الإشعاع الشمسي على الأسطح المختلفة

المؤلف:  د. سعود يوسف عياش

المصدر:  تكنولوجيا الطاقة البديلة

الجزء والصفحة:  (ص169 – ص170)

13-6-2021

2440

حين نتحدث عن كمية الإشعاع الشمسي الساقط على سطح ما فإننا نعني بذلك الإشعاع الساقط عموديا على السطح المذكور، وإذا حدث أن كان السطح المذكور غير متعامد مع شعاع الشمس فإننا نقوم بحساب ذلك الجزء الذي يسقط عموديا آخذين بعين الاعتبار أن الشعاع الشمسي هو كمية موجهة Vector وان بالإمكان إيجاد قيمة مكوناته في الاتجاهات المختلفة إذا ما تمت معرفة زاوية سقوطه على السطح المذكور، وعلى ذلك تطلق أسماء مختلفة على الإشعاع الشمسي أو مكوناته الساقطة عموديا على سطح ما، وفي تطبيقات الطاقة الشمسية يشيع استعمال الأسماء التالية لوصف الإشعاع الشمسي أو مكوناته:

1- الإشعاع المباشر العمودي وهو الاسم الذي يطلق على الإشعاع المباشر الذي أشرنا إليه أعلاه حين يسقط على سطح متعامد مع الشمس، أي أن الخط العمودي الخارج من هذا السطح يمر في مركز الشمس، ولأجل الاستفادة القصوى من هذا الإشعاع يحسن توجيه اللاقطات الشمسية طوال النهار بحيث يكون سطحها متعامدا باستمرار مع الشمس، ويجدر بنا القول إن عملية التوجيه هذه تقتضي تحرك اللاقط حول محورين يقوم أحدهما بتتبع حركة الشمس من الشرق إلى الغرب وأما الآخر فيأخذ بالاعتبار تغير زاوية ارتفاع الشمس.

2- الإشعاع المباشر وهو ذلك الجزء من الإشعاع المباشر العمودي الساقط عموديا على سطح ليس متعامدا مع الشمس، ومن الضروري عدم الخلط بين هذا الإشعاع المباشر وما أشرنا إليه قبل قليل كإشعاع مباشر عمودي، ولتوضيح مفهوم هذا الإشعاع نقول إن زاوية ارتفاع الشمس في الكويت لا تصل إلى 90 درجة كما رأينا فيما سبق بسبب أن الكويت تقع شمال مدار السرطان، ولذلك فان الإشعاع لا يسقط عموديا على السطح الأفقي في الكويت، من جانب آخر فان الأسطح الأفقية كغيرها من الأسطح التي تتعرض للإشعاع الشمسي تتأثر بهذا الإشعاع، ولحساب مقدار التأثير هذا يتم حساب الجزء الذي يسقط عموديا على السطح الأفقي ناظرين إلى الإشعاع الشمسي المباشر باعتباره كمية موجهة، وهذا الجزء العمودي هو ما يحتاجه العامل في حقل الطاقة الشمسية للقيام بحساباته أو عمل التصاميم وهو ما يعرف في هذا المجال باسم الإشعاع المباشر، والعلاقة بين الإشعاع المباشر العمودي والإشعاع المباشر هي علاقة هندسية مباشرة إذ في حال معرفة أي منهما يمكن حساب الآخر بسهولة من خلال العلاقة التالية:

الإشعاع المباشر = الإشعاع المباشر العمودي * جيب زاوية ارتفاع الشمس

3- الإشعاع المنتشر، وهو ذلك الجزء من الإشعاع المبعثر في الجو الذي يسقط على سطح ما، وحين تكون السماء ملبدة بالغيوم بحيث لا تخترقها الأشعة المباشرة فان كل الإشعاع المتوفر حينئذ هو إشعاع منتشر، وفي أيام الصحو حيث لا غيوم ولا عواصف ترابية أو رملية فان كمية الإشعاع المنتشر تكون قليلة.

4- الإشعاع الشامل أو الكلي، وهو مجموع الإشعاعين المباشر والمنتشر الساقطين على سطح ما مهما كان اتجاهه.

إن لكل من الإشعاعات السالفة استعمالاته الخاصة في مجال تطبيقات الطاقة الشمسية حسب طبيعة الأمور المطلوب تحقيقها أو إنجازها، وتبعا لذلك فان هناك أنواعا عديدة من اللاقطات أو المجمعات الشمسية Solar Collectors التي يستعمل كل منها للاستفادة من واحد من الإشعاعات السالفة أو اكثر، فهناك مجمعات مسطحة تستفيد من الإشعاع الشامل وأخرى مقعرة تدور حول محور واحد وتستخدم الإشعاع المباشر وثالثة تدور حول محورين وتستفيد من الإشعاع المباشر العمودي.