بخشی از مقاله
چکیده:
انرژی خورشیدی یکی از بهترین نوع انرژیهای تجدید پذیر میباشد. ولی تابش خورشید در همه جای کره زمین ثابت نیست و همچنین با تغیرات زمانی - ساعت، روز، ماه و سال - نیز این تابش تغییر میکند. برای استفاده حداکثری از انرژی خورشید باید تحلیل درستی از مسیر حرکت خورشید داشت تا بتوان شیب، جهت و مسائل مربوط به سایهاندازی را در پنل ها بدرستی تحلیل کرد. همانطور که در این مقاله بررسی میشود میزان شیب متوسط پنلها برای نصب با میزان عرض جغرافیایی مکان نصب آنها برابر است و جهت نصب پنلها در ایران به سمت جنوب می باشد.
در ضمن میزان تغیرات اندک شیب میانگین، تاثیر زیادی بر توان دریافتی از خورشید ندارد. زیرا زمانی که شیب نصب پنلها را از شیب بهینه 30 درجه به 45 درجه برسانیم میزان افت توان دریافتی 7 درصد میشود. تغییرات اندک جهت یا سمت نصب پنلها نیز تاثیر زیادی بر روی توان دریافتی ندارد زیرا اگر سمت نصب را از 175 درجه بهینه به 150 درجه برسانیم میزان افت توان باز 7 درصد میباشد. میزان فاصله پنلها از یکدیگر یا موانع جلویی نیز با عرض جغرافیایی متناسب است و در ادامه بررسی میشود که هر چقدر عرض جغرافیایی بیشتر باشد فاصله پنلها از یکدیگر نیز باید بیشتر باشد و بالعکس.
واژگان کلیدی: شیب بهینه پنل خورشیدی، تحلیل زاویه شیب و سمت پنل خورشیدی، خط سیر خورشید، تحلیل سایه، شیب نصب پنل خورشیدی.
-1 مقدمه
امروزه آلودگی محیط زیست یکی از بزرگترین مشکلات انسان ها می باشد که برای رفع این مشکل باید از منابع انرژی فاقد آلودگی یا با آلودگی کم استفاده کرد. در حال حاضر بهترین راه، استفاده از انرژی های تجدید پذیر می باشد. انرژی های تجدید پذیر با تولید حداقل آلودگی می توانند انرژی زیادی تولید کنند.انرژی خورشیدی یکی از انواع انرژی های تجدید پذیر می باشد. استفاده از پنل ها و کلکتورهای خورشیدی مزایای فراوانی از جمله کاهش آلودگی هوا، قابلیت تولید پراکنده انرژی، فراوانی، نداشتن آلودگی صوتی، تعمیر و نگه داری کم و ... دارد. این سیستم ها قابلیت نصب در تمام نقاط کره زمین را دارند و می توان گفت به همین دلیل هم می باشد که استفاده از این سیستم ها روز به روز در حال افزایش می باشد. البته باید این نکته را در نظر داشت که خورشید در همه جای کره زمین وجود دارد ولی تابش خورشید وابسته به موقعیت جغرافیایی، زاویه نسبت به خورشید و ساعات روز تفاوت دارد. در هنگام نصب پنل خورشیدی باید زاویه پنل نسب به خورشید به گونه ای باشد که حداکثر تابش خورشید را جذب کند.
-2 تحلیل مسیر حرکت خورشید
خورشید در هر زمانی از روز و ماه یا سال در یک مکان مشخص قرار دارد. تحلیل مسیر حرکت خورشید و موقعیت خورشید در آسمان در طول سال برای تحلیل سایه، مکان مناسب برای نصب، شیب پنل ها و جهت مناسب نصب به ما کمک می کند. مکان خورشید در هر نقطه از زمین و در هر زمانی با دو زاویه سمت نجومی - Azimuth - و ارتفاع - Altitude - خورشید، قابل تشخیص است - شکل . - 1 زاویه سمت نجومی خورشید برای مشخص کردن خط سیر خورشید نسبت به یک نقطه مشخص بر روی زمین است. بعنوان نمونه اگر زاویه جنوب را 180 درجه در نظر بگیریم ، زاویه شمال 0 درجه، زاویه شرق 90 درجه و زاویه غرب 270 درجه می باشد.[1]زاویه ارتفاع خورشید برای ارزیابی ارتفاع خورشید می باشد. در زمانهای طلوع و غروب خورشید زاویه ارتفاع خورشید صفر است و اگر خورشید درست در بالای سر ما قرار داشته باشد این زاویه 90درجه است.
مثلاً خورشید در خط استوا در اعتدالین - فصل پاییز و بهار - ، در مدار راس السرطان در انقلاب تابستانی و در مدار راس الجدی در انقلاب زمستانی در ظهر دقاًی بالای سر قرار می گیرد.تغییرات مسیر حرکت خورشید در بین انقلاب تابستانی و زمستانی برای یکمکان مشخص را اصطلاحاً پنجره خورشیدی می گوییم. البته اصطلاحات دیگری نیز در بین مردم رایج است مانند روبه قبله یا خورشید که همه از نظر مفهومی یکی هستند - شکل . - 2 پنجره خورشیدی در نیمکره شمالی بسمت جنوب، در نیمکره جنوبی بسمت شمال و در خط استوا به سمت بالا می باشد. بدلیل اینکه کشور ایران در نیمکره شمالی زمین قرار دارد پس پنجره خورشیدی ایران به سمت جنوب می باشد. باید این نکته را نیز یادآور شد که حداکثر اختلاف زاویه ارتفاع خورشید در یک مکان برابر 47 درجه می باشد.[1]
نمودار مکانی خورشید یک نمودار گرافیکی از ارتفاع و سمت نجومی خورشید در مکان و روزهای مشخصی از سال می باشد. این نمودار برای مشخص کردن مسیر حرکت خورشید در آسمان برای هر عرض جغرافیایی و هر زمانی از روز، ماه یا سال مناسب است. از این نمودار برای ارزیابی اثرات سایه و شیب بهینه بر روی آرایه PV یا هر سیستم خورشیدی دیگری استفاده می کنیم.در شکل 3 نمودار مکانی خورشید برای شهر اصفهان نشان داده شده است.[2] همانگونه که مشخص است این نمودار مکان خورشید را در ماه های متفاوت سال نمایش می دهد. روزهای 1 دی 21 - دسامبر - و 1 تیر 21 - ژوئن - حد حرکتی خورش ید هستند. در بقیه ماه های سال مسیر حرکت خورشید بین این دو مکان تغییر می کند. و همانطور که می دانیم خورشید از طرف شرق طلوع می کند و از طرف غرب، غروب می کند پس زاویه شرق را 90 درجه و زاویه غرب را 270 درجه در نظر می گیریم.
در اولین روز زمستان 1 - دی - ، بیشترین زاویه ارتفاع خورشید در ظهر و حدود 34 درجه می باشد. این کمترین زاویه ارتفاع خورشید در طول سال برای شهر اصفهان است. زمان طلوع خورشید در این روز حدود 7 صبح و غروب خورشید حدود 5 بعد از ظهر می باشد. همچنین در اولین روز تابستان 1 - تیر - ، بیشترین زاویه ارتفاع خورشید در ظهر و حدود 82 درجه می باشد. این بیشترین زاویه ارتفاع خورشید در طول سال برای شهر اصفهان است. زمان طلوع خورشید در این روز حدود 5 صبح و غروب خورشید حدود 7 بعد از ظهر می باشد - البته در ایران ساعت تابستانی یک ساعت به جلو می رود - . سمت نجومی خورشید در این روز از 60 درجه شروع - شمال شرقی نزدیک به شرق - و به 300 درجه - شمال غربی نزدیک به غرب - ختم می شود.
