بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، تاثیر ثابت خورشیدی بر برآورد میانگین مقدار کل ماهانه تابش خورشیدی در شهرهای کرمان، یزد و زاهدان مورد بررسی قرار داده شده است. برای این منظور از دادههای اندازهگیری شده مربوط به مقدار کل تابش خورشیدی و همچنین مشخصات جغرافیایی و آب و هوایی که توسط سازمان هواشناسی ایران تهیه شده استفاده گردید. مطالعات نشان داده میانگین ماهیانه مقدار کل تابش خورشیدی بر روی یک سطح افقی به عوامل نجومی، هندسی، جغرافیایی و هواشناسی آن منطقه ارتباط دارد.
در این پژوهش برای برآورد مقدار تابش خورشیدی از دو مدل استفاده شده است، مدل خطی - 1 - انگستروم که پارامتر تاثیر گذار مستقل موثر آن، نسبت تعداد واقعی ساعات آفتابی به طول روز و مدل خطی - 2 - دیگری که پارامتر تاثیر گذار مستقل موثر آن، سینوس زاویه میل خورشید است، استفاده شد.
بر اساس نتایجی که از نرم افزار متلب بدست آمد، مدل خطی - - 2 نتایج بهتر و دقیقتری نسبت به مدل خطی - 1 - انگستروم دارد . همچنین نتایج حاصله نشان داد که ثابت خورشیدی تاثیر زیادی بر روی میانگین مقدار کل ماهیانه تابش خورشیدی ندارد، اما با این وجود از نتایج مدل - 2 - میتوان گفت بهترین مقدار ثابت خورشیدی برای شهرهای کرمان و زاهدان 1366/1 و بهترین ثابت خورشیدی برای شهر یزد 1353 بوده است.
-1 مقدمه
با پیشرفت روز افزون علم و افزایش جمعیت جهان نیاز به انرژی افزایش یافته، که از مهمترین منابع انرژی جهان میتوان به سوختهای فسیلی اشاره کرد . این سوختها خود مشکلاتی از جمله آلودگی محیط زیست و محدود بودن منابع را به همراه دارد. از مهمترین راهکارهای غلبه با این مشکلات میتوان به مدیریت مصرف انرژی و استفاده از راه کارهای بهینهسازی از جمله استفاده از سیستمهای تولید همزمان اشاره کرد[1] و یا به فکر جایگزینی انرژیهای تجدیدپذیر، که در راس آنها انرژی خورشیدی است، بود.
امروزه مطالعات زیادی بر روی انرژی خورشیدی شده است، که از مهمترین اقدامات در این زمینه میتوان به برآورد مقدار کل تابش خورشیدی اشاره کرد . برآورد مقدار کل انرژی تابشی دریافتی بر روی یک سطح افقی به عوامل زیادی از جمله عوامل نجومی، هندسی، جغرافیایی و هواشناسی بستگی دارد، که برای بهبود هرچه بهتر برآورد مقدار کل انرژی تابشی دریافتی، تاثیر هر کدام از این عوامل را باید مورد بررسی قرار داد.
رابطه انگستروم[2] نخستین رابطه در برآورد مقدار تابش خورشید است، که در این رابطه مقدار کل تابش خورشیدی با نسبت واقعی ساعات آفتابی به طول روز مرتبط است. پرسکات[3] وبعدها پیج [4] رابطه اصلاح شده انگستروم را ارایه کردند. این روابط هنوز هم در سطح وسیعی برای برآورد تابش خورشیدی بکار میروند. میزان تابش خورشیدی در سطح جهان به صورت یک نواخت توزیع نیافته به همین خاطر تلاش بسیاری برای پیدا کردن رابطه عمومی که در تمام نقاط جهان[5] کاربرد داشته باشد انجام گرفته است. که از نتایج آنها میتوان به برآورد میزان تابش خورشیدی با بکارگیری زاویه میل خورشید و عرض جغرافیایی نام برد.
از دیگر پارامترهایی تاثیرگذار بر روی میانگین ماهیانه کل تابش خورشیدی میتوان به برآورد مقدار تابش خورشیدی بالای جو اشاره کرد. این پارامتر خود متاثر از عوامل آب و هوایی و نجومی بوده. ازجمله عوامل آب و هوایی میتوان به عرض جغرافیایی اشاره کرد که برای یک منطقه تغییر ناپذیر بوده و از عوامل نجومی میتوان به ثابت خورشیدی اشاره کرد که مقدار آن به طور دقیق مشخص نیست. اگر چه انجمن آمریکایی آزمون و مواد [6] - ASTM - مقدار به روز شده ثابت خورشیدی را 1366/1 معرفی کرده . اما این مقدار بسته به شرایط اقلیمی و جغرافیایی محل متفاوت بوده. امروزه 7 ثابت برای کل جهان وجود دارد که مورد تایید پژوهشگران است.
صفاری پور و مهرابیان [7] با در نظر گرفتن ثابتخورشیدی1367 به بررسی تاثیر عوامل نجومی، هندسی، جغرافیایی و هواشناسی بر میزان تابش خورشیدی دریافتی در شهر کرمان پرداختند، که سینوس زاویه میل خورشید را تاثیر گذار ترین پارامتر و نسبت ساعات آفتابی به طول روز را بی تاثیر ترین پارامتر معرفی کردند.
صفاری پور و مهرابیان در پژوهشی دیگر [8] با در نظر گرفتن همان ثابتخورشیدیبه بررسی تاثیر عوامل نجومی، هندسی، جغرافیایی و هواشناسی بر میزان تابش خورشیدی در شهر یزد پرداختند، و با ارایه یک مدل هفت پارامتری شدت تابش کلی روزانه را با دقت زیادی پیشبینی نمودند.
بهرنگ و همکاران [9] با در نظر گرفتن همان ثابتخورشیدیبه بر آورد کل انرژی خورشیدی برای 17 شهر ایران از جمله کرمان و زاهدان پرداختند. که در این پژوهش 11 رابطه ارایه شده که با استفاده از روشهای آماری بهترین رابطه برای هر شهر را مشخص کردند.
معینی و همکاران [10] با در نظر گرفتن ثابتخورشیدی1373به برآورد کل انرژی خورشیدی و مقایسه آن با مقادیر اندازه-گیری شده پیرانومتری، پرداختند. آنها بیان داشتند زمانیکهمیزانتابششهریزددردسترسنباشد از معادله انگستروم استفاده شود. همچنین جوادی و معینی[11] با این مقدار ثابت خورشیدی به برآورد کل انرژی خورشید برای 21 شهر ایران پرداختند.
السباییوهمکاران[12] با استفاده از مقدار بهینه ثابت خورشیدی 1353 به تعیین مقدار تابش خورشیدی در عربستان صعودی پرداختند.
لی و همکاران [13] با استفاده از 7 ثابت خورشیدی موجود در جهان و بکارگیری از رابطه انگستروم بهترین ثابتها را برای شهرهای چین تعیین کردند.
در مقاله حاضر از مدلهای خطی با پارامترهای تاثیر گذار متفاوت استفاده شده که عبارتند از: مدل - 1 - انگستروم، که در این رابطه نسبت ساعات آفتابی به طول روز پارامتر مستقل تاثیرگذار، و مدل - 2 - که سینوس زاویه میل طلوع خورشید پارامتر مستقل تاثیر گذار آن بوده استفاده شده است. هدف از این مقاله معرفی بهترین مدل در بین مدلهای ارایه شده و همچنین تعیین بهترین ثابت خورشیدی در شهرهای کرمان، یزد و زاهدان بوده است.
-2 دادههای تجربی و هواشناسی
برای تحلیل روابط ارایه شده اطلاعات هواشناسی شهرهای کرمان، یزد و زاهدان در دوره دراز مدت از سازمان هواشناسی ایران - IRIMO - دریافت شده است. همچنین پس ازحذف اطلاعاتی که خارج از محدوده استاندارد بودهاند - مقادیری از تابش کل که از تابش فرا جو بیشتربودند - ،باقیمانده اطلاعات هواشناسی را مورد مطالعه قرار داده شد. از مهمترین دادههای هواشناسی میتوان به ساعات آفتابی وتابش کل انرژی خورشیدی بر روی زمین نام برد، که به ترتیب توسط دستگاه های آفتاب نگارمدل کمبال-استوکس وپیرانومترهایمدل CM1وCM5 مستقردرایستگاههای هواشناسی اندازهگیری شده اند، نام برد. همچنین مشخصات جغرافیایی شهرهای مورد مطالعه در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول 1 مشخصات جغرافیای شهرها
-3 عوامل موثر بر مقدار تابش خورشیدی دریافتی
میانگین ماهانه مقدار کل تابش خورشیدی بر روی سطح زمین به عوامل مختلفی وابسته است که با تغییر این عوامل شدت دریافتی تابش خورشیدی نیز تغییر خواهد کرد که آنها را میتوان به عوامل هندسی ،نجومی، آب وهوایی، جغرافیاییوفیزیکی تقسیم نمود. در این پژوهش به تاثیر عوامل آب و هوایی و نجومی که پارامترهای مستقل موثر آنها به ترتیب نسبت ساعات آفتابی به طول روز که در مدل - 1 - و زاویه میل خورشید در مدل - - 2 استفاده شده، نیز توجه شده است. البته قابل ذکر است که ثابت خورشیدی خود پارامتری از عامل نجومی بوده که تاثیر این پارامتر را در تمامی روابط حاکم در این پژوهش اعمال و ارزیابی شده است. مدلهای خطی ارایه شده این پژوهش در جدول 2 نشان داده شده است.
