تنظیم زاویه پنلهای خورشیدی

تنظيم زاويه پنلهاي خورشيدي

1)    تعاريف اوليه:
2)    زاويه يک پنل خورشيدي به صورت زاويه بين صفحه پنل و سطح زمين تعريف مي‌گردد. به اين ترتيب زاويه يک پنل که به صورت کاملاً مسطح و افقي روي سطح زمين نصب شده باشد صفر و پنلي که سطح آن عمود بر سطح زمين باشد، داراي زاويه 90 درجه مي‌باشد.
همچنين زاويه تابش خورشيد به صورت زاويه بين خط واصل فرضي بين مرکز زمين و مرکز خورشيد و خط تراز افق تعريف مي‌گردد. به اين ترتيب زاويه تابش هنگام طلوع و غروب به ترتيب برابر صفر و 180 درجه و هنگام ظهر روي خط استوا در روز اول فروردين و اول مهر برابر 90 درجه مي‌باشد.
واضح است که توان توليدي پنل سولار وقتي به مقدار بيشينه خود مي‌رسد که بيشينه تابش را دريافت کند و اين مقدار در زاويه تابش عمود بر صفحه پنل اتفاق مي‌افتد. پس اگر زاويه پنل را با PA و زاويه تابش خورشيد را با SA نشان دهيم:
3)    PA(Max) = 90° - SA(Max)
4)    اگر کره زمين در يک نقطه ثابت بود، کافي بود که پنلها در يک زاويه مشخص عمود بر تابش خورشيد ثابت گردند تا حداکثر تابش را دريافت و حداکثر توان را توليد نمايند.
اما در تنظيم زاويه پنلها دو چالش اساسي وجود دارد:
1) چرخش وضعي کره زمين حول محور خود باعث تغيير موقعيت ظاهري خورشيد در آسمان در طول روز به صورت قوسي از دايره مي‌گردد.
2) زاويه انحراف محور زمين سبب مي‌گردد که مکان همين قوس هم در آسمان در طول سال تغيير نمايد.
براي تنظيم زاويه بهينه پنلها، ابتدا بايد به تعريف دو مفهوم اساسي زير پرداخت:
1) عرض جغرافيايي (Latitude):
به زاويه بين خط واصل هر نقطه روي سطح کره زمين به مرکز کره زمين و صفحه دايره خط استوا، عرض جغرافيايي آن نقطه گفته مي‌شود. با اين تعريف، عرض جغرافيايي تمام نقاط خط استوا صفر، قطب شمال 90 درجه شمالي و قطب جنوب 90 درجه جنوبي است. به عنوان نمونه، عرضهاي جغرافيايي مرکز شهر تهران و کرج به ترتيب حدود  35.4 و 35.5 درجه شمالي هستند.
2) زاويه انحراف مداري کره زمين (Obliquity):
محور گردش وضعي زمين نسبت به صفحه چرخش آن به دور خورشيد داراي انحراف زاويه‌اي حدود 23.5 درجه مي‌باشد که اين انحراف در طي مسير زمين در مدار خود حول خورشيد هميشه در يک امتداد مي‌باشد.

2) تنظيم زاويه پنلها:
به طورکلي، اگر ارتفاع زاويه اي خورشيد را با SA و عرض جغرافيايي محل را با L نشان دهيم، مقادير بيشينه و کمينه زاويه تابش در روزهاي اول تابستان و زمستان (انقلاب تابستاني و زمستاني) در هر نقطه در نيمکره شمالي زمين (همچنين به ترتيب عکس در نيمکره جنوبي) برابر است با:
5)    SA(Max) = 90°- L + 23.5°
6)    SA(Min) = 90°- L - 23.5°
7)    روزهاي اول بهار و پاييز (اعتدال بهاري و پاييزي)، زمين در ميانه مسير مداري خود بين دو مقدار بيشينه و کمينه فوق مي‌باشد و بنابراين، زاويه انحراف بي تأثير مي‌گردد:
8)    SA(Mid) = 90°- L
9)    از روابط فوق نتايج جالبي بدست مي‌آيد:
10)    1) تنها مناطقي از کره زمين داراي تابش کاملاً عمودي 90 درجه هستد که بين 2 مدار 23.5 درجه شمالي معروف به مدار رأس‌السرطان (Tropic of Cancer)  و 23.5 درجه جنوبي معروف به مدار رأس‌‌الجدي (Tropic of Capricorn) باشند. اين تابش کاملاً عمودي روي خط استوا فقط در 2 روز اول فرورودين و اول مهر و روي مدارهاي 23.5 درجه شمالي و 23.5 درجه جنوبي فقط در يک روز از سال به ترتيب روزهاي اول تير (شروع تابستان نيمکره شمالي) و اول دي (شروع تابستان نيمکره جنوبي) اتفاق مي‌افتد. به طور کلي تمام مناطق استوايي (Tropical) که بين اين دو مدار قرار دارند، داراي 2 روز تابش عمودي 90 درجه در طول سال هستند.
2) خارج از اين ناحيه، هيچگاه تابش آفتاب حتي در تابستان به صورت عمودي کامل نخواهد  بود. به عنوان مثال حتي در جنوبي ترين ناحيه ايران يعني جزيره ابوموسي با عرض جغرافيايي تقريبي 25.8 درجه شمالي، زاويه تابش خورشيد بيش از 87.7 درجه در روز اول تير نخواهد شد.
3) مناطقي از کره زمين که داراي عرض جغرافيايي بيشتر از 66.5 درجه شمالي معروف به دايره شمالگان (Arctic Circle) و 66.5 درجه جنوبي معروف به دايره جنوبگان (Antaractic Circle) باشند، به ترتيب در 6 ماه دوم سال و 6 ماه اول سال خورشيد زير خط افق قرار گرفته و داراي شب قطبي طولاني و در سمت مقابل، داراي روز قطبي طولاني هستند.
با يک مثال موضوع روشنتر خواهد شد:
11)    عرض جغرافيايي تقريبي مرکز شهر تهران 35.4 درجه شمالي مي باشد. طبق روابط فوق، بيشترين ارتفاع آفتاب تابستاني در روز اول تير برابر است با:
12)    SA(Max) = 90° - 35.4° + 23.5° = 78.1°
13)    کمترين ارتفاع آفتاب زمستاني تهران در روز اول دي برابر است با:
14)    SA(Min)  = 90° - 35.4° - 23.5° = 31.1°
15)    و ارتفاع خورشيد در روزهاي اول فرورودين و اول مهر برابر است با:
16)    SA(Mid) = 90° - 35.4° = 54.6°
17)    با توجه به کاربرد سيستم سولار، مي توان رويکردهاي مختلفي براي تنظيم زاويه پنلها اتخاذ کرد:
 - اگر سيستم وظيفه تأمين انرژي در تمام طول سال را داراست، رويکرد محتاطانه اين است که زاويه پنلها با مقدار زمستاني تنظيم گردد، چون به طور کلي انرژي تابشي دريافتي در زمستان به دليل تعدد روزهاي ابري و تابش مايل خورشيد، کمتر از بقيه طول سال مي‌باشد.
 - ممکن است مکاني مانند يک ويلا در تمام طول سال استفاده نشده و در يک دوره زماني خاص مثلاً فقط در طول 3 ماه تابستان استفاده گردد که در اين صورت، تنظيم زاويه پنلها با مقدار مناسب آن دوره زماني منطقي مي باشد.
 - اگر منطقه اي داراي روزهاي ابري بسيار کم در طول زمستان باشد (مانند مناطق جنوبي کشور)، مي‌توان رويکردي بين دو رويکرد فوق درنظر گرفت و پنلها را با زاويه بهاري-پاييزي معادل ميانگين دو مقدار تابستاني و زمستاني تنظيم نمود.
18)     - علاوه بر رويکردهاي فوق، مي توان به جاي يکبار تنظيم اوليه و ثابت نمودن زاويه پنلها در همان مقدار، هر 3 ماه يا هر 6 ماه يک‌بار زاويه پنلها را به بهترين مقدار مناسب آن فصل يا نيمسال تغيير داد.
19)    3) ردياب خورشيدي (Solar Tracker):
همانطور که در بخش اول توضيح داده شد، موقعيت ظاهري خورشيد در آسمان در طول روز روي قوسي از دايره بين شرق و غرب موسوم به زاويه سمت (Azimuth Angle) و همچنين زاويه‌ ارتفاع (Altitude Angle) آن در طول سال بين شمال و جنوب متغير است.
براي افزايش راندمان پنلهاي سولار، مي‌بايست زاويه پنلها پيرو موقعيت ظاهري خورشيد در آسمان تغيير کند، به نحوي که زاويه تابش هميشه عمود بر سطح صفحه باشد. جهت تنظيم خودکار زاويه پنلها از وسيله اي به نام ردياب (Tracker) استفاده مي‌شود که رايجترين انواع آن به شرح زير مي‌باشد:
1) ردياب تک محوره (Single-Axis Tracker):
اين نوع ردياب داراي يک درجه آزادي و يک موتور جهت تنظيم زاويه پنل خورشيدي از هنگام طلوع خورشيد از شرق تا غروب خورشيد در غرب جهت تنظيم زاويه سمت Azimuth مي‌باشد. زاويه بهينه ارتفاع پنلها توسط نصب کننده سيستم بسته به استراتژي توضيح داده شده در بخش دوم روي يک مقدار ثابت براي تمام طول سال يا شروع هر فصل يا شروع هر نيمسال يک بار تنظيم مي‌گردد.
2) ردياب دو محوره (Dual-Axis Tracker):
20)    اين نوع ردياب داراي دو درجه آزادي و دو موتور مستقل مي باشد و هر دو زاويه سمت (Azimuth) و ارتفاع (Altitude) توسط آن تنظيم مي‌گردد. اين نوع ردياب بازده سيستم را از ردياب نوع اول بيشتر بهتر مي‌بخشد، اما به دليل پيچيدگي مکانيسم سخت افزاري و نرم افزاري کنترلر دو جهته آن، از نظر هزينه تفاوت چشمگيري نسبت به نوع تک محوره دارد. همچنين به دليل حرکات دوگانه موتورها در راستاي زواياي سمت و ارتفاع، پنلها به فضاي باز بيشتري در اطراف خود نياز دارند.
خدمات و محصولات صنعتی

 الکتروپمپ

 

 

 

تولید و ساخت صنعتی