رسم الخرائط الشمسية

المؤلف:  د. سعود يوسف عياش

المصدر:  تكنولوجيا الطاقة البديلة

الجزء والصفحة:  284

25-6-2021

4867

رسم الخرائط الشمسية

إن بالإمكان استخدام الزوايا الشمسية لعمل خرائط شمسية تقدم وصفاً لطبيعة حركة الشمس بالنسبة الى اي نقطة على سطح الأرض، فبدل القيام بعمليات حسابية لإيجاد موقع الشمس بالنسبة الى نقطة على سطح الأرض فان الخرائط الشمسة تسهل من هذه المهمة وتقدم صورة عن حركة الشمس النسبية طوال العام، كذلك فان بالإمكان استخدام هذه الخرائط لحساب زاوية سقوط اشعة الشمس على الأسطح الأفقية والعمودية لأي بناية طوال النهار وهو الأمر الذي يسهل للمعماري ادخال الوسائل الملائمة في تصميم البنايات لحجب الشمس عن بعض اجزاء البناية أو السماح لها بالنفاذ الى الداخل. ويمكن استخدام هذه الخرائط لإيجاد كمية الاشعاع الشمسي الساقطة على الأسطح الأفقية بشكل تقريبي خاصة في ايام الصحو، ولعمل خريطة شمسية لأي نقطة في العالم تتبع الخطوات ا لتالية

١ - ارسم خطين متعامدين احدهما يمثل خط الشمال - الجنوب والآخر خط الشرق-الغرب.

٢ - ثبت فرجاراً في نقطة التقاطع وارسم تسع دوائر تزداد اقطارها بشكل عددي بمعنى أنه اذا كان قطر الدائرة الأولى ١سم فان قطر الدائرة الثانية ٢سم والثالثة ٣سم وهلم جرا.

٣ - رقم هذه الدوائر بحيث تجعل الدائرة الخارجية تمثل صفر درجة والتي تليها تمثل ٠ ١ درجات وهكذا الى أن تصل الى أن مركز الدوائر (خط تقاطع المحورين) يمثل ٩٠ درجة، وتمثل قيم هذه الدوائر بالدرجات زاوية ارتفاع الشمس.

٤ - قسم محيط الدائرة الخارجية الى أقسام متساوية بحيث يمثل كل قسم ٠ ١ درجات وارسم أقطار الدوائر التي تصل بين النقاط المتقابلة وتمر في مركز الدوائر(خط تقاطع المحورين)، وتمثل هذه القيم زاوية السمت الشمسي.

٥ - لتعيين حركة الشمس في أي يوم خلال السنة بالنسبة لمشاهد يقف في مركز الدوائر ابدأ بحساب زاويتي ارتفاع الشمس والسمت الشمسي خلال ساعات النهار، فمن اجل تعيين موقع الشمس في أي لحظة يتطلب الأمر معرفة الزاويتين سالفتي الذكر حسب المعادلات السابقة، فلو اردنا تعيين موقع الشمس كما في المثال السابق فأنها تقع على نقطة على محيط دائرة نصف قطرها ٤٨,٦درجة وتبعد ٤٩,٢ درجة باتجاه الشرق عن الخط الخارج من مركز الدوائر باتجاه الجنوب.

٦ — بعد أن يتم تعيين مواقع الشمس خلال ساعات النهار المخطفة ارسم خطاً يمر في كل هذه النقاط، ويمثل هذا الخط مسار الشمس خلال ذلك اليوم بالنسبة لمشاهد يقف في مركز الدوائر.

علينا ملاحظة أنه اذا كانت حركة الشمس النسبية متماثلة خلال اليوم الواحد حول خط الظهر الشمسي فأنها أيضاً متماثلة حول الخط الذي يصل بين نقطتي الانقلاب الصيفي والشتوي على مدار الأرض حول الشمس، ويعني هذا ان حركة الشمس النسبية من ٢١ يونيو حزيران الى ٢١ ديسمبر كانون الأول مروراً بأشهر يوليو - تموز، واغسطس - آب، وسبتمبر - أيلول، واكتوبر-تشرين الأول، ونوفمبر-تشر ين الثاني تماثل حركتها بين ذات اليومين مروراً بأشهر مايو - أيار، ابريل- نيسان، ومارس - آذار، وفبراير -شباط، ويناير- كانون الثاني، وهذا التماثل في حركة الشمس له اهمية كبيرة في الحسابات الشمسية اذ أنه يسهل من عمل النماذج الرياضية التي تصف حركة الشمس وكميات الاشعاع الشمسي الساقطة في منطقة ما.

في الشكل رقم (١) نقدم خريطة شمسية للكويت تبين حركة الشمس وموقعها بالنسبة لمشاهد يقف في الكويت، ولأجل تعيين موقع الشمس في أي وقت خلال العام فالمطلوب هو معرفة الوقت الشمسي واليوم ومن ثم تعيين النقطة المطلوبة وقراءة زوايا ارتفاع الشمس والسمت الشمسي مباشرة، هناك استعمالات أخرى لهذه الخريطة الشمسية اذ يمكن بواسطتها معرفة زاوية سقوط اشعة الشمس على أي سطح أفقي أو عمودي مهما كان اتجاه هذا السطح العمودي، فبالنسبة للسطح الأفقي يمكن ايجاد زاوية سقوط أشعة الشمس باستعمال العلاقة التالية:-

زاوية ارتفاع الشمس + زاوية سقوط أشعة الشمس =٩٠ درجة

وبإيجاد زاوية ارتفاع الشمس من الخريطة الشمسية يمكن ايجاد زاوية سقوط أشعة الشمس على السطح الأفقي، أما بالنسبة للأسطح العمودية فمن اجل حساب زاوية سقوط اشعة الشمس على أي سطح عمودي ارسم خطاً عمودياً من النقطة التي تمثل موقع الشمس على المحور المتعامد مع الواجهة المذكورة. فمثلا اذا اردنا معرفة زاوية سقوط اشعة الشمس على الواجهة الشرقية في الساعة العاشرة صباحا من يوم ٢١ آذار فأننا نقوم بتعيين موقع الشمس في تلك الساعة ثم نرسم خطا من هذه النقطة سقط عمودياً على المحور الخارج من مركز الدوائر باتجاه الشرق، عند نقطة التقاطع اقرأ قيمة الزاوية واستعمل العلاقة التالية:- زاوية السقوط على الواجهة العمودية = ٩٠- زاوية نقطة التقاطع ففي المثال السابق تكون زاوية السقوط على الواجهة الشرقية لبناية في الكويت في الساعة العاشرة صباحاً بالتوقيت الشمسي في ٢ آذار تساوي ٣١ درجة.