ما هو الإشعاع الشمسي؟
تختفي الشمس خلف الغيوم في أوقات النهار أحياناً أو تكون في الجهة المقابلة من الأرض في الليل لكنها دائماً موجودة، وكون الشمس عبارة عن نجم ملتهب تجري فيه العديد من الانفجارات النووية بشكل مستمر فهذه الانفجارات تستمر بنشر الطاقة لتصل إلى الأرض على شكل إشعاع شمسي.
يتفاعل هذا الإشعاع مع الأرض بأشكال مختلفة بدءاً من الغلاف الجوي حيث قسم من هذا الإشعاع ينتشر في الغلاف الجوي ولا يصل إلى الأرض وقسم يصل بشكل حرارة تساهم في التدفئة والحياة على سطح الأرض وقسم ينتشر في الغيوم وآخر يصل إلى سطح الأرض كطاقة وهو الذي يهم الباحثين في قضايا الطاقة الشمسية.
هذا الإشعاع يحمل الطاقة ضمن جسيم أولي يدعى بالفوتون (Photon) والذي يساهم في عملية توليد الكهرباء من الخلايا الشمسية الكهروضوئية.
إذاً، ما الذي يقصد بالاشعاع الشمسي؟ إن “الإشعاع الشمسي” Solar Irradiance هو مقدار الأشعة الشمسية الساقطة على مساحةٍ معينة و القادرة على توليد قدرةٍ كهربائية . لا يصيب الأرض إلا حوالي جزء من ألفي مليون جزء من أشعة الشمس التي تقدر بنحو 130 ميجاوات لكل متر مربع من سطح الشمس، وهذا القدر الضئيل هو المسؤول عن كل الطاقة الحرارية لسطح الأرض و غلافها الجوي (ويكيبيديا).
إن القياس الدقيق لشدة الإشعاع الشمسي مهم لتصميم وتنفيذ مشاريع الطاقة الشمسية، فقبل البدء بالمشروع يسعى الباحثون إلى جمع معلومات عن حالة الإشعاع في منطقة العمل وقيمته من أجل تصميم ناجح للمشروع وضمان عمل جيد له خلال فترة عمله مستقبلاً.
تتألف أشعة الشمس الساقطة على سطح الأرض من الإشعاع الشمسي الطبيعي المباشر (Direct Normal Irradiation “DNI” ) والإشعاع الشمسي الأفقي المنتشر (Diffuse Horizontal Irradiation “HDI”). و كلاهما سويا حسب المعادلة التالية يمثلان الإشعاع الأرضي الأفقي (Global Horizontal Irradiation “GHI”).
[bsa_pro_ad_space id=3]
أنواع الإشعاع الشّمسي
(GHI = DHI + DNI. Cos(ϕ
حيث ϕ زاوية ميلان الإشعاع عن سطح الأرض.
ويوجد طرق وتجهيزات عديدة لإيجاد وقياس قيم هذه الإشعاعات المهمة لتصميم الأنظمة الشمسية، ويبين الجدول التالي توضيحا بأنواع الإشعاعات:
الإشعاع الطبيعي المباشر - Direct Normal Irradiation - DNI
هو كمية الإشعاع الساقط على واحدة المساحة لسطح مثبت دائماً بحيث يكون متعامدا مع الأشعة القادمة بشكل مباشر من اتجاه الشمس في موقعها الحالي في السماء
الإشعاع الأفقي المنتشر - Diffuse Horizontal Irradiation - DHI
هو كمية الإشعاع الشمسي الساقط على واحدة المساحة لسطح ما (غير معرض للظل)، وحيث لا يصل بشكل مباشر من الشمس بل يكون منتشرا بسبب الجزيئات والذرات في الغلاف الجوي ويأتي بشكل متساوي من كل الاتجاهات.
الإشعاع الأرضي الأفقي - Global Horizontal Irradiation - GHI
هو القيمة الكلية للإشعاع الشمسي الساقط على سطح أفقي ممن الأعلى.
الإشعاع الأرضي المائل - Global Tilted Irradiation - GTI
هو القيمة الكلية للإشعاع الشمسي المباشر والمنتشر الساقط من الأعلى على سطح مائل.
يذخر الانترنت بخرائط تبين شدة الإشعاع الشمسي حول العالم، و منها موقع الأطلس العالمي. و فيما يلي، خريطة لشدة الإشعاع الشمسي في العالم
لذلك عند دراسة المشروع يقوم المختصون إما بالعودة إلى تقارير مراكز قياس شدة الإشعاع الشمسي لتحديد قيمة الإشعاع في منطقة المشروع أو يقومون بقياسها بأنفسهم بواسطة جهاز قياس شدة الإشعاع الشمسي او مايعرف بالبيرانوميتر (Pyranometers).
يقوم هذا الجهاز بقياس شدة الإشعاع الشمسي خلال زمن معين حيث يتم وضعه بشكل موازي للسطح الذي يراد قياس شدة الإشعاع الذي يتعرض له هذا السطح. تظهر على شاشة الجهاز قيمة شدة الإشعاع بالكيلوواط الساعي ودرجة الحرارة أثناء عملية القياس. عند القياس، تؤخذ عادة عدة قياسات خلال النهار من وقت شروق الشمس وحتى ذروتها في العصر.
تذكر
قبل الشروع بطلب الألواح الشمسية والتجهيزات الخاصة بها يتم دراسة شدة الإشعاع الشمسي في المنطقة المراد تركيب الألواح فيها وهذا بدوره يمكننا من تقديم دراسة اقتصادية وعلمية تحقق لنا الاستفادة الأمثل من الألواح وبالتالي المشروع بأكمله.
إن معرفة شدة الإشعاع الشمسي خطوة مهمة وأساسية في عملية إنشاء أي مشروع يعتمد على الطاقة الشمسية مهما كان كبيرا، فالمعرفة الجيدة بقيمة الإشعاع الشمسي في منطقة العمل يضمن لنا فعالية أكبر للمشروع واستفادة كاملة قدر الإمكان من الألواح المستخدمة.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
