طبقه‫ بندی فرکتال روزهای تیپ هواشناسی برمبنای رفتار تابشی (مطالعه موردی: ایستگاه سینوپتیک کرج)

در حال حاضر بخش اعظم انرژی مورد نیاز بشر از طریق سوخت های فسیلی تامین می‫شود. با توجه به کاهش ذخایر سوخت های فسیلی و افزایش آلاینده ها و در نتیجه تغییرات اقلیمی ناشی از آن، تولید و بکارگیری منابع نوین انرژی تجدیدپذیر که آلایندگی کمتری دارند یک ضرورت است. انرژی خورشیدی در میان سایر منابع انرژی تجدیدپذیر به‫‬علت بهینه بودن در تولید انرژی، بارزتر است. دانستن اطلاعات مربوط به تابش خورشید در بسیاری از کاربردهای صنعتی، سیستم های فتوولتائیک، کشاورزی و طراحی کلکتورهای خورشیدی کاربرد دارد. طی این مطالعه برآورد شاخص فرکتال روزانه تابش و شاخص پاکی آسمان به منظور ارائه یک مدل که امکان طبقه بندی روزها به سه تیپ را می دهد، بکارگرفته می شود. روشی که آستانه های بعد فرکتال با استفاده از تابع توزیع تجمعی؛ روزهای ایستگاه کرج را در سه کلاس: آفتابی، نیمه ابری و ابری طبقه بندی می نماید.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
پایگاه داده ای این آزمایش شامل داده های تابش کل اندازه گیری شده در ایستگاه هواشناسی سینوپتیک کرج در بازه زمانی 2014- 2016 و همین‪طور داده های ساعات آفتابی همین مدت از ایستگاه موردنظر است. پس از کنترل کیفی داده ها با استفاده از الگوریتم مرادی بعد فرکتال داده ها بطور روزانه محاسبه گردید. به کمک بعد فرکتال داده ها و شاخص شفافیت آسمان طبقه بندی روزانه با استفاده از تابع توزیع تجمعی انجام گرفت. طبق این روش برای هر یک از سال ها دو آستانه برای بعد فرکتال بدست آمد که با استفاده از این آستانه ها روزها در سه کلاس طبقه بندی شدند، در ادامه به تحلیل ماهانه داده ها پرداخته شد.
نتایج و بحث: برطبق نتایج بدست آمده در ایستگاه مورد مطالعه بیشترین درصد وقوع کلاس یک در ماه آگست 2015، بیشترین درصد وقوع کلاس دو در فوریه 2016 و بیشترین درصد وقوع کلاس سه مربوط به مارس 2015 می باشد. همچین میزان انحراف معیار کم بعد فرکتال و شاخص پاکی آسمان از میانگین سالانه نشان دهنده طبقه بندی همگن روزها است، بعلاوه میزان انحراف معیار بالای این دو متغیر در کلاس سه (بیش از 10%) ناشی از وجود روزهای بارانی در این کلاس است که باعث می شود سیگنال تابش شکل منظمی داشته باشد و بعد فرکتال در این روزها نزدیک یک محاسبه گردد. تحلیل و بررسی ماهانه بعد فرکتال امکان تشخیص ماه هایی که نوسانات تابش در آن اغلب زیاد است و یا ماه هایی که سیگنال تابش در آن ها منظم است را می دهد. این اطلاعات در تعیین سایز سیستم های فتوولتاییک و در راستای کاستن از هزینه های اولیه طراحی مناسب و ساخت سیستم های انرژی خورشیدی مناسب با آب و هوای منطقه موردمطالعه بسیار مفید است.‬‬
در این مطالعه به منظور بررسی شرایط منطقه مورد نظر جهت استفاده از سلول های فتوولتاییک در راستای بهره برداری از انرژی خورشیدی روشی جدید ارئه شده است. این روش با آستانه های بعد فرکتالی با استفاده از تابع توزیع تجمعی تعریف شده است. از سوی دیگر، امکان طبقه بندی روزانه تابش خورشید با استفاده از آستانه D بدست آمده از روش CDF نشان داده شد. طبقه بندی تابش خورشید در طراحی و نصب سیستم های انرژی خورشیدی بویژه تنظیم PV، بسیار مهم است. روند الگوهای تابش روزانه خورشید اطلاعات با اهمیتی را با توجه به اهمیت فن آوری های تجدیدپذیر، در اختیار می گذارد. اهمیت این فناوری ها بعلت گرمایش جهانی و دیگر تاثیرات مثبت در محیط، بسیار زیاد است. تحلیل ارائه شده در این بخش اهمیت زیادی به جهت کاستن از هزینه های اولیه به جهت طراحی مناسب و ساخت سیستم های انرژی خورشیدی مناسب با آب و هوای ایستگاه، دارا می باشد.