تخمین میانگین ماهانه تابش‎های کل خورشیدی روی یک سطح افقی در شهر یزد

امروزه انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی پاک، ارزان و بی‎پایان یکی از مهمترین جایگاه‎ها را در میان منابع مختلف انرژی به خود اختصاص داده است. تحقیق و توسعه کاربردهای انرژی خورشیدی به یکی از دغدغه‎های دنیای حاضر جهت پاسخگویی به نیاز مبرم بشر به انرژی‎های نوین و تجدید‎پذیر تبدیل شده است. در این پژوهش، ابتدا انرژی خورشیدی و جایگاه آن در گروه انرژی‎های تجدید‎پذیر نوین مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر این مفاهیم کلی انرژی خورشیدی و اصول تابش‏ خورشید معرفی شدند. از آن جایی که طراحی سیستم‎های تبدیل انرژی خورشیدی، به دانش دقیقی در مورد قابلیت دسترسی تابش‎های کل خورشیدی نیاز دارد و در نبود داده‎های تشعشعی اندازه‎گیری شده، لازم است از روش‎هایی برای تخمین میانگین ماهانه یا روزانه تابش‎های خورشیدی بر اساس داده‎های هواشناسی قابل دسترس در اکثر ایستگاه‎های هواشناسی استفاده نمود. تاکنون مدل‎های بسیاری برای تخمین تابش کل خورشیدی ارائه و در مکان‎های مختلف مورد آزمایش قرار گرفته‎اند. گستردگی این مدل‎ها و فراوانی پژوهش‎های صورت گرفته در این زمینه بیانگر اهمیت این موضوع می‎باشد. در این تحقیق برای کمک به انتخاب دقیق‎ترین و مناسب‎ترین مدل در هر مکان و برای هر هدف خاص، مطالعه جامعی جهت گردآوری معادلات تابشی موجود، شامل مطالعات انجام شده برای تخمین میانگین ماهانه تابش کل خورشیدی روزانه روی یک سطح افقی، صورت گرفت. پس از گردآوری مدل‎های تابشی موجود، این مدل‎ها بر اساس پارامتر‎های هواشناسی به‎کار رفته در آن‎ها به‎عنوان ورودی مدل، به چهار دسته زیر تقسیم شدند: مدل‎های وابسته به ساعات تابش خورشید، مدل‎های وابسته به ابرناکی، مدل‎های وابسته به دما و مدل‎های وابسته به سایر پارامتر‎های هواشناسی. به سبب کمبود داده‎های تشعشعی تجربی در بیابان‎های مرکزی ایران از جمله یزد (به عنوان یک منطقه مستعد در بهره‎گیری از انرژی تابشی خورشید) و نیز گسترش کاربردهای انرژی خورشیدی به ویژه در ده‎های اخیر، توسعه مدل‎های تابشی قابل اطمینان که امکان استفاده از آن‎ها در مناطق مختلف استان (با توجه به قابلیت دسترسی به پارامتر‎های هواشناسی مختلف) وجود داشته باشد، برای پیش‎بینی انرژی تشعشعی خورشید ضروری به نظر می‎رسد. از این رو در این پژوهش به منظور برآورد میانگین ماهانه تابش کلی خورشید در سطح افقی زمین درشهر یزد از داده‎های مربوط به پارامترهای هواشناسی مختلف برای شهر یزد که از سازمان هواشناسی کشور دریافت شده بود، طی سال‎های 1982-2008 میلادی استفاده گردید. پس از بررسی صحت و کنترل کیفی داده‎ها، از داده‎های موجود در بازه زمانی 1982-2003 میلادی برای مدل‎سازی داده‎ها و از داده‎های اندازه‎گیری شده در فاصله سال‎های 2004 تا 2008 میلادی برای اعتبار‎سنجی روابط استخراج شده استفاده گردید. پس از مقایسه مقادیر محاسبه شده تابش کل با استفاده از مدل‎های واسنجی شده برای شهر یزد با اندازه‎گیری ‎های تابش‎سنجی به‎دست آمده از سازمان هواشناسی کشور و تعیین خطاهای آماری برای هر مدل، مدل‎هایی که دارای بالاترین دقت در هر دسته بودند انتخاب شدند. سپس به منظور دستیابی به دقت بالاتر در تخمین تابش خورشیدی کل در شهر یزد، چندین رابطه ریاضی بین میانگین ماهانه تابش‎ کل خورشید و میانگین ماهانه دیگر پارامترهای هواشناسی مورد بررسی قرار گرفته و روابط جدیدی ارائه شد. با مقایسه عملکرد مدل‎های استخراج شده بر اساس آزمون‎های آماری مختلف، مدل پیشنهادی 1 به دلیل داشتن دقت کافی در تخمین میانگین ماهانه تابش کل خورشیدی روزانه و همچنین استفاده از تنها یک پارامتر هواشناسی ورودی یعنی ساعت آفتابی که در بیشتر ایستگاههای هواشناسی قابل اندازه‎گیری است، به عنوان دقیق‎ترین و مناسب ترین مدل برای تخمین میانگین ماهانه تابش کل خورشیدی روی یک سطح افقی در شهر یزد تعیین شد. علاوه بر این با استفاده از داده‎های اندازه‎گیری شده در بازه زمانی آوریل تا سپتامبر مدل‎هایی برای فصل بهار و تابستان و با استفاده از داده‎های ماه‎های اکتبر تا مارچ مدل‎هایی برای فصل پاییز و زمستان ارائه شد. نتایج به‎دست آمده نشان داد که استفاده از مدل‎های فصلی به میزان زیادی باعث بهبود تخمین تابش کل خورشید در شهر یزد نمی‎شود.