تؤثر زاوية تركيب الألواح الشمسية واتجاهها بشكل مباشر في كمية الإشعاع الشمسي التي تصل إلى سطح اللوح، وبالتالي في كمية الطاقة التي يمكن للنظام الشمسي إنتاجها. لذلك، فإن اختيار زاوية ميل الألواح الشمسية والاتجاه المناسب يعد من الخطوات المهمة عند تصميم وتركيب الأنظمة الشمسية في السعودية.
وتختلف الزاوية والاتجاه المناسبان حسب موقع المشروع وخط العرض والفصل من السنة، إضافة إلى طبيعة النظام والهدف من تصميمه. كما يجب مراعاة عوامل أخرى مثل الظلال والغبار واتجاه سطح التركيب.
في هذا المقال، سنتعرف على كيفية اختيار اتجاه الألواح الشمسية وزاوية ميلها، وكيف يتغير مسار الشمس خلال السنة، وما الاتجاه المناسب للألواح في السعودية، مع توضيح العوامل التي تساعد على اختيار زاوية التركيب المناسبة لكل موقع.
اختيار اتجاه اللوح الشمسي وزاوية التثبيت
يعد اختيار زاوية ميل الألواح الشمسية واتجاهها من العوامل المهمة عند تصميم النظام الشمسي. فهما يؤثران في كمية الإشعاع الشمسي التي تصل إلى سطح الألواح، وبالتالي في كمية الطاقة الكهربائية التي يمكن للنظام إنتاجها.
تتغير زاوية ارتفاع الشمس ومسارها الظاهري خلال اليوم وبين فصول السنة. كما يختلف هذا المسار باختلاف الموقع الجغرافي وخط العرض. لذلك، يجب اختيار اتجاه وميل الألواح بما يتناسب مع موقع التركيب والهدف من النظام.
كيف يتغير مسار الشمس خلال السنة؟
تشرق الشمس من جهة الشرق وتتحرك ظاهريًا عبر السماء، ثم تغرب من جهة الغرب. لكن موقعها في السماء لا يبقى ثابتًا طوال العام.
خلال فصل الصيف ترتفع الشمس في السماء أكثر، بينما يكون ارتفاعها أقل خلال فصل الشتاء. كما يختلف مسار الشمس من موقع إلى آخر بسبب اختلاف خطوط العرض.
في المناطق الواقعة شمال خط الاستواء، ومنها معظم مناطق السعودية، تظهر الشمس في الجهة الجنوبية من السماء خلال جزء كبير من اليوم. لذلك يكون توجيه الألواح الشمسية نحو الجنوب مناسبًا للأنظمة الثابتة التي تستهدف إنتاجًا جيدًا على مدار العام.
أما المناطق الواقعة جنوب خط الاستواء، فيكون الاتجاه العام نحو الشمال أكثر ملاءمة في كثير من الحالات.
ما أفضل اتجاه للألواح الشمسية في السعودية؟
تقع السعودية شمال خط الاستواء، ولذلك يكون توجيه الألواح الشمسية نحو الجنوب هو الاتجاه العام المناسب للأنظمة الثابتة التي تهدف إلى تحقيق إنتاج شمسي جيد على مدار السنة.
ومع ذلك، لا يعني ذلك أن جميع المشاريع تحتاج إلى الاتجاه نفسه بصورة دقيقة. فقد تؤثر طبيعة الموقع، والظلال، وتصميم النظام، واستهلاك الطاقة، وهدف المشروع في اختيار الاتجاه النهائي.
لذلك يجب تجنب تركيب الألواح في أماكن تتعرض لظلال المباني أو الأشجار أو المنشآت المجاورة، حتى لو كان اتجاهها مناسبًا من الناحية النظرية.
ما زاوية ميل الألواح الشمسية؟
يقصد بزاوية الميل Tilt Angle الزاوية بين سطح اللوح الشمسي والمستوى الأفقي. وتؤثر هذه الزاوية في مقدار الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح اللوح.
تعتمد زاوية ميل الألواح الشمسية المناسبة على عدة عوامل، أهمها خط عرض موقع التركيب، ووقت السنة، والهدف من تصميم النظام.
فعلى سبيل المثال، تختلف زاوية الميل المناسبة لنظام يهدف إلى تحقيق إنتاج سنوي متوازن عن نظام صُمم لتعظيم الإنتاج خلال فصل الشتاء أو الصيف.
كيف يؤثر الفصل في زاوية ميل الألواح؟
يتغير ارتفاع الشمس خلال السنة، ولذلك يمكن تعديل زاوية ميل الألواح في بعض الأنظمة التي تسمح بالضبط الموسمي.
وبصورة تقريبية، يمكن استخدام القواعد التالية كإرشادات أولية:
- في الربيع والخريف: تكون زاوية الميل قريبة من درجة خط عرض الموقع.
- في الصيف: يمكن تقليل زاوية الميل مقارنة بالزاوية المستخدمة للإنتاج السنوي.
- في الشتاء: يمكن زيادة زاوية الميل للاستفادة بصورة أفضل من انخفاض ارتفاع الشمس في السماء.
هذه القواعد تقريبية وليست معادلات تصميم نهائية. لذلك، عند تصميم نظام شمسي فعلي، يفضل استخدام بيانات الموقع وبرامج محاكاة الطاقة الشمسية لتحديد الزاوية المناسبة وفق الهدف من المشروع.
هل تختلف زاوية ميل الألواح بين مدن السعودية؟
نعم. تختلف الزاوية المناسبة باختلاف الموقع الجغرافي، لأن خطوط العرض ليست متساوية بين المدن السعودية.
فعلى سبيل المثال، تقع الرياض عند خط عرض يقارب 25 درجة شمالًا، بينما تقع جدة عند خط عرض يقارب 22 درجة شمالًا، وتقع الدمام عند خط عرض يقارب 26 درجة شمالًا.
لذلك لا توجد زاوية واحدة يمكن اعتبارها مثالية لجميع مناطق السعودية. ويجب أن يأخذ التصميم النهائي موقع المشروع وظروفه الفعلية في الاعتبار.
ما الفرق بين زاوية الميل والزاوية السمتيّة؟
من المهم عدم الخلط بين زاوية الميل Tilt Angle والزاوية السمتيّة Azimuth Angle.
زاوية الميل تحدد مقدار ميل اللوح عن المستوى الأفقي. أما الزاوية السمتيّة فتحدد اتجاه اللوح على المستوى الأفقي، مثل الجنوب أو الشرق أو الغرب.
وفي السعودية، يكون الاتجاه العام للألواح الثابتة نحو الجنوب مناسبًا في كثير من التطبيقات. بعد ذلك يتم تحديد زاوية الميل المناسبة بناءً على الموقع الجغرافي وهدف النظام.
كما يجب الانتباه إلى أن طريقة التعبير عن الزاوية السمتيّة تختلف بين بعض برامج التصميم والمحاكاة، لذلك من الأفضل التأكد من مرجع الزاوية المستخدم في البرنامج قبل إدخال القيمة.
ما الذي يجب مراعاته عند تركيب الألواح الشمسية؟
لا يعتمد اختيار اتجاه الألواح الشمسية وزاوية تركيبها على الحسابات الهندسية فقط. فهناك عوامل أخرى يمكن أن تؤثر في إنتاج النظام، ومنها:
- تجنب الظلال قدر الإمكان خلال ساعات إنتاج الطاقة.
- مراعاة موقع المبنى واتجاه سطح التركيب.
- اختيار زاوية ميل مناسبة للموقع والهدف من النظام.
- مراعاة تنظيف الألواح وتراكم الغبار، خصوصًا في المناطق الصحراوية.
- استخدام بيانات الإشعاع الشمسي الخاصة بالموقع عند إجراء التصميم التفصيلي.
- استخدام برامج المحاكاة عند الحاجة إلى تقدير الإنتاج السنوي بدقة أكبر.
وتزداد أهمية هذه العوامل في السعودية بسبب ارتفاع درجات الحرارة والغبار في العديد من المناطق، لذلك لا يكفي اختيار الاتجاه والزاوية فقط، بل يجب دراسة ظروف الموقع كاملة.
الخلاصة
يعد اختيار اتجاه الألواح الشمسية وزاوية ميلها خطوة أساسية عند تصميم أي نظام شمسي. وبالنسبة إلى السعودية، يكون الاتجاه العام نحو الجنوب مناسبًا للأنظمة الثابتة في كثير من الحالات، بينما تختلف زاوية الميل المناسبة حسب موقع المشروع وهدف النظام.
ولا توجد زاوية واحدة مثالية لجميع مناطق السعودية أو لجميع المشاريع. لذلك، يفضل تحديد الزاوية النهائية باستخدام خط عرض الموقع وبيانات الإشعاع الشمسي وبرامج المحاكاة المناسبة، مع مراعاة الظلال والغبار وظروف التركيب.
المصادر:
- Solar Potential in Saudi Arabia for Southward-Inclined Flat-Plate Surfaces
- Optimum Tilt Angles of Solar Collectors in Saudi Arabia
