توصيفگر ها :
سيستم تركيبي , پنل فتوولتائيك_حرارتي , سيستم ذخيره‌سازي انرژي , سلول سوختي , الكترولايزر , بهينه‌سازي , ترنسيس
چكيده فارسي :
در دهه‌هاي اخير باتوجه به محدوديت منابع انرژي فسيلي، آلودگي ناشي از آن‌ها، هزينه سوخت‌هاي فسيلي و الكتريسيته كه داراي نرخ فزاينده‌اي هستند؛ پژوهش‌هاي متعددي براي استفاده از ساير منابع انرژي و كاهش هزينه انجام شده است. يكي از اين راه‌هاي نوين استفاده از منبع بزرگ انرژي تجديدپذير و در دسترس همچون خورشيد است. سيستم‌هاي چندمنظوره خورشيدي جهت تأمين بارهاي حرارتي ساختمان با كاربري‌‌هاي مختلف از اهميت بالايي برخوردار هستند كه در اين راستا مفهوم ساختمان‌هاي انرژي صفر اخيراً به طور فزاينده در بخش ساختمان، در سطح جهاني براي كاهش مصرف انرژي و انتشار كربن معرفي شده است. در اين پژوهش بار گرمايش، سرمايش و الكتريكي ساختمان‌هاي مسكوني با مساحت‌هاي 109، 167 و 222 متر مربعي در شرايط آب و هوايي مختلف ايران و براي چهار شهر رامسر، تهران، اصفهان و بندرعباس با استفاده از نرم‌افزار ترنسيس (شبيه‌سازي سيستم‌هاي گذرا) كه يك ابزار قدرتمند و واقعي مي‌باشد، مدل‌سازي شده است و هدف، تأمين انرژي مورد نياز توسط دو سيستم توليد و ذخيره انرژي خورشيدي براي مقايسه عملكرد فني و اقتصادي مي‌باشد. سيستم گرمايش و سرمايش فضا متشكل از پمپ حرارتي هوا به هوا و مخزن ذخيره آب گرم جهت آب گرم مصرفي است. همچنين بلوك توليد و ذخيره توان در سيستم اول متشكل از پنل فتوولتائيك-حرارتي، اينورتر متصل به شبكه و باتري و سيستم دوم شامل پنل فتوولتائيك-حرارتي، اينورتر متصل به شبكه، الكترولايزر، مخزن ذخيره‌سازي هيدروژن و سلول سوختي است. عملكرد هر يك از سيستم‌ها در طول سال جهت تأمين بار گرمايش، سرمايش و الكتريكي مورد بررسي قرار گرفته است؛ سپس بهينه‌سازي چند هدفه با اهداف كاهش كل هزينه خالص فعلي و بار الكتريكي تأمين نشده براي 20 سال بر روي دو سيستم پيشنهادي در شرايط آب و هوايي مختلف ايران همراه با يكسري محدوديت‌هاي طراحي با در نظر گرفتن متغيرهاي تصميم گيري همچون تعداد پنل‌هاي فتوولتائيك حرارتي، زاويه پنل‌ها، تعداد باتري و ظرفيت اينورتر براي سيستم اول و همچنين تعداد پنل فتوولتائيك حرارتي، زاويه پنل‌ها، ظرفيت اينورتر، ظرفيت الكترولايزر (تعداد سلول‌هاي الكترولايزر)، ظرفيت سلول سوختي (تعداد سلول‌هاي سلول سوختي) و حجم مخرن ذخيره‌سازي هيدروژن براي سيستم دوم پياده سازي شده است و نتايج در قالب مرزهاي پارتو همراه با مشخصات گزينه‌هاي بهينه به دست آمده، ارائه شده است. با مقايسه مرزهاي پارتو مي‌توان بهترين سيستم را براي ساختمان و شرايط آب و هوايي مورد نظر انتخاب كنيم. در نهايت، گزينه‌هاي نهايي با در نظر گرفتن دو تابع هدف براي سيستم بهينه پيشنهاد شده است كه باتوجه به اهداف مد نظر بهترين گزينه قابل انتخاب و اجرا است.
چكيده انگليسي :
In recent years, due to the energy crisis, the limitation of fossil fuels, the pollution caused by them, and the increasing cost of fossil fuels and electricity,the annual cost of heating and cooling the spaces has reached high levels. Therefore, new methods are being used to reduce costs and make them more affordable for people. One of these methods is the utilizatin of renewable and readily available energy sources, such as solar energy. Multi-purpose solar systems play a crucial role in meeting the thermal needs of buildings for various purposes. In line with this, the concept of zero energy buildings has gained significant attention in the global building sector to reduce energy consumption and carbon emissions. This research focuses on the heating, cooling, and electrical load requirements of residential buildings with areas of 109, 167, and 223 square meters in different weather conditions across Iran. The cities of Ramsar, Tehran, Isfahan, and Bandar Abbas are specially studied using TRNSYS software, which simulates transient system behavior. Two heating, cooling, and combined power generation systems based on solar energy are considered. The first system consists of a thermal photovoltaic panel and a hot water storage tank, while the second system includes an air-to-air heat pump, a power block, an inverter connected to the grid, a battery, an electrolyzer, a hydrogen tank, and a fuel cell. The design and performance of these systems are reviewed throughout the year to meet the heating, cooling, and electrical load demands. Then, multi-objective optimization is performed to reduce the total current net cost and unsupplied load for 20 years on the two proposed systems in different climatic conditions of Iran. This optimization takes into account a series of real limitations and considers decision variables such as the number of thermal photovoltaic panels, angle of panels, number of batteries, and inverter capacity for the first system. Additionally, the number of thermal photovoltaic panels, angle of the panels, fuel cell capacity (number of fuel cell cells), and hydrogen storage volume are considered for the second system. The results are presented in the majority of the Pareto frontiers, along with the specifications of the obtained optimal options. By comparing the Pareto boundaries, the best system can be chosen for the desired building and weather conditions. Finally, the final options are proposed by considering two objective functions for the optimal system, which can be chosen based on the goals and performance requirements.
