بخشی از مقاله
چکیده:
یکی از پارامترهای تاثیر گذار بر ارتقا عملکرد پنلهای خورشیدی، دانستن زاویه شیب بهینه آن به منظور داشتن بیشترین انرژی ماهیانه، فصلی و سالانه میباشد. در حقیقت، تغییرات زاویه شیب بر مقدار تابش خورشیدی که به سطح پنلها میرسد بسیار موثر است. در این مطالعه با استفاده از یک مدل ریاضی میزان تابش خورشیدی فرودی بر سطح یک پنل شیب دار تخمین زده شده است و بعلاوه بر اساس آن، زاویه شیب بهینه و جهتگیری - زاویه آزیموت - پنل خورشیدی در عرض جغرافیایی 29 درجه در چندین منطقه مهم در قاره های متفاوت در سرتاسر کره زمین تعیین شده است.
مناطق مورد تحقیق با توجه به اهمیت و موقعیت جهانی آن و همچنین پتانسیل بلقوه آن منطقه در راه اندازی نیروگاههای خورشیدی انتخاب شده اند. نتایج بدست آمده آشکار کرد که زاویه شیب پنل برای هر ماه سال مقداری متفاوت است و علاوه بر آن با انتخاب زاویه بهینه شیب برای پنلهای خورشیدی در همان ماه سال، میزان تابش خورشیدی کل بطور تقریبی نزدیک به مقدای بیشینه است که به کمک تغییرات روزانه زاویه شیب پنل برای یافتن حداکثر مقدار مورد نظر بدست آمده است. در این حالت، استفاده از آرایه های شیبدار با زاویه شیب بهینه، دستیابی به تابش خورشیدی سالیانه را تا میزان 30 درصد نسبت به پنل خورشیدی قرار گرفته بر سطح افقی افزایش میدهد.
مقدمه:
صفحات خورشیدی اساسی ترین مولفه های تبدیل انرژی در یک سیستم فتوولتائیک می باشد. توان تولید شده توسط سیستم خورشیدی فتوولتائیک در ارتباط با میزان تابش خورشیدی است که بر سطح ماژولها میتابد. بنابراین، برای تخمین توان الکتریکی حاصله از ماژولهای خورشیدی باید معماری آن برای دریافت بیشترین تابش خورشیدی بر روی یک سطح شیبدار در جهت های متفاوت، مورد توجه قرار گیرد. مقالات بسیاری وجود دارند که اطلاعاتی را در زمینه انرژی خورشیدی فراهم شده بوسیله ماژولها ارائه کرده اند که میزان این انرژی را به فاکتورهای بیرونی مختلفی از قبیل میزان تابش خورشیدی، دما، شرایط بار مصرفی و جهتگیری پنلها نسبت داده اند.
[1] برای بیشینه سازی انرژی خورشیدی، زاویه شیب، پنلها در دسترس می باشند. بویژه برای یک ماژول ثابت، انرژی خورشیدی کسب شده بشدت به شیب و زاویه آزیموت پنل خورشیدی وابسته است. از آنجا که تقریباَ %20 از تابش خورشیدی فرودی از نور پراکنده شده تشکیل شده است می توان گفت که ثابت بودن پنل های خورشیدی در افت راندمان آن ها چندان حائز اهمییت نیست این در حالی است که اساسی ترین مزیت سیستمهای مسیریاب خورشیدی جمع آوری انرژی خورشید برای طولانی ترین مدت روز با مناسبترین وضعیت نسبت به موقعیت خورشید و تغییرات فصلی آن می باشد.
[3] با این وجود سیستمهای مسیریاب هزینه های عملیاتی و حفظ و نگهداری بالایی دارند و همیشه قابل استفاده نمی باشند و در نتیجه در اغلب موارد بسیار مناسب است تا پنلهای خورشیدی با یک زاویه شیب بهینه نصب شوند. مقادیر زاویه ی شیب بهینه متفاوتی در مقالات برای پنلهای خورشیدی ثابت فراهم شده است. برای نمونه، کیو و ریفات پیشنهاد داده اند که زاویه شیب پنلهای خورشیدی در 10± درجه نسبت به زاویه شیب بهینه تنظیم شوند.[4] دیگر محاسبات به مقادیری از قبیل ±= 〖20〗^° [5]، = -8^œ [6] ، [7] °A -5 و [8] °A〗 -〖21= منجر شده است؛ در روابط اخیر کمیت عرض جغرافیایی محل و علامت + و - به ترتیب مربوط به فصل زمستان و تابستان می باشد.
هدف این تحقیق تعیین زاویه شیب بهینه برای دریافت بیشترین انرژی خورشیدی در یک آرایه خورشیدی ثابت در شهر شیراز و مقایسه آن با شرایط محیطی و جغرافیایی سایر مناطق مطرح دنیا از قبیل تگزاس در آمریکا، تیمیمون در الجزایر آفریقا و تبت در چین میباشد. تمامی مشخصات جغرافیایی و آب و هوایی این مناصق در جدول 1 جمع آوری شده است .[9]
روش انجام محاسبات:
مدل های ریاضی ارائه شده با استفاده از داده های انرژی تشعشعی روی یک سطح افقی، انرژی رسیده به سطوح شیب دار را محاسبه میکند. تشعشع کل روزانه میانگین ماهیانه روی یک سطح شیبدار برابر با مجموع تابش مستقیم خورشید IB، تابش پراکنده شده ID، و تابش انعکاسی IR می باشد. لذا تابش کل IT را میتوان مجموع این سه کمیت در نظر گرفت14]،:[13
خروجی های بدست آمده:
دو عامل تاثیرگذار در جذب بیشترین انرژی خورشیدی توسط ماژولها، زاویه پنل نسبت به جنوب - cB∅ - و زاویه شیب پنل نسبت به افق - - می باشد که با بهینه سازی این دو زاویه میتوان انرژی سالیانه بیشتری را ذخیره کرد. به عنوان یک قاعده کلی طراحان، زاویه شیب پنل را نزدیک به عرض جغرافیایی و زاویه انحراف پنل نسبت به جنوب را برابر 180 درجه - امتداد شمالی-جنوبی - در نظر میگیرند.
