بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، شیب بهینه نصب پنلهاي فتوولتاییک براي شهر مشهد با عرض جغرافیاییهک1فککهدرجه شمالی،هبراساس مدل ریاضی Liu & Jordanهو به کمک دادههاي تابش اداره هواشناسی مشهد به دست آمد. نتایجهنشان داد در شهر مشهد، نصب پنل خورشیدي با زاویهي ثابت هکهدرجه رو به جنوبهباعث می شود میزان تابش دریافتی سالیانه از خورشید، سهدرصد نسبت به تابش افقی افزایش یابد. با تغییر فصلیهشیب پنل - چهبار در سال - ، این افزایش به 11درصده خواهد رسید که در این حالت تقریباً بیشترین میزان تابش ممکن جذب خواهد شد.
واژههاي کلیدي:هانرژيهخورشیدي،هپنل فتوولتاییک، شدت تابش، شیبهه
مقدمه
انرژي، مهمترین رکن توسعه و پیشرفت بشري در همههزمینه ها از صنعت گرفته تا کشاورزي و حمل و نقل می باشد. در میان انواع مختلف انرژي، انرژي خورشید، یکی از منابع تأمین انرژي رایگان، پاك و عاري از اثرات مخرب زیست محیطی است که از مهمترین کاربردهاي آن می توان به تولید الکتریسیته به کمک سیستم هاي فتوولتاییک اشاره نمود. سیستم هاي فتوولتاییک به سبب داشتن مزایاي بیشمار، به سرعت رو به گسترش هستند و روز به روز نقش مهمتري در تکنولوژي منابع تولید توان الکتریکی بازي می کنند. البته این سیستم ها علاوه بر مزایاي فراوان داراي دو محدودیت اساسیهمی باشند: یکی بالا بودن هزینه و قیمت تجهیزات موردهاستفاده و دیگري پایین بودن راندمان آن ها. شدت تابش خورشید، یکی از مهمترین عوامل تعیین کننده بازده سیستم هاي فتوولتاییک می باشد.
کرهي زمین انرژي خورشید را به صورت تابش خورشیدي دریافت می کند. به طور کلی میزان انرژي تابشی خورشید به دو عامل اصلی وابسته است: الفبهزمان: ساعت، روز، روزسال - فصل - ببهمکان: عرض جغرافیایی. علاوه بر این نوع پوشش زمین و شرایط ابرناکی آسمان نیز بر میزان انرژي تابشی دریافتی از خورشید تأثیر دارند. بیشترین انرژي تابشی از خورشید زمانی حاصل می شود که پرتوهاي خورشید به طور عمودي به سطح مورد نظر بتابند. از آنجایی که خورشید همیشه در آسمان در حال حرکت است و هر روز مسیر متفاوتی را می پیماید و به علت تفاوت در زاویه تابش در هر منطقه طیهروز و در روزهايهمختلف سال، براي دریافت بیشترین انرژي تابشی مجبور به تغییر شیب و جهت دریافت کننده هاي خورشیدي از جمله پنل هاي فتوولتاییک هستیم. البته در برخی موارد از سیستم هاي ردیاب خورشیدي براي تعقیب کردن لحظه اي مسیر خورشید استفاده می شود که این روش به دلیل معایب و محدودیت هایی، همواره عملی نیست. راهکار جایگزین،هاستفاده از شیب و جهت بهینه براي نصب پنل هاست که مقدار آن در مناطق مختلف و در بازه هاي گوناگون سال متغیر می باشد. البته براي پنلهاي ثابت در مقایسه با پنلهاي ردیاب که بیشینههتشعشع خورشیدهرا ردگیري مینمایند، جهت عمومیهجنوبی در نیمکره شمالی،همنطقیهترینه جهت به منظور جمع آوري تشعشعات خورشیدي است.پیش از این تحقیقات گسترده اي براي تعیین شیب بهینه دریافت کننده هاي خورشیدي، در نقاط گوناگون دنیا انجام شده که در تمام این تحقیقات مقدار شیب بهینههبه صورت تابعی از عرض جغرافیایی مکان مورد مطالعه گزارش شده است - از قبیله طالبیهزاده و همکاران، 1شک1؛ راشنگ و تانگ، چههخ؛ حسینهو همکاران، چههخ؛ اولگن، کههخ؛ مقدم و همکاران، 11هخطههدر تحقیقی که در سال 11هخهصورت گرفته است، لوبیتزهنشان داد که در شرایط آب و هوایی مناسب، براي عرضهاي جغرافیایی کمتر از لکدرجه،ه زاویه شیب بهینه سالیانه تقریباً شفههعرض جغرافیایی محل می باشد. در برخی مناطق بهتر است زاویه شیب تعیین شده در تمام طول سال ثابت باشد اما گاهی اوقات براي دستیابی به راندمان بیشتر، می توان زاویه شیب را چندین بارهدر سال تغییر داد.هطی تحقیقی در بررسی ماهههاي مختلف سال، روابطی براي تعیین شیب بهینه برحسب عرض جغرافیایی پیشنهاد شد
. - Nijegorodov, 1997 - در سال 1شک1هطالبی زاده و همکاران،هروابط ارائه شده توسط اینهمحقق را براي شهرهاي واقع در عرض جغرافیایی بین هخهتا هچهدرجه شمالی بررسیهنموده و روابط مناسب تري را پیشنهاد نمودند که در جدول 1هاین مقادیر با هم مقایسه شده اند.
بررسی هاي عبدل زاده و همکاران - چسک - 1 در شهرکرمان، نشان داد که مقادیر انرژي دریافتی از خورشید در یک سال به ترتیب با استفاده از زوایاي بهینه مربوط به ماه، فصل و سال، در مقایسه با مقادیر انرژي دریافتی از خورشید در یک سال روي سطح افق، چ1لا، شفل1لاهوهککفشلاهافزایش یافته است. همچنین آزمایشاتی که توسط مقدم و همکاران 11 - هخ - در شهرهاي زاهدان و بندرعباس صورت گرفت حاکی از آن است که اگر زاویه شیب بهینه تنها دو بار در سال تنظیم شود، نسبت به حالتی که سیستم درطول سال ثابت است، سلاهانرژي بیشتري دریافت می شود. شیب ثابت سالیانه براي کشور سوریه با عرض جغرافیایی درجه شمالی، کلفهکهدرجه پیشنهاد شده است، نتایج بررسی ها روي عملکرد کلکتورهاي خورشیدي درهاین کشور نشان داد در مقایسه با کلکتورهایی که دریکه سطح کاملاً افقی به طور ثابت نصب می شوند، استفاده از شیب بهینه کلکتور به صورت ماهیانه، فصلی و سالیانه به ترتیب سخلا، کخلاهو ک1لاهافزایش در میزان انرژي دریافتی از خورشید را به همراه دارد . - Sheiker, 2009 -
آزمایشات صورت گرفته در شهر مدینه نیز نشان داد در صورت تنظیم شیب پنلهاي خورشیدي به صورت ماهیانه، در مقایسه با حالتی که درطول سال ازهیک شیب ثابت استفاده شود، سلاهانرژي بیشتري از خورشید به دست می آیده - . - Benghanem, 2011
باتوجه به اینکه میزان تابش خورشیدي به مقدار زیادي تابع موقعیت جغرافیایی و شرایط آب و هوایی محل می باشد، لازم است چنین مطالعاتی در هر منطقه به طور مجزا صورت گیرد. لذا در این مقاله شیب بهینه نصب پنل هاي خورشیدي براي شهر مشهد با عرض جغرافیایی ک1فککهدرجه شمالی، براساس یک مدل ریاضی محاسبه شده است.
