طبقه‫ بندی فرکتال روزهای تیپ هواشناسی برمبنای رفتار تابشی (مطالعه موردی: ایستگاه سینوپتیک کرج)

سابقه و هدف: در حال حاضر بخش اعظم انرژی مورد نیاز بشر از طریق سوخت‌های فسیلی تأمین می‫شود. با توجه به کاهش ذخایر سوخت‌های فسیلی و افزایش آلاینده‌ها و در نتیجه تغییرات اقلیمی ناشی از آن، تولید و بکار‌گیری منابع نوین انرژی تجدیدپذیر که آلایندگی کمتری دارند یک ضرورت است. انرژی خورشیدی در میان سایر منابع انرژی تجدیدپذیر به‫‬علت بهینه‌بودن در تولید انرژی، بارزتر است. دانستن اطلاعات مربوط به تابش خورشید در بسیاری از کاربردهای صنعتی، سیستم‌های فتوولتائیک، کشاورزی و طراحی کلکتورهای خورشیدی کاربرد دارد. طی این مطالعه برآورد شاخص فرکتال روزانه تابش و شاخص پاکی آسمان به منظور ارائه یک مدل که امکان طبقه‌بندی روزها به سه تیپ را می‌دهد، بکارگرفته می‌شود. روشی که آستانه‌های بعد فرکتال با استفاده از تابع توزیع تجمعی؛ روزهای ایستگاه کرج را در سه کلاس: آفتابی، نیمه ابری و ابری طبقه‌بندی می‌نماید.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ مواد و روش‌ها: پایگاه داده‌ای این آزمایش شامل داده‌های تابش کل اندازه‌گیری شده در ایستگاه هواشناسی سینوپتیک کرج در بازه زمانی 2014- 2016 و همین‪طور داده‌های ساعات آفتابی همین مدت از ایستگاه موردنظر است. پس از کنترل کیفی داده‌ها با استفاده از الگوریتم مرادی بعد فرکتال داده‌ها بطور روزانه محاسبه گردید. به کمک بعد فرکتال داده‌ها و شاخص شفافیت آسمان طبقه‌بندی روزانه با استفاده از تابع توزیع تجمعی انجام گرفت. طبق این روش برای هر یک از سال‌ها دو آستانه برای بعد فرکتال بدست آمد که با استفاده از این آستانه‌ها روزها در سه کلاس طبقه‌بندی شدند، در ادامه به تحلیل ماهانه داده‌ها پرداخته شد. نتایج و بحث: برطبق نتایج بدست آمده در ایستگاه مورد مطالعه بیشترین درصد وقوع کلاس یک در ماه آگست 2015، بیشترین درصد وقوع کلاس دو در فوریه 2016 و بیشترین درصد وقوع کلاس سه مربوط به مارس 2015 می‌باشد. همچین میزان انحراف معیار کم بعد فرکتال و شاخص پاکی آسمان از میانگین سالانه نشان‌دهنده طبقه‌بندی همگن روزها است، بعلاوه میزان انحراف معیار بالای این دو متغیر در کلاس سه (بیش از 10%) ناشی از وجود روزهای بارانی در این کلاس است که باعث می‌شود سیگنال تابش شکل منظمی داشته باشد و بعد فرکتال در این روزها نزدیک یک محاسبه گردد. تحلیل و بررسی ماهانه بعد فرکتال امکان تشخیص ماه‌هایی که نوسانات تابش در آن اغلب زیاد است و یا ماه‌هایی که سیگنال تابش در آن‌ها منظم است را می‌دهد. این اطلاعات در تعیین سایز سیستم‌های فتوولتاییک و در راستای کاستن از هزینه‌های اولیه طراحی مناسب و ساخت سیستم‌های انرژی خورشیدی مناسب با آب و هوای منطقه موردمطالعه بسیار مفید است.‬‬ نتیجه‌گیری: در این مطالعه به‌منظور بررسی شرایط منطقه مورد نظر جهت استفاده از سلول‌های فتوولتاییک در راستای بهره‌برداری از انرژی خورشیدی روشی جدید ارئه شده است. این روش با آستانه‌های بعد فرکتالی با استفاده از تابع توزیع تجمعی تعریف شده است. از سوی دیگر، امکان طبقه‌بندی روزانه تابش خورشید با استفاده از آستانه D بدست آمده از روش CDF نشان داده شد. طبقه‌بندی تابش خورشید در طراحی و نصب سیستم‌های انرژی خورشیدی بویژه تنظیم PV، بسیار مهم است. روند الگوهای تابش روزانه خورشید اطلاعات با اهمیتی را با توجه به اهمیت فن‌آوری‌های تجدیدپذیر، در اختیار می‌گذارد. اهمیت این فناوری‌ها بعلت گرمایش جهانی و دیگر تاثیرات مثبت در محیط، بسیار زیاد است. تحلیل ارائه شده در این بخش اهمیت زیادی به جهت کاستن از هزینه‌های اولیه به جهت طراحی مناسب و ساخت سیستم‌های انرژی خورشیدی مناسب با آب و هوای ایستگاه، دارا می‌باشد.