3. GÜNEŞ ENERJİSİ
3.1 Yatay ve Eğimli Yüzeye Gelen Güneş Enerjisi
Güneşten çevreye yayılan elektromanyetik dalgalar, 1353 W/m2 şiddetinde dünya atmosferine ulaşır (Duffie ve Beckman, 1980). Güneş ışınları yeryüzüne ulaşıncaya kadar su buharı, toz ve çeşitli gazlardan oluşan atmosfer tarafından hem soğurulur hem de saçılmaya uğratılırlar. Bu iki olaydan soğurulma, güneş ışını şiddetinin azalmasına neden olurken, saçılma da atmosfer dışında yalnız doğrusal ışın bileşeni olan güneş ışınının, bir kısmının yaygın ışın haline dönüşmesine neden olur. Onun için yeryüzüne ulaşan güneş ışını, yaygın ve doğrusal ışın bileşenlerinden oluşur. Gelen güneş ışınlarının, atmosferden geçerken yalnız şiddeti ve özelliği değişmekle kalmaz, bazı dalga boylarının yutulması sonucunda tayfsal dağılımı da değişir. Atmosferde toz ve su buharının artması veya havanın bulutlu olması güneş enerjisinin hem şiddetini hem de yaygın ve doğrusal ışın bileşenlerinin oranını değiştirir. Güneş havuzlarında, gelen ışınımın doğrusal veya yaygın olması, havuzun performansını pek etkilemez. Güneş havuzları için yalnız gelen enerjinin miktarı önemlidir.
Güneşten gelen ışın ile üzerine ışın düşen yüzeyin (güneş havuzu veya kolektör gibi) normali arasındaki açıya θg geliş açısı denir. Buna göre θg açısı;
g d d
cos q = [sin d sin cos f j - sin d cos sin cos f j g +
d s d s
cos d cos cos cos f j w + cos d sin sin cos cos f j g w +
d s
cos d sin sin sin j g w ]
(3.1)eşitliği ile verilir. Burada; δd, deklinasyon (eğiklik) açısı; f, enlem açısı; φ, dikkate alınan (ışın gelen) yüzeyin yatay düzlemle yaptığı eğim açısı; γ, yüzeyin azimut açısı; ws, güneş saat açısıdır.
Gelen ışının yatay düzlemin normali ile yaptığı açıya Zenith açısı denir ve θz
ile gösterilir. Güneş havuzları gibi ışın düşen yüzeyi yatay olan bölgeler için geliş
açısı Zenith
olduğundan güneşin geliş açısı
cos cos sin sin cos cos cos
Burada f
derecesidir. Kuzey yarım k
Çukurova Üniversitesi, UZAYMER için 35 enlemleri kullanılmıştır. w
sabah ( ), öğleden sonra ise ( olduğuna göre, saat 11
1998).
Deklinasyon açısı, g açısıdır ya da başka bir söylemle Şekil 3.1’de görüldüğü gibi b
derecesidir. Kuzey yarım k
Çukurova Üniversitesi, UZAYMER için 35 enlemleri kullanılmıştır. w
), öğleden sonra ise ( olduğuna göre, saat 11
Deklinasyon açısı, g açısıdır ya da başka bir söylemle Şekil 3.1’de görüldüğü gibi b
dir.
Şekil 3.1. Deklinasyon açısının dd(deklinasyon)
açısına eşittir (Duffie ve Beckmann, 1980).
olduğundan güneşin geliş açısı ya da Zenith açısı
g z d d s
cos q = cos q = sin d sin f + cos d cos cos f w
+90), güneş yükseklik açısının bulunacağı böl derecesidir. Kuzey yarım küre için (
Çukurova Üniversitesi, UZAYMER için 35
enlemleri kullanılmıştır. ws saat açısı, güneş tam tepede iken (saat 12 ), öğleden sonra ise (+) değerdedir. Boylamın her 15
olduğuna göre, saat 1100 için 15
Deklinasyon açısı, güneş ışınlarının aylar ve mevs açısıdır ya da başka bir söylemle
Şekil 3.1’de görüldüğü gibi bu açının en büyük değeri yaz
Şekil 3.1. Deklinasyon açısının bir yıldaki
0 50
Çukurova Üniversitesi, UZAYMER için 35
saat açısı, güneş tam tepede iken (saat 12 ) değerdedir. Boylamın her 15
15° iken saat 13
üneş ışınlarının aylar ve mevs
açısıdır ya da başka bir söylemle güneş ışınlarının ekvator düzlemi ile yaptığı açıdır.
u açının en büyük değeri yaz
bir yıldaki değişimi.
50 100
(Duffie ve Beckmann, 1980).
ya da Zenith açısı aşağıdaki gibi
g z d d s
cos q = cos q = sin d sin f + cos d cos cos f w
90), güneş yükseklik açısının bulunacağı böl ), güney yarım k
Çukurova Üniversitesi, UZAYMER için 35°18’ doğu boylamı ve 36 saat açısı, güneş tam tepede iken (saat 12
) değerdedir. Boylamın her 15 iken saat 1300 için +
üneş ışınlarının aylar ve mevs
güneş ışınlarının ekvator düzlemi ile yaptığı açıdır.
u açının en büyük değeri yaz saat açısı, güneş tam tepede iken (saat 12
) değerdedir. Boylamın her 15° derecesi bir saate eşit +15° değerindedir (Karakılçık,
üneş ışınlarının aylar ve mevsimlere göre dünyaya geliş güneş ışınlarının ekvator düzlemi ile yaptığı açıdır.
u açının en büyük değeri yaz ve kış gün saat açısı, güneş tam tepede iken (saat 1200’de) sıfırdır ve derecesi bir saate eşit değerindedir (Karakılçık,
imlere göre dünyaya geliş güneş ışınlarının ekvator düzlemi ile yaptığı açıdır.
ve kış gün dönümlerinde, güneş ışınlarının ekvator düzlemi ile yaptığı açıdır.
dönümlerinde,
Bu açının oluşumundan dolayı güneş ışınları kış gündönümünde en düşük değeri 21 Aralık’ta −23.45° güney enlemine, yaz gündönümünde de 21 Haziran’da +23.45° kuzey enlemine diktir. Deklinasyon açısının yaklaşık değeri Cooper eşitliği ile bulunabilir;
Duffie ve Beckman (1980), atmosfer dışındaki yatay bir yüzeye gelen güneş enerjisini aşağıdaki gibi yazmıştır; ulaşabilen enerji (1353 W/m2); n, yılın günleridir.
Atmosfer dışı yatay yüzeye gelen anlık ışınım miktarı J/m2 cinsinden;
0 gs d s
( )
s( )
Atmosfer dışı gelen güneş enerjisi bulunduktan sonra buradan yararlanılarak yatay ya da eğimli yüzeye gelen (m2’ye düşen) toplam güneş enerjisi radyasyonu (Duffie ve Beckman, 1980) tarafından formüle edilmiştir.
( )
T g( )
Burada IT, yatay düzleme gelen toplam güneş ışınımı, ρg ise yüzey yansıtma oranını ifade etmektedir. Çalışmalarda genellikle kullanılan 0,2 değeri yüzey yansıtma oranı olarak hesaplamalarda esas alınmıştır. a ise yüzey eğim açısıdır. Eğer a=0 ise yatay yüzeye gelen güneş enerjisi bulunur. Yatay düzleme gelen ışığı aşağıdaki gibi elde ederiz.
Ib yatay düzleme gelen saatlik direkt güneş ışınım ve Id ise difüze ışınımdır.
Aralarında şöyle bir bağlantı vardır
T b d
cos sin sin cos cos cos
f - a d + f - a d w
c = q =
q f d + f d w
(3.9)Difüze ışınımı (Id) bulmak için saatlik berraklık indeksine (kt) ihtiyacımız vardır.
Saatlik berraklık indeksi şu şekilde verilmektedir.
t 0
k I
= I
(3.10)
Burada I0 atmosfer dışı yatay düzleme gelen güneş ışınımı değeri olup denklem (3.5) ile hesaplanmıştır. Yatay düzeleme gelen I toplam güneş ışını genellikle meteoroloji tarafından ölçülmektedir. Bulunan saatlik berraklık indeksi hangi değer aralığında ise Erbs ve ark. (1982) tarafından formüle edilmiştir ve difüze ışınım buradan çekilmektedir. Kullanılan formül şu şeklide verilmiştir.
(3.11)
kT değerlerinin çok azı 0,8 den büyüktür. Bu da havanın çok berrak olduğu günler geçerlidir. Bu günlerde ışığın dağılması çok az olduğundan dolayı kT değeri 0,165 alınabilir.