لتحقيق الاستفادة القصوى من الألواح الشمسية يجب أن توجه الألواح بحيث تتعرض لأكبر قدر من الإشعاع الشمسي*. سنتعلم اليوم على طرق توجيه الألواح الشمسية الكهروضوئية وسبب اختيار كل طريقة وما أهمية التوجيه في مردود اللوح الشمسي.
لماذا تُركب الألواح بشكل مائل؟
الكرة الأرضية مائلة عن المحور الشاقولي بزاوية 23 درجة تقريباً وتدور حول نفسها وحول الشمس مما يسبب تعاقب الفصول خلال العام.
أثناء الدوران حول الشمس وبسبب الميلان والمدار الإهليلجي يختلف بعد الأرض عن الشمس خلال العام الواحد وبالتالي يختلف ميلان الإشعاع الشمسي الواصل على الأرض بين نصف الكرة الجنوبي ونصف الكرة الشمالي بينما تكون أشعة الشمس عمودية على خط الاستواء.
اختلاف الميلان للإشعاع الشمسي بين نصفي الكرة الأرضية يسبب تعاكس الفصول فعندما يكون صيفاً في نصف الكرة الجنوبي يكون شتاءً في نصف الكرة الشمالي.
و كذلك نقوم بإمالة الألواح الشمسية بحيث تكون مواجهة للشمس بحيث تكون أشعة الشمس عمودية قدر الإمكان على اللوح الشمسي، ولكون الأشعة الشمسية عمودية على خط الاستواء نحاول توجيه الألواح باتجاه خط الاستواء فتكون الألواح الشمسية متجهة نحو الجنوب في نصف الكرة الشمالي و متجهة نحو الشمال في نصف الكرة الجنوبي.
زاوية ميلان الألواح:
هي الزاوية بين اللوح الشمسي والأرض و كلما انخفضت قيمة زاوية ميلان اللوح كان أقرب لموازاة سطح الأرض وكلما زادت قيمة الزاوية كان اللوح أقرب إلى التعامد مع سطح الأرض.
أسس توجيه الألواح الشمسية:
تتأثر زاوية ميلان الألواح الشمسية بنوع نظام عمل الألواح الشمسية وكذلك موقع النظام الشمسي (خط العرض) فكلما اقترب موقع النظام من خط الاستواء اختلف ميلان الأشعة الشمسية وبالتالي يختلف ميلان الألواح المناسب، كما أن الفصل له دور في تحديد زاوية ميل الألواح.
تركيب الألواح الشمسية على أفضل زاوية ميلان شتوية:
يتم اختيار تركيب الألواح على أفضل زاوية ميلان شتوية عندما يكون احتياج المنشأة من الكهرباء في الشتاء أعلى من باقي الفصول و ذلك في الكثير من الحالات في النظام الشمسي المستقل عن الشبكة الكهربائية**.
مثال على هكذا منشآت: البيوت التي لا تحتاج إلى كهرباء إضافية في الصيف، أو أيضاً أنظمة إنارة الشوارع التي تحتاج إلى أن تعمل وقت أطول في الشتاء بسبب طول الليل.
ويوجد أكثر من طريقة لحساب هذه الزاوية نذكر منها:
1- زاوية الميلان = (خط العرض * 0.9) + 29 درجة.
2- نراعي هنا اختلاف خطوط العرض كما يلي:
في حال كان الموقع يقع بين خط الاستواء وخط عرض أقل من 25 يتم استخدام المعادلة التالية:
زاوية الميلان= خط العرض + 16.
في حال كان الموقع يقع بين خط العرض 25 وخط العرض 50 يتم استخدام المعادلة التالية:
زاوية الميلان= (خط العرض * 0.88) + 19.
في حال كان الموقع يقع في خط عرض أكبر من 50 يتم استخدام المعادلة التالية:
زاوية الميلان= خط العرض * 0.82.
3- زاوية الميلان= خط العرض + 15.
تركيب الألواح الشمسية على أفضل زاوية ميلان صيفية:
أيضاً في الأنظمة الكهروضوئية المستقلة عن الشبكة الكهربائية** وعندما يكون احتياج المنشأة للكهرباء في الصيف أعلى من باقي الفصول يتم التركيب على أساس أفضل زاوية ميل صيفية.
مثل هذه المنشآت: المصايف حيث تعمل في الصيف ويقل الطلب على الكهرباء فيها في الشتاء.
تحسب هذه الزاوية بأكثر من طريقة مثل:
1- زاوية الميلان = (خط العرض * 0.9) – 23.5 درجة.
2- تحسب في هذه الطريقة زوايا الميل مع مراعاة اختلاف خطوط العرض كالتالي:
في حال كان الموقع يقع بين خط الاستواء وخط عرض أقل من 25 يتم استخدام المعادلة التالية:
زاوية الميلان = (خط العرض * 0.05) + 1.
في حال كان الموقع يقع بين خط العرض 25 وخط العرض 50 يتم استخدام المعادلة التالية:
زاوية الميلان = (خط العرض * 0.93) – 21.
في حال كان الموقع يقع في خط عرض أكبر من 50 يتم استخدام المعادلة التالية:
زاوية الميلان = خط العرض – 24.5.
3- زاوية الميلان = خط العرض – 15.
تركيب الألواح الشمسية على أفضل زاوية ميلان طوال العام (فصل الربيع والخريف):
نختار تركيب الألواح الشمسية على أفضل زاوية ميلان طوال العام (زاوية الربيع والخريف) عندما نريد الحصول على أفضل إنتاجية من الألواح دون النظر إلى اختلاف الاحتياج للكهرباء خلال الفصول (الصيف والشتاء)، كما الحال في الأنظمة المتصلة مع الشبكة** حيث غاية هذه الأنظمة استثمارية ونريد هنا الحصول على أعلى إنتاج من الكهرباء طوال العام.
وأيضاً في الأنظمة الهجينة** حيث عند حدوث أي نقص في الكهرباء يوجد مصدر بديل يتم التعويض من خلاله.
ويتم حساب هذه الزاوية بطرق متعددة كالتالي:
1- زاوية الميلان = خط العرض – 2.5 درجة.
2- تحسب في هذه الطريقة زوايا الميلان مع مراعاة اختلاف خطوط العرض كالتالي:
في حال كان الموقع يقع بين خط الاستواء وخط عرض أقل من 25 يتم استخدام المعادلة التالية:
زاوية الميلان= (خط العرض * 0.84) + 1.
في حال كان الموقع يقع بين خط العرض 25 وخط العرض 50 يتم استخدام المعادلة التالية:
زاوية الميلان = (خط العرض * 0.76) + 3.
في حال كان الموقع يقع في خط عرض أكبر من 50 يتم استخدام المعادلة التالية:
زاوية الميلان = (خط العرض * 0.66) + 30.
3- زاوية الميلان = خط العرض.
طرق حساب الزوايا عديدة تعرفنا على جزء منها في الأعلى ولكن عند قيام العاملين في مجال تركيب أنظمة الطاقة الشمسية بدراستهم للموقع واختيار زاوية ميلان الألواح يعودون إما إلى مراجع من دراسات سابقة للموقع لاختيار زاوية الميلان أو من مواقع إلكترونية مختصة بالمجال ومعترف بها مثل /Solar Electricity Handbook /.
يوجد أيضا بعض التطبيقات على الأجهزة المحمولة يمكن استخدامها في معرفة زوايا الميل مثل تطبيق /Solar Tilt/، حيث يطلب منك إما استخدام الGPS لتحديد الموقع أو تدخل يدوياً الموقع بإحداثيات خط العرض ويُظهر لك كنتيجة زاوية الميلان المناسبة لموقعك.
(جربوا التطبيق وأخبرونا في التعليقات عن النتائج التي حصلتم عليها وهل هي تقارب الأرقام التي يمكن أن نحصل عليها بتطبيق المعادلات السابقة، شاركونا آرائكم في التعليقات).
زوايا ميلان الألواح في الوطن العربي:
يمتد الوطن العربي على 39 دائرة عرض من الشمال إلى الجنوب، وهذا الامتداد يبين سبب اختلاف زوايا ميلان الألواح حتى ضمن البلد الواحد ونبين لكم بعض زوايا الميلان خلال العام بشكل عامودي لبعض دول الوطن العربي:
في سوريا:
المنطقة الساحلية:
المنطقة الداخلية:
المنطقة الشمالية:
المنطقة الجنوبية:
نلاحظ أنه بسبب تقارب المسافات بين الشمال والجنوب تقارب زوايا الميل.
في الجزائر:
المنطقة الشمالية:
المنطقة الوسطى:
المنطقة الجنوبية:
نلاحظ النطاق الواسع لزوايا الميلان خلال العام بين مناطق الجزائر المختلفة مقارنة بسوريا بسبب الامتداد الأكبر على خطوط العرض.
إذا أردت الحصول على معلومات خاصة ببلدك يرجى ذكر اسم البلد بتعليق وسيتم التواصل معكم وإرسال المعلومات إليكم عبر البريد الإلكتروني.
تذكر
التوجيه الصحيح للألواح الشمسية بالإضافة للاختيار المدروس جيداً لزاوية ميلان الألواح الشمسية يحقق الفائدة الأكبر من الألواح ويزيد من كفاءة الاستثمار للألواح الشمسية الكهروضوئية.
*لمعرفة المزيد عن الإشعاع الشمسي راجع مقالنا هنا.
**لمعرفة المزيد عن أنواع أنظمة الطاقة الشمسية راجع مقالنا هنا.
