توظيف حركة الشمس الظاهرية في الإشعاع الشمسي كطاقة متجددة لمدينة السماوة
دراسة في جغرافية الطاقة
مستخلص الأطروحة
يعد استعمال الطاقة الشمسية كطاقة متجددة انعكاساً طبيعياً للتقدم التكنولوجي لذلك ظهر توجه ضمن دراسات الطاقة المتجددة تعمل على توظيف الإمكانيات المتاحة للطاقة الشمسية لغرض استثمارها بالشكل الأمثل وكذلك تسلط الضوء على تشخيص نسبة فاعلية المقومات والمعوقات ذات البعد المكاني للتوظيف الأمثل لحركة الشمس في الإشعاع الشمسي كطاقة متجددة، ومن هنا ظهرت دراسات عديدة تهدف إلى إيجاد بدائل بعضها ذات علاقة بتقنية المنظومات الشمسية الثابتة والمتحركة وبما ينسجم مع حركة الشمس الظاهرية بهدف زيادة القدرة التوليدية للطاقة من جهة، ودراسات أخرى اهتمت بالبعد المكاني للتوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية من جهة أخرى.
تهدف
الدراسة إلى وضع آلية للتوظيف
الأمثل لحركة الشمس الظاهرية في الإشعاع الشمسي كطاقة متجددة في مدينة
السماوة من
خلال معرفة نسبة التزايد ونسبة التناقص في وفورات الطاقة المكتسبة ضمن
حالتي
الحركة والثبات للخلايا الشمسية الافتراضية المصممة على ثلاثة من الأنماط
المكانية
في البيئة الحضرية لمدينة السماوة ، إذ تضمن النمط المكاني الأول الفضاءات
المفتوحة في المنطقة الخضراء ومنطقة الفضاء المفتوح (الأراضي الجرداء)
والأسطح الأسفلتية، وتمثل النمط المكاني الثاني بأسطح المباني ذات البعد
الأفقي، أما النمط المكاني
الثالث فتمثل بواجهات ذات البعد العمودي لثلاث مباني باتجاهات مختلفة.
اعتمدت الدراسة الرصد الميداني لقياس وفورات الطاقة المتحققة من خلال إجراء المسح المُناخي للمواقع المختارة لأربعة فصول وبواقع أربع رصدات في اليوم ولكل موقع في الساعة(AM700، AM800،AM 1100، PM1300)، واستخدم للرصد جهاز (SPM Power Meter Solar)، وجهاز (LM- 8000A)، بالإضافة إلى استعمال البرامج بهدف بناء قاعدة بيانات لعدة متغيرات ذات العلاقة بمحاكاة مسارات حركة الشمس الظاهرية الرأسية والأفقية وتمثلت في برنامج (Energy 3D programme)، وبرنامج (Autodesk Ecotect Analysis)، وبالإضافة إلى استخدام برنامج (Global MapperV.15) لقياس أبعاد المتغيرات ضمن المجال الحيوي للخلايا الافتراضية، كما استعملت بعض الوسائل الإحصائية في الدراسة تمثلت في الدرجة المعيارية وخط الانحدار المتدرج لكشف نسبة الفاعلية للمتغيرات التصميمية والتخطيطية في تفسير التباين في المعدل السنوي للطاقة المكتسبة ضمن المجال الحيوي المحيط بالخلايا الشمسية الافتراضية في الأنماط الموقعية الثلاث، بهدف تحديد أهم المقومات والمعوقات التي تواجه التوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية .
توصلت الدراسة إلى نتائج أهمها بأن يكون تصميم الخلايا الشمسية المتحركة ينحصر بين زاويتي (130˚-157.5˚) كأفضل اتجاه وفقاً لزاوية البعد الأفقي، إذ يحقق هذا الاتجاه أعلى نسبة تزايد في وفورات الطاقة تزامناً مع حركة الشمس الظاهرية، في حين يكون الاتجاه الأمثل بدلالة زاوية ارتفاع الشمس ينحصر بين (36.4˚- 44.9˚) كأفضل توجيه عمودي عند محاكاة تصميم الخلايا الشمسية باتجاه قرص الشمس أثناء حركتها الظاهرية، أما في النمط المكاني الثالث حقق أعلى نسبة تزايد في وفورات الطاقة بلغت (47.3%) بدلالة زاوية البعد الأفقي (135.8°) وزاوية ارتفاع الشمس (44.9°) وهو الاتجاه الأفضل للتوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية في حال ثبات الخلايا الشمسية.
Abstract
The
use of solar energy as renewable energy is a natural reflection of
technological progress. Therefore, a trend has emerged within renewable energy
studies that works to employ the available capabilities of solar energy for the
purpose of investing it in an optimal manner, and also sheds light on
diagnosing the effectiveness of the components and constraints with a spatial
dimension to optimally employ the movement of the sun in solar radiation as
renewable energy. Hence, many studies have emerged aiming to find alternatives,
some of which are related to the technology of fixed and mobile solar systems
and in harmony with the apparent movement of the sun, with the aim of
increasing the energy generating capacity on the one hand, and other studies focused
on the spatial dimension of optimal utilization of the apparent movement of the
sun on the other hand.
The study aims to develop a mechanism for optimally utilizing the apparent movement of the sun in solar radiation as renewable energy in the city of Samawah by knowing the rate of increase and the rate of decrease in the energy savings gained within the states of motion and stationary virtual solar cells designed in three spatial patterns in the urban environment of the city of Samawah, as it includes The first spatial pattern is the open spaces in the green area, the open space area (bare lands), and the asphalt surfaces. The second spatial pattern is represented by the roofs of buildings with a horizontal dimension, while the third spatial pattern is represented by the facades of three buildings with a vertical dimension in different directions.
The study adopted field monitoring to measure the energy savings achieved by conducting a climate survey of the selected sites for four seasons, at the rate of four observations per day and for each site per hour (AM700, AM800, AM 1100, PM1300). A device (SPM Power Meter Solar) and a device (LM) were used for monitoring. - 8000A), in addition to using programs with the aim of building a database for several variables related to simulating the paths of the sun’s apparent vertical and horizontal movement, represented by the Energy 3D program and the Autodesk Ecotect Analysis program, in addition to using the Global MapperV.15 program to measure Dimensions of variables within the dynamic field of virtual cells Some statistical methods were also used in the study, represented by the standard score and the gradual regression line, to reveal the effectiveness rate of the design and planning variables in explaining the variation in the annual rate of energy acquired within the vital field surrounding the hypothetical solar cells in the three site types, with the aim of identifying the most important components and obstacles facing optimal employment. The apparent movement of the sun.
The
study reached results, the most important of which is that the design of mobile
solar cells is limited to two angles (130˚-157.5˚) as the best direction
according to the angle of the horizontal dimension, as this direction achieves
the highest percentage of increase in energy savings in conjunction with the
apparent movement of the sun, while the optimal direction is in terms of angle
The height of the sun is limited to between (36.4˚ - 44.9˚) as the best
vertical orientation when simulating the design of solar cells towards the disk
of the sun during its apparent movement. As for the third spatial pattern, the
highest percentage of increase in energy savings was achieved, amounting to
(47.3%) as a function of the angle of the horizontal dimension (135.8°). ) and
the angle of elevation of the sun (44.9°), which is the best direction for
optimal use of the apparent movement of the sun in the event that the solar
cells are stationary.
أطروحة
دكتوراه بعنوان
توظيف حركة الشمس الظاهرية في الإشعاع الشمسي كطاقة متجددة لمدينة السماوة
دراسة في جغرافية الطاقة
جاسم وحواح شاتي
الجياشي
Jasim Wihoah Shati Aljayshi
كلية الآداب / جامعة
القادسية
موبايل / 07803342737
تاريخ
المناقشة 24/4/2024
ملخص الدراسة
تهدف الدراسة إلى وضع آلية للتوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية في الإشعاع الشمسي كطا
قة متجددة في مدينة السماوة من خلال معرفة نسبة التزايد ونسبة التناقص في وفورات الطاقة المكتسبة ضمن حالتي الحركة والثبات للخلايا الشمسية الافتراضية المصممة على ثلاثة من الأنماط المكانية في البيئة الحضرية لمدينة السماوة، إذ تضمن النمط المكاني الأول الفضاءات المفتوحة في المنطقة الخضراء ومنطقة الفضاء المفتوح (الأراضي الجرداء) والأسطح الأسفلتية، وتمثل النمط المكاني الثاني بأسطح المباني ذات البعد الأفقي، أما النمط المكاني الثالث فتمثل بواجهات ذات البعد العمودي لثلاث مباني باتجاهات مختلفة. اعتمدت الدراسة الرصد الميداني لقياس
وفورات الطاقة المتحققة من خلال إجراء المسح
المُناخي للمواقع المختارة لأربعة فصول وبواقع أربع
رصدات في اليوم ولكل موقع في الساعة(AM700، AM800،AM 1100، PM1300)، واستخدم للرصد جهاز (SPM
Power Meter Solar)،
وجهاز(LM- 8000A)، بالإضافة إلى استعمال البرامج بهدف
بناء قاعدة بيانات لعدة متغيرات ذات العلاقة بمحاكاة مسارات حركة الشمس
الظاهرية الرأسية والأفقية وتمثلت في برنامج
(Energy 3D programme)، وبرنامج (Autodesk
Ecotect Analysis)،
وبالإضافة إلى استخدام برنامج (Global
MapperV.15)
لقياس أبعاد المتغيرات ضمن المجال الحيوي للخلايا
الافتراضية، كما استعملت بعض الوسائل الإحصائية في الدراسة تمثلت في الدرجة
المعيارية وخط الانحدار المتدرج لكشف نسبة الفاعلية للمتغيرات التصميمية
والتخطيطية في تفسير التباين في المعدل السنوي للطاقة المكتسبة ضمن
المجال الحيوي المحيط بالخلايا الشمسية الافتراضية في الأنماط الموقعية الثلاث،
بهدف تحديد أهم المقومات والمعوقات التي تواجه التوظيف الأمثل لحركة الشمس
الظاهرية .
توصلت الدراسة إلى نتائج أهمها بأن يكون تصميم الخلايا الشمسية المتحركة ينحصر بين زاويتي
(130˚-157.5˚) كأفضل اتجاه وفقاً لزاوية البعد الافقي إذ يحقق هذا الاتجاه اعلى نسبة تزايد في وفورات الطاقة تزامناً مع حركة الشمس الظاهرية، في حين يكون الاتجاه الأمثل بدلالة زاوية ارتفاع الشمس ينحصر بين (36.4˚- 44.9˚) كأفضل توجيه عمودي عند محاكاة تصميم الخلايا الشمسية باتجاه قرص الشمس أثناء حركتها الظاهرية ، أما في النمط المكاني الثالث حقق أعلى نسبة تزايد في وفورات الطاقة بلغت(47.3%) بدلالة زاوية البعد الأفقي (135.8°) وزاوية ارتفاع الشمس (44.9°) وهو الاتجاه الأفضل للتوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية في حال ثبات الخلايا الشمسية.مشكلة الدراسة
تتمثل مشكلة الدراسة الرئيسة (هل يمكن توظيف حركة
الشمس الظاهرية في الإشعاع الشمسي لإنتاج الطاقة المتجددة لمدينة السماوة؟)، وتتمحور المشكلة على
مجموعة من التساؤلات الثانوية تشكل الإجابة عنها أحد
أهم أهداف البحث العلمي، وعلى النحو الأتي:
أ- هل تتباين مكانياً وزمانياً خصائص معدل الإشعاع الشمسي الواصل
للخلايا الشمسية باختلاف الأنماط المكانية لتموضع
الخلايا الشمسية ضمن النطاق العمراني لمدينة السماوة؟
ب- ما نسبة فاعلية العوامل التصميمية والتخطيطية كمتغيرات موقعية
وموضعية ضمن النسيج العمراني في تحديد وفورات الطاقة الناتجة من تزامن اتجاه خلايا
المنظومات الشمسية مع تغير حركة موقع قرص الشمس ضمن مسار حركته الظاهرية؟
ت- هل تحقق عملية تلازم حركة واجهات الخلايا الشمسية الموجهة باتجاه موقع قرص الشمس خلال حركتها الظاهرية وفورات في الطاقة الشمسية ذات جدوى اقتصادية؟.
ث- كيف يمكن تقييم مستوى التوظيف الأمثل
لحركة الشمس الظاهرية وفقاً لوفورات الطاقة ضمن بعديها المكاني والزماني نتيجة
لحركة الخلايا الشمسية؟
ج- ما التوجهات المستقبلية والبدائل المقترحة للتوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية وفقاً للاعتبارات السكانية والاقتصادية والبيئية لمدينة السماوة؟.
2- فرضية الدراسة
طرحت فرضية الدراسة الرئيسة بأنه يمكن توظيف
حركة الشمس الظاهرية في الإشعاع الشمسي لتحقيق وفورات من الطاقة الشمسية لمدينة
السماوة، أما الفرضيات الفرعية جاءت على النحو
الأتي:
أ- تتباين خصائص الإشعاع الشمسي مكانياً نتيجة اختلاف خصائص السطح المستلم للإشعاع ضمن الفضاءات المفتوحة أو على أسطح المباني وواجهاتها، وتتباين زمانياً على مستوى ساعات الرصد وفصول السنة.
ب- للعوامل
التصميمية والتخطيطية نسبة فاعلية متباينة كمتغيرات موضعية وموقعية للخلايا
الشمسية ضمن النسيج الحضري لمدينة السماوة في
تحديد التوظيف الأمثل لحركة الشمس
الظاهرية، ووفورات الطاقة المكتسبة نتيجة تزامن اتجاه وحركة واجهات الخلايا مع
حركة الشمس الظاهرية.
ت- تتحقق وفورات في الطاقة المكتسبة عندما تلازم حركة واجهات الخلايا الشمسية موقع قرص الشمس ضمن مسار حركته الظاهرية في مدينة السماوة.
ث- يمكن تقييم مستوى التوظيف الأمثل
لحركة الشمس الظاهرية وفقاً لوفورات الطاقة المتحققة بدلالة نسبة التزايد أو التناقص
باختلاف الأنماط المكانية ضمن حالتين أخذ بنظر
الاعتبار (الحركة، السرعة، الاتجاه) لقرص الشمس، أو عدم الأخذ
بالاعتبار لهذه المتغيرات عند نصب الخلايا.
ج- كنتيجة للتوظيف الأمثل لحركة
الشمس الظاهرية في المستقبل المنظور الدور في تزايد وفورات الطاقة والتي لها الدور
في تزايد فاعلية استثمار الطاقة الشمسية كطاقة المتجددة وفقاً للاعتبارات السكانية
والاقتصادية والبيئية.
هدف الدراسة
أهم أهداف
الدراسة على النحو الأتي:-
أ- تهدف الدراسة إلى التوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية والإشعاع
الشمسي لنماذج من الأنماط المكانية المختارة ضمن النسيج الحضري لمدينة السماوة
لغرض إجراء مقايسة مكانية على أساس وفورات الطاقة الناتجة من الخلايا الشمسية.
ب- توفير أطر معرفية عن المتغيرات المحددة
للطاقة المتجددة ذات البعد المكاني ضمن النسيج الحضري لمدينة السماوة بهدف اسناد خطط التنمية المستدامة الخاصة بالطاقة المتجددة عن طريق القرارات التخطيطية للتجمعات العمرانية حاضراً ومستقبلاً.
ت- تقييم مقدار الإشعاع الشمسي المستلم لواجهات الخلايا الشمسية عبر
تحليل المؤشرات الإحصائية للمتغيرات الموضعية والموقعية لتصميم منظومات الخلايا
الشمسية، وتحديد فاعلية خصائص المكان بما يتضمنه من عوامل تخطيطية وتصميمية كأحد
محددات التوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية.
ث- دراسة
العوامل المساهمة في تباين التوزيع المكاني والزماني للطاقة الشمسية وتحديد الموقع
الأمثل لمنظومة الشمسية ضمن النسيج الحضري لمدينة
السماوة.
ج- طرح البدائل كمقترحات
لتعزيز مقومات التوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية وإزالة معوقاتها الموضعية وبما
يسهم في تحديد المرتكزات التصميمية والتخطيطية لإمكانية التوظيف الأمثل لحركة الشمس
الظاهرية لتوليد الطاقة الشمسية.
أهمية الدراسة
يمكن تلخيص أهم
النقاط التي توضح أهمية الدراسة على النحو الأتي:-
أ- حاجة مدينة السماوة الى حلول علمية لتوفير مصادر الطاقة المتجددة.
ب- تتمثل أهمية الدراسة على اعتبارها محاولة جادة في دراسة الطاقة الشمسية والعوامل ذات الأبعاد المكانية المؤثرة في التوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية في الإشعاع الشمسي كطاقة متجددة في مدينة السماوة.
ت- وضع تصور لمستقبل الطاقة الشمسية والمقترحات العلمية والعملية
والحلول للمشكلات والتي تعد عقبة أمام التوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية في إنتاج
الطاقة الشمسية.
ث- المساهمة في الاقتصاد المعرفي لفلسفة جغرافية الطاقة من خلال
التعرف على المقومات المكانية لخلايا الطاقة الشمسية في مدينة السماوة وإمكانية
استثمارها بشكل أمثل حاضراً ومستقبلاً.
ج- كما تهدف الدراسة إلى تحديد المقومات والمعوقات المؤثرة في مستوى
الطاقة الشمسية التي تصل إلى أسطح الخلايا المصممة لواجهات المباني ، بهدف
المساهمة في تحويل العمارة من مستهلكة للطاقة إلى منتجة لها، وبما يضمن تحقيق
العمارة المستدامة.
هيكلية الدراسة
لغرض الوصول إلى الأهداف المطلوبة، اقتضت
هيكلية الدراسة تقسيم فصولها، وكما مبين في شكل (1)، ويمكن إيجاز عناوين فصل
الدراسة على النحو الأتي:
الفصل الأول: وتضمن
الإطار النظري بيان المفاهيم العلمية والدراسات السابقة وطريقة العمل والبرامج والأجهزة المستعملة في
الدراسة، فضلاً عن الإطار الفلسفي لتوظيف حركة الشمس الظاهرية في الإشعاع الشمسي
كطاقة متجددة وفق المنظور الفكري للمدارس المفسرة لعلاقة الإنسان بالطاقة.
الفصل الثاني:
تناول خصائص شدة الإشعاع
الشمسي الواصل إلى الخلايا الافتراضية ضمن الأنماط المكانية الثلاثة
في النطاق العمراني لمدينة السماوة، إذ اختص المبحث الأول بخصائص الإشعاع في
النمط المكاني الأول (الفضاءات المفتوحة)، وتناول المبحث الثاني خصائص الإشعاع
في النمط المكاني الثاني (اسطح المباني) في حين تناول المبحث الثالث خصائص الإشعاع
الشمسي في النمط المكاني الأول (واجهات المباني).
الفصل الثالث: ركّز على العوامل
المحددة لتوظيف حركة الشمس الظاهرية في الإشعاع الشمسي لمدينة السماوة، واهتم المبحث الأول بالعوامل المحددة ذات العلاقة بخصائص الغلاف الجوي، أما المبحث الثاني تضمن العوامل المحددة ذات العلاقة بالزوايا الشمسية المحددة لموقع قرص الشمس، في حين تطرق المبحث الثالث إلى المعالجة الإحصائية للعوامل التصميمية والتخطيطية المفسرة لمقدار المكتسب من الطاقة في مواقع الرصد نتيجة حركة الشمس الظاهرية.الفصل الرابع: ويعرض تقييم مستوى توظيف حركة الشمس الظاهرية في توليد
الطاقة وفقاً للبعد المكاني والزماني لمنظومة الخلايا الشمسية، إذ اهتم المبحث الأول بمستوى وفورات
الطاقة وفقاً لتوظيف حركة وثبات الخلايا المنسجمة مع حركة الشمس الظاهرية ضمن حقول
الأنظمة الكهروضوئية للفضاء المفتوح، أما المبحث الثاني تناول مستوى وفورات
الطاقة في الخلايا المثبتة على أسطح المباني، في حين اهتم المبحث الثالث بمستوى وفورات
الطاقة ضمن الخلايا المتموضعة في واجهات الأبنية.
الفصل الخامس: تطرق إلى التوجهات المستقبلية والبدائل الاستراتيجية للتوظيف الأمثل للطاقة الشمسية وفقاً للاعتبارات السكانية والاقتصادية والبيئية ، إذ اهتم المبحث الأول تقييم التوجهات المستقبلية لوفورات الطاقة وفقاً للنمو السكاني، أما المبحث الثاني اهتم بتقييم وفورات الطاقة وفقاً للاعتبارات الاقتصادية والبيئية، في حين ركز المبحث الثالث على البدائل الاستراتيجية لتعزيز مقومات التوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية وإزالة معوقات توظيف حركة الشمس الظاهرية لإنتاج الطاقة المتجددة في مدينة السماوة.
مبررات وأسباب الدراسة
أ- توفر الدراسة مادة علمية يمكن الإستفادة منها في مجال توليد الطاقة
المتجددة من الإشعاع الشمسي، كما يمكن تطبيق نتائجها على مناطق أخرى وبخصائص
مشابهه.
ب- إمكانية استثمار الطاقة
الشمسية كأحد مشاريع التنمية المستدامة في السماوة كحلول بديلة عن الطاقة الأحفورية لسد النقص في توفير الطاقة
لاسيما في أوقات الذروة والتخلص من تلوث الوقود الأحفوري وتأثيرها على صحة
الإنسان، والتطلع إلى حل هذه المشكلة.
ت- كشف العلاقة بين شدة الإشعاع الشمسي والخصائص الموضعية والموقعية لمدينة السماوة وفقاً للتوظيف الأمثل لحركة الشمس الظاهرية.
ث- معرفة الجدوى
الاقتصادية للمنظومات الشمسية ومقارنتها مع محطات الطاقة التقليدية.
drive.usercontent.google-download
0 تعليقات
شكرا لتعليقك .. سيتم الرد عليكم في اقرب وقت ممكن .
كوكب المنى