زاویه های خورشیدی - اصول موقعیت خورشیدی

در چشم انداز انرژی تجدید پذیر امروز به سرعت در حال تحول ، بهینه سازی نصب پانل خورشیدی برای به حداکثر رساندن تولید انرژی بسیار مهم است. دو پارامتر اساسی تعیین می کنند که چگونه پانل های خورشیدی شما نور خورشید را به طور مؤثر ضبط می کنند: جهت گیری و شیببشر این عوامل ، هنگامی که به درستی محاسبه می شود ، می توانند به میزان قابل توجهی کارایی سیستم شما و بازده سرمایه گذاری را افزایش دهند.

Orientation refers to the directional facing of your panels relative to the sun’s path (typically measured as azimuth angle), while tilt represents the angular position relative to the horizontal ground. Together, these parameters determine how directly sunlight strikes your panels throughout the day and across seasons.

علم پشت زاویه خورشید

بهینه سازی انرژی خورشیدی به درک چندین رابطه زاویه ای بهم پیوسته متکی است:

Solar Declination (δ)

The Earth’s axial tilt of 23.45° relative to its orbital plane creates a daily variation in the angle between the Earth-Sun line and Earth’s equatorial plane. This angle, known as solar declination (δ), can be calculated using:

δ = 23.45° × sin[360° × (284 + N)/365]

Where N represents the day of year (with January 1 = 1).

مختصات موقعیت خورشیدی

موقعیت خورشید توسط:

• Solar altitude (β): زاویه بین خورشید و هواپیمای افقی
• Solar azimuth (ϕ): جابجایی زاویه ای از جنوب واقعی که در صفحه افقی اندازه گیری می شود

روابط سطح خورشیدی

For optimal energy capture, we must determine the angle of incidence (θ) between direct solar radiation and the panel surface normal. This depends on:

• Surface tilt angle (Σ): از افقی اندازه گیری می شود
• Surface azimuth (ψ): جهت گیری سطح نسبت به جنوب واقعی
• Surface-solar azimuth (γ): تفاوت زاویه ای بین آزیموت خورشیدی و آزیموت سطح

محاسبه موقعیت یابی بهینه پانل

The angle of incidence (θ) for any surface with tilt angle Σ can be determined by:

cos θ = cos β × cos γ × sin σ + sin β × cos σ

برای انواع خاص سطح:

Vertical Surfaces (Σ = 90°)

cos θ = cos β × cos γ

Horizontal Surfaces (Σ = 0°)

cos θ = sin β

ملاحظات پیشرفته برای ردیابی خورشیدی

The sun’s position at any hour (τ) is expressed through the hour angle (ω):

ω = 15° × (τ – 12)

جایی که τ زمان خورشیدی را در ساعت ها نشان می دهد ، با ساعات صبحگاهی منفی و ساعات بعد از ظهر مثبت است.

ارتفاع خورشیدی را می توان با:

sin β = sin δ × sin φ + cos Δ × cos φ × cos ω

جایی که φ نشان دهنده عرض جغرافیایی است.

بیشتر در مورد زاویه های خورشیدی بیشتر؟

محوری که در آن زمین می چرخد ​​با زاویه ای از 23.45 درجه به صفحه هواپیمای مداری زمین و استوا خورشید کج می شود. محور زمین منجر به تغییر روز به روز زاویه بین خط زمین-سون و هواپیمای استوایی زمین می شود به نام نرمی خورشیدی δ. این زاویه ممکن است توسط معادله زیر تخمین زده شود:

$$\delta = 23.45 \sin\left[\frac{360}{365}(284 + N)\right]$$

جایی که n = روز سال ، با 1 ژانویه + 1

برای تعیین زاویه بروز θ بین یک پرتوی خورشیدی مستقیم و طبیعی به سطح ، باید سطح آزیموت ψ و آزیموت سطح-قطبی γ شناخته شود. آزیموت سطح خورشیدی توسط γ مشخص شده و تفاوت زاویه ای بین آزیموت خورشیدی و سطح آزیموت ψ است. برای یک سطح رو به شرق جنوب ، γ = ϕ - ψ در صبح ، و γ = ϕ + ψ در بعد از ظهر. برای سطوح رو به غرب جنوب ، γ = ϕ + ψ در صبح و γ = ϕ - ψ در بعد از ظهر. برای سطوح جنوبی ، ψ = 0 درجه ، بنابراین γ = ϕ برای همه شرایط. زاویه های δ ، β و ϕ همیشه مثبت هستند.

Table 1: Solar Declination Values Throughout the Year (2025)

ماه	روز نماینده	Day Number (N)	Declination (δ)
ژانویه	پانزدهم	15	-21.27 درجه
فوریه	پانزدهم	46	-13.28 درجه
مارس	پانزدهم	74	-2.82 درجه
آوریل	پانزدهم	105	9.41 درجه
مه	پانزدهم	135	18.79 درجه
ژوئن	پانزدهم	166	23.31 درجه
جولای	پانزدهم	196	21.52 درجه
اوت	پانزدهم	227	13.78 درجه
September	پانزدهم	258	2.22°
October	پانزدهم	288	-9.97°
نوامبر	پانزدهم	319	-19.15 درجه
دسامبر	پانزدهم	349	-23.34 درجه

جدول 2: زاویه های شیب بهینه بهینه بر اساس عرض جغرافیایی

Latitude (°N)	Optimal Year-Round Tilt (°)	Winter Optimal Tilt (°)	Summer Optimal Tilt (°)
0 (Equator)	0	15	15
10	10	25	5
20	20	35	5
30	30	45	15
40	40	55	25
50	50	65	35
60	60	75	45

Table 3: Surface-Solar Azimuth (γ) Calculation Reference

جهت گیری سطحی	محاسبه صبح	محاسبه بعد از ظهر
شرق جنوب	γ = ϕ - ψ	γ = ϕ + ψ
غرب جنوب	γ = ϕ + ψ	γ = ϕ - ψ
مستقیماً در جنوب	γ = ϕ (ψ = 0°)	γ = ϕ (ψ = 0°)

Table 4: Solar Position Angles at Different Hours (Example for 40°N Latitude on May 15, 2025)

Solar Time (hr)	Hour Angle (ω)	Solar Altitude (β)	Solar Azimuth (ϕ)
6:00	-90 درجه	8.7 درجه	-110.8 درجه
8:00	-60 درجه	28.7 درجه	-88.7 درجه
10:00	-30 درجه	48.0 درجه	-53.8 درجه
12:00 (noon)	0 درجه	58.8 درجه	0.0 درجه
14:00	30 درجه	48.0 درجه	53.8 درجه
16:00	60 درجه	28.7 درجه	88.7 درجه
18:00	90 درجه	8.7 درجه	110.8 درجه

Table 5: Estimated Energy Production Ratio by Orientation and Tilt (Normalized to Optimal)

جهت گیری تابلو	شیب تابلو	نسبت انرژی سالانه	نسبت انرژی تابستانی	نسبت انرژی زمستانی
جنوب	عرض جغرافیایی	1.00	0.98	1.00
جنوب	طول 15 درجه	0.98	1.00	0.93
جنوب	عرض جغرافیایی+15 درجه	0.97	0.93	1.00
شرق	عرض جغرافیایی	0.85	0.87	0.81
غرب	عرض جغرافیایی	0.85	0.87	0.81
SE/SW	عرض جغرافیایی	0.95	0.95	0.94
افقی	0 درجه	0.89	0.95	0.76

جدول 6: مقایسه سیستم ردیابی خورشیدی

نوع سیستم ردیابی	افزایش انرژی در مقابل ثابت	پیچیدگی	الزامات نگهداری	هزینه نسبی
Fixed (optimized)	پایه	کم	حداقل	کم
Single-axis (E-W)	+25-35%	متوسط	معتاد	متوسط
Single-axis (N-S)	+15-20%	متوسط	معتاد	متوسط
دو محور	+35-45%	زیاد	مهم	زیاد
تنظیم دستی فصلی	+4-8%	کم	Low (quarterly)	خیلی کم

این جداول داده های مرجع انتقادی را برای طراحی منظومه شمسی ارائه می دهد و امکان ارزیابی سریع تنظیمات بهینه را بر اساس موقعیت جغرافیایی ، محدودیت های نصب و الزامات عملکرد فصلی فراهم می کند.

برنامه های کاربردی

موقعیت خورشید را می توان از نظر ارتفاع β آن در بالای افق و آزیموت ϕ آن در صفحه افقی اندازه گیری کرد.

درک این روابط به ما امکان می دهد:

1. تعیین موقعیت های بهینه پانل ثابت بر اساس پارامترهای خاص مکان
2. تنظیمات فصلی را محاسبه کنید برای به حداکثر رساندن تولید در طول سال
3. مزایای احتمالی سیستم های ردیابی را ارزیابی کنید در مقابل تاسیسات ثابت
4. تولید انرژی را تخمین بزنید در طول زمان های مختلف روز و سال