خروجي سيستم سه فاز………. ……………………………………………….. 127
شکل 5-25 نمودار توان اکتيو بار متصل شده به خروجي سيستم سه فاز………………………………… 128
چکيده:
در اين پايان نامه، در فايل شبيه سازي از مدلهاي واقعي سيستم فتوولتاييک، توربين بادي و ژنراتور سنکرون که از طريق يک خط انتقال 63 کيلو ولت و يک ترانسفورماتور کاهنده 20/63 کيلو ولت و يک بريکير سه فاز به بار متصل شده استفاده شد. و به منظور ذخيره بخشي از انرژي الکتريکي توليد شده در سيستم فتوولتاييک از يک باتري شارژر نيز استفاده شد. اين باتري شارژر در شرايطي که توليد توان الکتريکي از طريق ساير منابع توليد توان الکتريکي با کاهش مواجه شود مي تواند با تزريق توان ذخيره شده به شبکه انرژي الکتريکي مورد نياز بار سيستم را تامين نمايد. سلول فتوولتاييک استفاده شده سيستمي غيرخطي ميباشد که بصورت يک منبع جريان موازي با ديود مدل ميشود. با توجه به پايين بودن ولتاژ خروجي سيستم فتوولتاييک، جهت کاربرد در سيستم توزيع الکتريکي لازم است از يک مبدل boost (افزاينده ولتاژ) در خروجي اين سيستم استفاده شود تا ولتاژ خروجي به مقدار مطلوب برسد. الگوريتم استفاده شده در سيستم سلول خورشيدي الگوريتم P&Oمي باشد.
در اين پروژه سرعت ثابت توربين بادي بر روي ژنراتور القايي مورد بررسي قرار گرفته است. سرعت توربين بادي پس از عبور از يک بهره تناسبي وارد تابع محاسبه کننده سرعت توربين بادي مي شود. اين تابع يک تابع غير خطي است که سيگنال خروجي اين تابع، به عنوان توان خروجي توربين بادي در نظر گرفته مي شود. در ضمن توان مکانيکي ورودي توربين بادي پس از مقايسه با مقدار مرجع سيگنال کنترل تيغه پره توربين را توليد مي کند که وارد کنترل کننده PI مي شود. سيگنال خروجي کنترل کننده وارد بلوک محاسبه گر ضريب قدرت شده و پس از ضرب شدن در سيگنال توان مکانيکي، سيگنال توان خروجي توربين بادي را توليد مي کند که به همراه توان خروجي سيستم فتوولتاييک جهت تامين بار سيستم توزيع توليد مي شود.
کلمات کليدي: سيستم فتوولتاييک، باتري شارژر، توربين بادي، کنترل کننده
فصل اول
مقدمه
کنترل شارژر دستگاهي است که مابين پنل خورشيدي و باتري قرار مي گيرد. وظيفه آن در سيستم هاي خورشيدي بسيار حياتي و مهم است زيرا طول عمر باتري سيستم که تقريبا 30 درصد از کل هزينه را به خود اختصاص مي دهد، بطور مستقيم به آن وابسته مي باشد. چنانچه باتري بيش از حد شارژ گردد و يا اينکه بيشتر از حد ممکن تخليه شود، آسيب جدي خواهد ديد از اين جهت دستگاه کنترل شارژر در مدار قرار داده مي شود که در صورت شارژ يا دشارژ بيش از حد، باتري را محافظت نمايد. شارژ کنترلرها بر مبناي اين‌که تحمل چند آمپر جريان را دارند دسته بندي مي‌شوند. استانداردهاي بين‌المللي شارژ کنترلرها را ملزم به تحمل ??% جريان اضافي در زمان محدود مي نمايند. اين موضوع باعث مي-شود که در زمان افزايش بيش از حد تابش به کنترلر آسيبي نرسد. جريان بيش از حد مي تواند به کنترلر آسيب برساند. انتخاب کنترلر شارژر با جريان بزرگ تر از حد مورد نياز، امکان توسعه سيستم را در آينده فراهم مي آورد بدون اينکه هزينه زيادي را تحميل نمايد. کنترلر همچنين از جريان معکوس در هنگام شب جلوگيري مي نمايد. جريان معکوس، مقدار جرياني است که هنگام شب در جهت معکوس از پانل مي گذرد و باتري را تخليه مي کند.
همچنين امروزه نياز به بهينه‌سازي مصرف انرژي بدون به‌وجود آوردن مشكلات جديد براي مصرف کنندگان امريست ضروري، که در عين حال بايد قابليت اطمينان بالايي هم داشته باشد. بنابراين امروزه استفاده از سيستم هيبريد گريزناپذير است، که منجر به استفاده از مصرف كننده هاي الكتريكي بيشتر و قوي‌تر مي‌گردد و در نتيجه انرژي الكتريكي مورد نياز مصرف کننده افزايش مي‌يابد.
ازاين روي، صنايع باتري‌سازي در صدد عرضه باتري‌هاي نو هستند، كه همگام با تغيير تدريجي ساختار الكتريكي منابع تجديدپذير باشد. اين درحالي است که نقش باتري به عنوان يك وسيله محوري براي حفظ عملكرد مطلوب و افزايش قابليت اطمينان منابع تجديدپذير و مصرف کنندگان، كه قابل نظارت و مديريت نيز باشد، ارتقا يافته است[1].
از طرفي اغلب باتري‌ها نسبت به فراشارژ (overcharge) و فرودشارژ (over discharge) شدن حساسيت دارند و موجب تخريب باتري و صدمه زدن به آن مي‌گردد. علاوه بر آن در فرآيندهاي شارژ سريع، مطلوب است كه باتري با استفاده از روشهاي شارژ معمول كه عمدتاً با استفاده از جريانهاي بالا انجام مي‌گيرد، در كوتاهترين زمان ممكن به حالت شارژ كامل برسد در عين حال كه از ورود به ناحيه فراشارژ، جلوگيري گردد[3,2].
بنابراين عملكرد مطلوب باتري به تخمين حالت شارژ(‌‌SOC) و کنترل مناسب آن بستگي دارد. لذا ضروري است كه با اندازه‌گيري و تخمين آن، شرايط را براي عملكرد مناسب باتري و نيز دستگاه‌هاي الكتريكي، از طريق مديريت باتري در فراهم آورد. نظارت بر باتري سبب مي‌‌‌گردد كه بتوان از تمام توانايي باتري به بهترين شكل براي تأمين انرژي وسايلي كه وابستگي بالايي به انرژي الكتريكي دارند استفاده کرد‌[3,1]. از آنجا که موضوع اصلي پايان‌نامه درباره شارژ باتري و کنترل آن در سطح مشخصي است، در ادامه به ارائه تعريفي از حالت شارژ مي‌پردازيم.
1-2 مفهوم حالت شارژ
حال كه ضرورت آگاهي از حالت شارژ (SOC1) باتري بيان گرديد بايد تعريف دقيقي از آن بيان نمود. در نظر نخست مي‌توان گفت كه حالت شارژ به‌طور ساده، درصد بار الكتريكي ذخيره شده حقيقي به كل باري است كه مي توان در باتري ذخيره نمود. فرض كنيد يك باتري در اختيار داريم كه از قبل داراي مقداري انرژي است و اکنون آن را با جريان شارژ(وارد به باتري) ، شارژ مي‌کنيم. در اين صورت مقدار بار تحويل داده شده به باتري برابر است با و از طرفي اگر باتري کاملاً خالي از انرژي باشد در نتيجه برابر كل باري است كه مي توان در باتري ذخيره نمود. در روابط فوق، راندمان باتري را نشان مي‌دهد که وابسته به جريان باتري است، زيرا در هنگام شارژ مقداري از توان الکتريکي در باتري تلف مي‌شود. براي جريان شارژ و براي جريان دشارژ است. با استفاده از تعريف بالا، حالت شارژ با رابطه زير تعريف مي گردد:
(1-1 )
که در آن حالت شارژ اوليه باتري، بار الکتريکي در لحظه و کل بار الکتريکي است که مي‌توان در باتري ذخيره نمود. اما نکته قابل توجه، در دسترس نبودن حالت شارژ اوليه باتري در اغلب کاربردهايي است که به‌طور پيوسته از آن بهره مي‌گيرند. لازم به ذکر است که رابطه(1-1) يکي از روشهاي مستقيم اندازه‌گيري حالت شارژ باتري در آزمايشگاه است که در ادامه بررسي روشهاي تخمين حالت شارژ به‌طور اجمالي معرفي خواهد شد. شكل1-1 تفسير تصويري از حالت شارژ باتري را به‌عنوان يك تابع حالت يكنواخت، با چشم‌پوشي از اثر دما، دشارژ دروني و انتشار جريان الكتريكي، ارائه مي‌دهد. همان‌گونه كه در ادامه بيان مي‌گردد، روشهاي بسياري براي بدست آوردن حالت شارژ باتري، چه با استفاده از حسگرهاي ويژه و چه با استفاده از الگوريتمهاي كلاسيك و هوشمند، بكار رفته است، كه هركدام داراي مزايا و معايبي است كه به آن اشاره خواهد شد[1,2,3,4].
شكل1-1: تفسير تصويري از ظرفيت و حالت شارژ باتري
1-3 بررسي روشهاي تخمين حالت شارژ باتري
مشخص كردن حالت شارژ باتري(SOC) بر اساس پيچيدگي يا سادگي نوع باتري و كاربردي كه در آن استفاده مي‌گردد، مي‌تواند مسأله‌اي اساسي باشد. در زير به بررسي اجمالي روشهاي بكار رفته براي تخمين حالت شارژ باتري‌ها مي‌پردازيم.
1-3-1 اندازه‌گيري حالت شارژ از طريق ويژگيهاي فيزيكي الكتروليت
در اغـلب باتري‌هاي داراي الکترولـيت مايع، مانند: انواع سربي- اسيدي، الكتروليت در بيـشتر واكنشهاي هنگام شارژ و دشارژ شركت مي‌كند. وابستگي خطي(بيشتر در مورد انواع سربي- اسيدي) كه بين تغيير چگالي اسيد و حالت شارژ باتري وجود دارد، براي تعيين حالت شارژ باتري بكار مي‌رود. اين روش تنها براي باتريهاي داراي الكتروليت مايع کاربرد دارد و براي اندازه‌گيري چگالي اسيد، با استفاده از حسگرهاي ويژه، قابل انجام است.
مشكلات ناشي از اين روش اندازه‌گيري، مربوط به لايه لايه شدن اسيد، كاهش آب اسيد، و همچنين عمر و توانايي سنسور مورد استفاده مي‌باشد. دو مشكل نخست با استفاده از هم زدن الكتروليت داخلي و نيز اضافه كردن آب مورد نياز به‌صورت خودكار مي‌تواند تا حدودي برطرف گردد. از طرف ديگر توجه به اين نكته اهميت دارد كه اندازه‌گيري خواص فيزيكي اسيد، درون سوراخ و منفذ الكترودها، كه محل مصرف و توليد اسيد است قابل انجام نيست. بنابراين در فرآيندهايي كه جريان بالا وجود دارد، انتشار الكتروليت به‌صورت آرام به عنوان يك عامل توليد خطا در اين روش عمل مي‌نمايد[4].
1-3-2 ولتاژ مدار باز
مشابه آنچه كه در مورد اندازه‌گيري چگالي اسيد در بخش قبل گفته شد، ولتاژ مدار باز باتري به‌صورت مستقيم با حالت شارژ آن بستگي دارد. در كاربردهايي كه عموماً دوره‌هاي طولاني از استراحت، يعني عدم شارژ و دشارژ باتري وجود دارد، روش ذكر شده پيشنهاد مي‌گردد. در اين‌صورت اندازه‌گيري ولتاژ مدار باز بيشتر براي تنظيم كردن روشهاي ديگر تخمين حالت شارژ بكار مي‌رود.
تفاوت بين ولتاژ مدار باز باتري هنگامي كه به‌طور كامل شارژ باشد، با هنگامي كه فرا‌شارژ شده باشد، ناچيز است و درنتيجه در هنگام فراشارژ، آزمون دچار خطا مي‌گردد. همچنين باتري‌هايي وجود دارند که ساعتهاي زيادي طول مي‌كشد به حالت ماندگار خود برسند، تا براي انجام آزمون ولتاژ مدار باز آماده شوند. اين ويژگي مي‌تواند باعث مشكلاتي گردد. علاوه بر آن، در اغـلـب كاربردها مقـداري جـريان به‌طور دائم بـراي ديگر وسايـل الكتريكي مـورد استفـاده لازم اسـت، كه در اين صورت آزمايش ولتاژ مدار باز براي تخمين حالت شارژ کارا نمي‌باشد.
وابستگي خطي حالت شارژ با ولتاژ مدار باز به‌صورت رابطه زير نشان داده مي‌شود:
(1-2)
كه در آن نشان دهنده حالت شارژ باتري برحسب درصد است، ولتاژ پايانه باتري هنگامي كه است و با استفاده از و اندازه گيري ولتاژ مدار باز در از معادله (1-2) قابل محاسبه است. از رابطه(1-2) براي محاسبه حالت شارژ با استفاده از تخمين ولتاژ مدار باز باتري با مدل تونن يا نورتن، در روشهاي كلاسيك تخمين مانند: فيلتر كالمن استفاده مي‌شود، كه در قسمت بعد به اين روش مي‌پردازيم[4].
1-3-3 شمارش آمپر ساعت
اين روش يكي از معمولي‌ترين روشها براي محاسبه حالت شارژ است. از آنجا كه شارژ و دشارژ بطور مستقيم به جريان باتري بستگي دارند، استفاده از جريان شارژ يا دشارژ براي اندازه‌گيري حالت شارژ باتري ايده‌اي معقول است. اگر از قبل بدانيم که چه مقدار انرژي در باتري وجود دارد، با استفاده از رابطه(1-1) که در زير تکرار مي‌گردد، به‌طور مستقيم حالت شارژ را مي‌توان بدست آورد:
(1-3)
كه در آن ظرفيت نامي، Ib جريان باتري و راندمان باتري است. همانگونه که مشخص است، روش ذكر شده داراي دو مشكل اساسي است، نخست آنكه اندازه‌گيري نادرست جريان مي‌تواند به خطاي زيادي منجر گردد، در عين حال كه اندازه‌گيري جريان دقيق گران تمام مي‌شود. دوم اينكه تمام جرياني كه باتري را تغذيه مي‌كند براي شارژ مصرف نمي‌گردد، در نتيجه تلفات بايد محاسبه گردد. مشكل نخست، با استفاده از صرف هزينه براي تهيه تجهيزات اندازه‌گيري دقيق جريان قابل رفع است و براي برطرف کردن مشکل دوم، يكي از ساده ترين روشها براي محاسبه جريان تلفاتي، به‌كاربردن ضريبي ثابت از جريان شارژ باتري در هر شارژ است. به اين معني كه تلفات را به‌صورت ثابت كه با ضريب مناسبي با جريان شارژ رابطه مستقيم دارد، در نظر بگيريم.
شمارش آمپرساعت يكي از معمولي ترين روشهاي اندازه‌گيري حالت شارژ است، كه براي بيشتر سيستمها و كاربردها بكار مي‌رود. اما روش ذكر شده مادامي كه اندازه‌گيري جريان به‌صورت دقيق انجام شود، روشي آسان و قابل اطمينان براي اندازه‌گيري حالت شارژ است. براي مثال در خودروهاي الكتريكي خالص روش به‌كار رفته اگر طوري باشد كه باز‌شارژهاي كامل به‌صورت منظم و تحت شرايط كنترل شده انجام گيرد، داراي مزيت است. در اين زمينه كاربرد روش ارائه شده داراي محدوديت است، زيرا هميشه مقدار شارژ اوليه باتري در دسترس نيست، اما از طرفي اين روش قابل اعمال به تمام سيستمهاي باتري كه در خودروهاي الكتريكي خالص به‌كار مي‌رود، مانند باتـري‌هاي سربي- اسيدي، نيكـل كادميوم، نيكل- متال- هيدريد و باتري‌هاي ليتيومي است[4].
1-3-4 تخمين با استفاده از منطق فازي
تحقيقات زيادي برروي طيف امپدانسي باتري انجام گرفته است. اين روش، تكنيكي عمومي براي اندازه‌گيري و بررسي فرآيندهاي الكتروشيميايي است و تا كنون برروي تمام انواع باتري، نه تنها براي تخمين حالت شارژ، بلكه براي تعيين حالت سلامتي باتري (SOH2) نيز، به‌كار رفته است[5,4].
همانگونه كه از تحقيقات تجربي بدست آمده است، امپدانس باتري در فركانسهاي مختلف موج تحريك سينوسي و همچنين بسته به مقدار حالت شارژ باتري، متفاوت است. اما از آنجاكه بدست آوردن رابطه‌اي رياضي، براي مشخص كردن حالت شارژ(SOC) از روي ويژگي‌هاي بدست آمده از طيف‌نمايي امپدانس كاري پيچيده‌است، بنابراين از منطق فازي براي ايجاد چنين رابطه‌اي استفاده مي‌گردد. دو روش براي بهينه‌سازي مدل فازي وجود دارد، كه عبارتند از: روش يادگيري تحت نظارت و يادگيري آزاد. به اين معني كه با تنظيم كردن توابع عضويت ورودي و خروجي، مدل سيستم فازي بهينه مي‌گردد. در حالت يادگيري تحت نظارت، مي‌توان با استفاده از پسخورخبره(Expertfeedback) يا شبكه عصبي، مانند الگوريتم پس انتشار، مدل فازي را بهينه كرد. ولي در حالت يادگيري آزاد، براي دسته‌بندي كردن فضاي ورودي و خروجي كه از آن، توابع عضويت و قواعد اوليه قابل استخراج باشد، مي‌توان از الگوريتم‌هايي چون خوشه‌سازي بهره گرفت[7,5].
با وجود آنـكه تحقيقات گسترده‌اي در اين روش انجام گرفته است، طيف‌نماي امپدانس به ندرت در عمل براي اندازه‌گيري حالت شارژ بكار مي‌رود. طبق تحقيقات انجام‌شده، مشخص شده‌است كه طيف‌نماي امپدانس حساسيت بسيار زيادي به دما دارد به‌طوريكه تنها در فركانسهاي بسيار بالا قابل استفاده است[3].
1-3-5 شبكه هاي عصبي مصنوعي
از آنجا كه شبكه‌هاي عصبي بين داده‌هاي ورودي و خروجي هر سيستمي، رابطه‌اي مشخص ايجاد مي‌كنند، بنابراين براي هر نوع باتري و هر نوع سيستمي مي‌توانند به‌کار ‌روند. در بعضي روشها براي تخمين حالت شارژ باتري با استفاده از شبكه‌هاي عصبي، شبكه قبل از استفاده، آموزش داده مي‌شود. در صورتيكه در بعضي روشهاي ديگر، شبكه به‌صورت وفقي و در حين كار باتري آموزش مي‌بيند. در روش آخر استفاده از ديگر روشهاي تخمين، براي توليد داده‌هاي آموزشي ضروري است. خطاي بوجود آمده در تخمين به نحو چشمگيري به داده‌هاي آموزشي و روش آموزشي مربوط است[12,11,10,9,8].
1-3-6 تخمين با استفاده از فيلتر کالمن
فيـلتر کالمن يکي از الگـوريتمهاي موفق تخمين است که بـراساس مدل گسسته فضاي حالت سيستم‌هاي ديناميکي، به‌صورت وفقي و با محاسبات برگشتي، قادر است حالتهاي دروني سيستم را که به‌صورت مستقيم قابل اندازه‌گيري نمي‌باشند، تخـمين بـزند. از ايـن‌روي در بسيـاري از تحقيقات، که برروي تخمين حـالت شارژ باتـري‌ها انـجام شده‌اسـت، از الگوريتم فيلتر کالمن بهره جسته‌اند[17,16,15,14,13].
در برخي از کارهاي انجام شده، از اين تخمينگر براي تخمين ولتاژ مدارباز باتري يا برخي پارامترهاي داخلي باتري که داراي رابطه‌اي مستقيم با حالت شارژ باتري هستند، استفاده شده‌است[14,13] .اما دربرخي ديگر با استفاده از حالت شارژ به‌عنوان يکي از متغيرهاي حالت مدل باتري، حالت شارژ به‌طور مستقيم، با استفاده از فيلتر کالمن توسعه يافته، تخمين زده مي‌شود[17,16,15,3]. يکي از مزاياي فيلتر کالمن، قابليت اعمال آن به هر نوع باتري است و از معايبش، حجم بالاي محاسباتي و همچنين طراحي مدلي خوب براي باتري استفاده شده، مي‌باشد.
1-4 کنترل حالت شارژ
در روشهاي سنتي كاركرد باتري‌ها، تنها از حدود مـشخص براي ولتاژ پايانه‌هاي باتري جهت حفاظت آن از اضافه شارژ و اضافه دشارژ آن استفاده مي‌شد که روشي ناکارآمد است و باعث تخريب و كاهش عمر باتري مي‌گردد[18,3].
در[20] از يك كنترل‌كننده فازي، با استفاده از دو مد دريافت و شارژ، براي كنترل حالت شارژ باتري استفاده شده است. در مد دريافت، كه داراي بازه زماني بسيار كوچكتري نسبت به مد شارژ است، ولتاژ مدارباز و همچنين جريان شارژ اندازه‌گيري مي‌‌شود و با استفاده از داده‌هاي به‌دست آمده، كنترل‌كننده فازي به كنترل حالت شارژ در مد شارژ مي‌پردازد. روش ارائه شده به دليل قطع‌كردن بار در مد دريافت، نياز به سوئيچ‌هاي اضافي و بيشتر شدن هزينه دارد و همچنين براي كاربرد در خودروهاي هيـبريد كه علاوه بر افزايـش هزينه، قطـع بار مي‌تواند موجب صدمه به مصرف‌كننده‌هاي الكتريكي باشد، مناسب به نظر نمي‌آيد.
در مرجع[21] از سيستم كنترلي براي كنترل يك ماژول هيجده تايي متشكل از دو شارژکننده، استفاده شده است كه شارژکننده اصلي براي شارژ كردن كل ماژول به‌كار مي‌رود، در صورتيكه شارژرکننده كمكي براي متوازن كردن حالت شارژ هر كدام از سلول‌ها استفاده مي‌گردد. در مرجع ذكر شده براي كنترل از روش شارژ جريان ثابت و براي تخمين حالت شارژ از روش شمارش آمپرساعت بهره گرفته شده‌است.

فصل دوم
منابع توليد پراکنده
2-1 بحران انرژي در جهان
آنچه اكنون به عنوان بزرگترين مشكل جهاني، بشر را تهديد مي كند، كمبود انرژي و آلودگي هوا بر اثر استفاده از سوخت هاي فسيلي است. براي رفع اين دو معضل بزرگ از مدتها پيش، پژوهشگران و دانشمندان مطالعه و تحقيق براي استفاده از انرژي هاي تجديد پذير و پاك را شروع كرده اند و اكنون كه دشواري هاي گراني و كمبود سوخت هاي فسيلي و حداقل در50 سال آينده، پايان يافتن اين قبيل سوخت ها، پيش بيني شده و شدت آلودگي هوا، كلان شهرهاي دنيا را بشدت تهديد مي كند، مسئولان كشورها نيز با اختصاص بودجه هاي سنگين، تمامي دانشگاهها و مراكز پژوهشي را تشويق به يافتن انرژي هاي جايگزين و كم مخاطره مي كنند .مي توان گفت، اكنون که دو مسئله به هم پيوسته انرژي و آلودگي هوا (محيط زيست)، به عنوان يك مشكل جهاني عظيم روز بروز تشديد مي شود و تا زماني كه راهكارهاي علمي و عملي براي آن پيدا نشود، انسان خاكي در مخاطره جدي قرار دارد. از گذشته هاي نه چندان دور، راه حل هايي براي توليد انرژي از منابع طبيعي مورد مطالعه قرار گرفته و عناصري مانند، آفتاب (نور خورشيد)، آب، باد و امواج اقيانوس ها مورد توجه قرار گرفته است و دانشمندان مي كوشند با استفاده از اين عناصر طبيعي، مشكل انرژي را حل كنند كه پي آمد آن، كاهش آلودگي هوا و محيط زيست سالم خواهد بود. استفاده از قايق ها و کشتي هاي بادباني و آسياب هاي بادي و آبي، استفاده وسيع از انرژي آفتاب در مقاصد گرمايش و سوزاندن چوب و امثالهم براي توليد حرارت، تعبيه بادگيريهاي طبيعي براي سرمايش اماکن مسکوني و بسياري موارد ديگر از جمله مثال هاي بارز استفاده انسان از منابع انرژي طبيبعي مي باشد. با گذشت زمان و در اثر رشد جوامع و پيچيده تر شدن صنعت و تکنولوژي، نياز بشر به منابع انرژي شدت يافت و کشف و بهره برداري وسيع منابع فسيلي را ناگزير نمود. در دنياي امروز انفجار جمعيت و ارتقاء سطح زندگي و رفاه انسان ها که نياز به منابع انرژي را بيش از پيش شدت بخشيده است از يک طرف و آسيب ها و تهديدات روز افزوني که استفاده بي رويه از انرژيهاي فسيلي به طبيعت و محيط زيست وارد کرده و مي کند از طرف ديگر، ادامه اين روند را غير ممکن ساخته است، بطوريکه شوک نفتي دهه هفتاد به عنوان يک نقطه گسسته، لزوم توجه به منابع جايگزين را بيش از پيش براي سياستگذاران انرژي کشور هاي صنعتي مطرح نموده است. لذا از آن زمان به بعد، بشر با نگاهي دوباره به خورشيد، باد، امواج و ساير منابع طبيعي پاک و لايزال) منابع توليد پراکنده (، سعي نموده است که وابستگي خود به منابع فسيلي را تا حد امکان کم نمايد.
2-2 منابع توليد پراکنده :
منظور از توليد پراکنده برق، واحدهاي توليدي کوچک(کمتر از يک مگاوات) است که نزديک مصرف کننده قرار دارند و مي توانند مستقلا يا متصل به شبکه سراسري، برق توليد نمايند.
اين نيروگاهها، بسته به مکان مورد استفاده مي توانند از انواع مختلف زير باشند: نيروگاه هاي خورشيدي، بادي، ژئوترمال(زمين گرمايي) و نيز نيروگاههاي که با استفاده از سوخت هاي فسيلي مثل گاز طبعيي کار مي کنند.
علاقمندي به استفاده از نيروگاههاي توليد پراکنده از سال 1973 شروع شد. علاوه بر آنچه گفته شد با توسعه استفاده از منابع انرژي تجديد پذير، نيروگاههاي توليد پراکنده براي مصرف کننده هاي کوچک که دور از شبکه سراسري برق قرار دارند مناسب گرديده است. علاوه بر اين، اين واحد- ها براي در فضا و زير آب و مصارف پزشکي کاربرد دارند، همچنين تقريبا بيش از يک ميليون روستاي پراکنده در جهان وجود دارد که امکان دسترسي به شبکه برق سراسري را ندارند و استفاده از توليد پراکنده بهترين راه رساندن برق به اين منطقه است.
2-3 فناوريهاي توليد پراکنده:
فناوريهاي زيادي براي توليد پراکنده ارائه شده و به کار گرفته شده و به کار گرفته شده اند، توان توليدي نيروگاههاي توليد پراکنده بسته به کاربرد آنها در دامنه ميلي وات تا مگاوات تغير مي يابد. تعدادي از اين فناوري ها در ذير آورده شده است.
1- سيستم هاي تبديل انرژي بادي به الکتريکي
2- نيروگاههاي فتوولتاييک
3- نيروگاههاي ژئوترمال
4- سيستم هاي تبديل انرژي موجي و جزر و مدي به الکتريکي
5- پيلهاي سوختي
6- سيستم هاي تبديل انرژي هاي خورشيدي-گرمايي-الکتريکي
7- ترموالکتريک
8- استفاده و بازيافت توده هاي زيست محيطي(بيومس)
9- ترميونيک
2-4- انرژي باد و نيروگاه بادي- سلول هاي خورشيدي و بررسي سيستم هاي فتوولتائيک(PV)
2-4-1 انرژي باد و نيروگاه بادي:
بي ترديد انرژي يکي از مهمترين عوامل پيشرفت و توسعه جوامع بشري است. انسان براي تغذيه، بهداشت و درمان، جابجايي، ساخت وساز، تفريح و اغلب فعاليت هاي حياتي خود به بيان ديگر براي زندگي وبقاء به توليد ومصرف انرژي وابسته است. پيش از کشف و به خدمت گيري منابع انرژي فسيلي، انسان عمدتا نياز خود را از منابعي تامين مي نمود که امروزه انرژي هاي تجديد پذير خوانده مي شوند روند پرشتاب استفاده از منابع انرژي تجديد پذير در چند سال گذشته و نيز برنامه هاي آتي کشور هاي صنعتي که در پي آنند تا سهم منابع تجديد پذير را در سبد انرژي خود بيشتر و بيشتر نمايند، گواه اين مدعاست. براي رويارويي با شرايط كنوني، مدتها است كه انرژي وزش باد، به عنوان جايگزيني خوب در نظر گرفته شده و فكر پژوهشگران را به خود مشغول داشته است. از انرژي باد در ادوار گذشته. در برخي از كشورها به طريق مختلف استفاده مي شده و نمونه ساده آن استفاده از آسيابهاي بادي است. نكته حائز اهميت اينكه در گذشته هيچ محاسبه يا برآوردي در خصوص مقدار انرژي باد انجام نشده است .براساس پژوهش ها، حدود نيم درصد از انرژي تابشي خورشيد زماني كه به زمين مي رسد، به صورت باد تبديل به انرژي جنبشي مي شود و در هر مترمكعب از هواي متحرك در بالاي سطح زمين حدود1/7 وات انرژي وجود دارد. در اندازه هاي كوچك- اين انرژي به گونه متمركز و بصورت جريان هاي شديد هواست ولي براي استفاده بسيار زياد، بيشترين انرژي بادها در ارتفاعات بالا قرار دارد، به طوري كه دانشمندان دريافته اند دو سوم كل انرژي باد بالاتر از لايه تروپوسفر و دور از دسترس ما قرار دارد.
2-4-2 تار يخچه استفاده از انرژي باد
بشر از زمانهاي بسيار دور به نيروي لايزال باد پي برده بود. آسيابها و کشتي هاي بادي که هزاران سال قبل معمول بود، گوياي اين امر است. طبق اسناد و مدارک موجود، اولين کرجي که با نيروي باد کار مي کرد، توسط مصريان ساخته شد و اولين آسياب بادي با محور قائم براي آرد کردن غلات، 200 سال قبل از ميلاد مسيح توسط ايرانيان بنا گرديد. هم اکنون تعدادي آسياب بادي در روستاهاي بين خواف و تايباد وجود دارد که به کار مشغولند. آسياب هاي بادي اوليه داراي محور قائم بودند، بعد از مدتي آسياب هاي بادي با محور افقي و پروانه هاي سه گوش باد بزني معمول گشت. هنوز هم نمونه هايي از اين آسياب‌ها را مي توان در نواحي مديترانه پيدا کرد. در قرن يازدهم ميلادي در خاورميانه از آسياب هاي بادي استفاده هاي گوناگوني مي‌شد. آسياب هاي بادي در قرن سيزدهم ميلادي به کشورهاي اروپايي راه يافت. نصب بادبان به يک محور مرکزي که با استفاده از نيروي باد، توليد نيروي چرخشي مي کرد، بعد از انجام گرفت و بشر به وسيله آن توانست نيروي لازم را براي آبکشي به منظور آبياري، آرد کردن غلات و سرانجام اره کردن چوب به دست آورد.
خشکي‌ها زمين نسبت به درياها زودتر گرم و زودتر سرد مي‌شوند. در مناطق گرمسير، تابش نور خورشيد سبب افزايش حرارت محيط مي گردد و در مناطق قطبي افت درجه حرارت بوجود مي- آيد .اتمسفر بوسيله چرخش زمين حول محور PP’ خود که از قطبين زمين عبور مي كند، و همچنين در عرض هاي مختلف كره زمين موجب تغييراتي در فشار و دماي هوا مي شود و گرما را از مناطق گرمسير به مناطق قطبي انتقال مي دهد .در مقياس جهاني، اين جريانات اتمسفري به صورت يك عامل مهم انتقال گرما عمل مي نمايد. اين تفاوت دماي جهاني موجب به وجود آمدن يک سيستم جهاني تبادل حرارتي خواهد شد که از سطح زمين تا هوا کره، که مانند يک سقف مصنوعي عمل مي‌کند. (شکل 2-1)
شکل 2-1 عامل بوجود آمدن باد
بيشتر انرژي که در حرکت باد وجود دارد را مي‌توان در سطوح بالاي جو پيدا کرد جايي که سرعت مداوم باد به بيش از ??? کيلومتر در ساعت مي‌رسد و سرانجام باد انرژي خود را در اثر اصطکاک با سطح زمين و جو از دست مي‌دهد. بادها



قیمت: تومان


پاسخ دهید