ملخص:
تعتبر هذه المقالة جزءاً من سلسة مقالات نهدف من خلالها إلى مساعدة متابعينا الأعزاء في فهم واختيار وتركيب منظومات الطاقة الكهروشمسية الخاصة بهم. حيث تشرح هذه المقالة كيفية تحديد زاوية الميل الأمثل للألواح تبعاً للموقع الجغرافي وطبيعة المشروع.
مقدمة:
تحدثنا في مقال سابق عن زاوية التوجيه (Azimuth Angle) للألواح الشمسية وكيفية تحديد الشمال والجنوب الجغرافي.
وهنا تأتي الخطوة التالية وهي تحديد زاوية الميل للألواح (Tilt Angle)
زاوية الميل:
ويقصد بزاوية الميل الزاوية التي يصنعها اللوح الشمسي مع الأفق، وتلعب هذه الزاوية دوراً هاماً في تحديد زاوية ورود الإشعاع الشمسي على سطح اللوح، حيث أن أفضل استطاعة يولدها اللوح ترافق زاوية ورود عامودية على سطح اللوح.
وكما نعلم فإن موقع الأرض بالنسبة للشمس غير ثابت، وبالتالي يمكن القول نسبياً بأن الشمس تتحرك من الشرق إلى الغرب يومياً، كما أن ارتفاع الشمس في السماء غير ثابت حيث ترتفع الشمس صيفاً بشكل أكبر بكثير من الشتاء.
وبالتالي من المستحيل أن تبقى أشعة الشمس عمودية على سطح الألواح دون استخدام نظام ملاحقة لتغيير الاتجاه وزاوية الميلان، الأمر الذي يعد مكلف اقتصادياً مقارنة بمقدار الوفر المحقق في الاستطاعة.
وهنا يكمن السؤال التالي: كيف يتم تحديد زاوية الميل؟
غالباً ما يتم تركيب الألواح الشمسية وفق زاوية الميل المثلى، وهي الزاوية التي تؤمن توليد أكبر استطاعة من الألواح خلال العام. ومن الجدير بالذكر أن هذه الزاوية تساوي بشكل تقريبي قيمة خط العرض للمنطقة المراد تركيب الألواح الشمسية ضمنها.
فعلى سبيل المثال فإن مدينة دمشق تقع على خط عرض 33.3 شمال خط الاستواء، وتبلغ زاوية الميلان المثلى 32 درجة.
ولتحديد هذه الزاوية بشكل دقيق يمكن استخدام برامج المحاكاة مثل برنامج PVsyst، والذي يقوم بإعطاء زاوية الميل المثلى، ومقدار نقصان الاستطاعة بحال الانحراف عن هذه الزاوية.
هل هذه الزاوية هي الزاوية الأفضل للتركيب دائما؟
في الحقيقة فإن تحديد زاوية الميلان يتبع خبرة المصمم وطبيعة النظام وسنورد فيما يلي مجموعة من الأمثلة لفهم ذلك.
حالة الأرض المحدودة: في هذه الحالة يتوجب إنقاص المسافة بين صفوف ألواح الطاقة الشمسية لمحاولة وضع أكبر قدر من الصفوف ضمن نفس المساحة، وكما نعلم فإن إنقاص المسافة سيعرض الألواح للتظليل الذاتي فيما بينها وخاصة في فصل الشتاء عندما تكون الشمس منخفضة والظل طويل نسبياً. ولتفادي هذه المشكلة يتوجب إنقاص زاوية الميل لتفادي التظليل بين الألواح، حيث أن نقصان الاستطاعة الناتج عن التظليل سيكون أكبر بكثير من نقصان الاستطاعة الناتج عن إنقاص زاوية الميل.
2- حالة تركيب الالواح على الأسطح المائلة مباشرة: في هذه الحالة فإن الأوفر اقتصادياً والأكثر جمالية تركيب الألواح بزاوية موافقة لزاوية ميلان الأسطح.
3- حالة الأحمال الفصلية: للحصول على أكبر استطاعة في فصل الشتاء ينبغي أن تكون زاوية الميلان أكبر من الزاوية المثلى خلال العام بـ 15 درجة تقريباً، بينما يجب أن تكون الزاوية أقل بـ 15 درجة للحصول على أعظم استطاعة صيفاً.
وبالتالي قد تتطلب طبيعة الحمولة استطاعة أكبر في فصل الصيف (حمولة صيفية) أو استطاعة أكبر في فصل الشتاء (حمولة شتوية) وبالتالي من الضروري أن يتم تمييل الألواح بحيث تعطي المنظومة أكبر استطاعة في الفصل المطلوب.
فعلى سبيل المثال قد يتطلب نادٍ رياضي استطاعة أكبر شتاءً لتسخين المياه من الاستطاعة المطلوبة صيفاً لنفس الغاية، وفي هذه الحالة فمن الأفضل أن تكون زاوية تركيب الألواح الشمسية المسؤولة عن تشغيل نظام التسخين أكبر من الزاوية المثلى خلال العام بحيث تعطي أفضل استطاعة متاحة في فصل الشتاء.
بالإضافة إلى ما سبق فإن تكلفة القواعد المعدنية وتأثير الرياح قد يلعب دوراً هاماً في تحديد زاوية الميلان للألواح.
الخلاصة:
لتحديد زاوية الميلان يتوجب دراسة طبيعة الحمولة ومحددات المكان وتأثير التظليل على أداء الألواح بشكل جيد.
المراجع
Dricus De Rooij. (2020). Solar Panel Angle: how to calculate solar panel tilt angle? Sinovoltaics.
Mohamd Jumaa، و Shukri adbar. (2020). Effect of Tilt Angle and Azimuth Angle on The Global Irradiance Using The PVsyst Software for Alkhums-Libya. Albahit Journal of Applied Sciences .
Radhika، و S.K. Suman. (2015). Effect of Tilt angle and Azimuth angle on Solar Output and Optimum Tilt and Azimuth angle for Chandigarh, India. IJAREEIE.
