شیب بهینه دریافت کننده های تخت خورشیدی در ایران
خلاصه‌ای از پیش‌گفتار مؤلف
یکی از پارامترهای مهم و تأثیرگذار بر عملکرد یک صفحه خورشیدی تخت، اعم از کلکتورحرارتی و یا پانل فتوولتائیک، نحوه قرارگیری آن است. تغییر موقعیت یک سطح خورشیدی باعث تغییر مقدار تشعشعی می‌شود که به آن می‌رسد و همچنین ضریب جذب تشعشع هر سطح نیز تحت تأثیر زاویه برخورد تشعشع به آن است. بنابراین لازم است موقعیت قرارگیری و زاویه شیب کلکتورها و سطوح خورشیدی به گونه‌ای تنظیم شود که بیشترین شار تشعشع خورشیدی در بهترین زاویه ورود به آنها برسد. با استفاده از سیستم‌های ردیاب خورشیدی امکان انجام این تنظیم بصورت پیوسته در طول روز وجود دارد. با این وجود بکارگرفتن این سیستم‌ها همیشه امکان‌پذیر نیست، زیرا هم هزینه اولیه برای خرید آنها قابل توجه است و هم استفاده از آنها پیچیدگی‌های یک سیستم خورشیدی را افزایش می‌دهد. از طرف دیگر این سیستم‌ها برای حرکت نیاز به انرژی الکتریکی دارند. روش جایگزین، استفاده از شیب و جهت بهینه ثابت برای دریافت بیشترین تابش در دوره‌های زمانی مشخص است. در این خصوص بدون هیچ هزینه‌ای و فقط با تنظیم شیب یک دریافت‌کننده در زاویه بهینه روزانه، ماهانه، فصلی، شش‌ماهه و یا سالانه می‌توان میزان دریافت و جذب انرژی خورشیدی آن را نسبت به وضعیت قرارگیری افقی آن افزایش داد.
کاربرد روزافزون صفحات تخت خورشیدی حرارتی در بخش‌های نیروگاهی و بخش خانگی و همچنین سلولهای فتوولتائی در مناطق مختلف ایران بر اهمیت تحقیق بیشتر در زمینه موقعیت بهینه این صفحات افزوده است. با این وجود و بر خلاف سایر مناطق کره زمین، متأسفانه در زمینه شیب بهینه سطوح خورشیدی در ایران به اندازه کافی تحقیق صورت نگرفته است و به این موضوع فقط در 15 سال اخیر پرداخته شده است. همچنین تحقیقات مربوط به این موضوع برای تعداد محدودی از شهرهای ایران انجام شده است. از طرف دیگر در برخی از مطالعات گذشته از روابطی برای زاویه شیب بهینه استفاده شده است که مناسب و یا عمومی‌بودن برخی از آنها محل تردید است. همچنین در برخی از مطالعات از مدل‌های نامناسب و مدل‌هایی که دقت کافی نداشته‌اند برای تخمین تشعشع کل و یا سهم پخشی آن استفاده شده‌اند. تا حدود دو سال پیش تشعشع پخشی در ایستگاه‌های هواشناسی ایران اندازه‌گیری نمی‌شده است. به همین دلیل، و از آنجایی که اطلاعات تجربی مربوط به تشعشع پخشی در بسیاری از مناطق کشور در دسترس نبوده است، در بسیاری از مطالعات گذشته برای تخمین تشعشع پخشی از مدل‌هایی استفاده شده است که اولاً مناسب با اقلیم‌های مختلف ایران نبوده‌اند و ثانیاً این مدل‌ها وابسته به شاخص صافی هوا به عنوان تنها متغیر مستقل بوده‌اند. این در شرایطی است که مطالعات اخیر مؤلف و دیگر محققین نشان داده‌اند که وابستگی تشعشع پخشی به طول ساعات آفتابی بیشتر از وابستگی آن به شاخص صافی هوا است. مؤلف این کتاب، که در سابقه تحقیقاتی خود مقالات مختلفی در زمینه انرژی خورشیدی و مدلسازی‌های مربوطه به چاپ رسانده است (پیوست 1)، با عنایت به مواردی که ذکر شد جای خالی انجام یک مطالعه کامل برای تعیین شیب سطوح خورشیدی در ایران را تشخیص داد. بر همین اساس، با استفاده از داده‌های درازمدت مربوط به تشعشع کل روزانه روی سطح افقی و طول ساعات آفتابی و با استفاده از مدل‌های مناسب تشعشع پخشی برای سه اقلیم اصلی ایران که شامل نه زیر اقلیم مختلف می‌شود، در این کتاب زاویه شیب بهینه برای تنظیم سطوح خورشیدی بصورت ثابت در دوره‌های ماهانه، فصلی، شش‌ماهه و سالانه در همه مراکز استان‌ها و چند شهر مهم دیگر ایران (مجموعاً 38 شهر) محاسبه و ارائه شده است.
در فصل اول از این کتاب مطالبی راجع به خورشید و پتانسیل انرژی خورشیدی در ایران ارائه شده است. از آنجایی که موضوع تنظیم موقعیت و زاویه قرارگیری برای همه دریافت‌کننده‌های انرژی خورشیدی اعم از صفحات تخت خورشیدی و کلکتورهای متمرکزکننده اهمیت دارد در فصل دوم سعی شده است کلیه سیستم‌های خورشیدی به طور مختصر معرفی شوند. در فصل سوم راجع به مشخصات تابش خورشیدی از نظر کمی و کیفی و اثر آتمسفر زمین بر روی تشعشع خورشیدی مطالبی ارائه شده است و زوایای خورشیدی و تعاریف مربوطه معرفی شده‌اند. موضوع تشعشع ورودی به سطوح تخت زاویه‌دار در فصل چهارم مورد بحث قرار گرفته است. در فصل پنجم ابتدا شرحی بر داده‌های خورشیدی و شرایط اقلیمی مناطق مختلف ایران و مدل‌های وابسته به اقلیم تشعشع پخشی ارائه شده است، سپس روش تعیین زاویه شیب بهینه برای انواع برنامه‌های تنظیم معرفی شده است. در نهایت زوایای شیب بهینه سطوح تخت خورشیدی برای تنظیم ثابت ماهانه، فصلی، شش‌ماهه و سالانه برای 38 شهر ایران شامل همه مراکز استان‌ها و چند شهر مهم دیگر در فصل ششم معرفی شده‌اند. ضمناً در پیوست 1 لیستی از مقالات منتشرشده مؤلف در زمینه‌های مختلف مربوط به انرژی خورشیدی ارائه شده است. در پیوست 2 تعدادی مسأله جالب در زمینه‌های مطرح شده در این کتاب آمده‌اند و در پیوست 3 علائم و اختصارات استفاده شده معرفی شده‌اند.
حسین خراسانی‌زاده- دانشیار مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان
آدرس صفحه شخصی مولف : https://faculty.kashanu.ac.ir/khorasan/fa/page/12748/کتب