سیستمهای نورگیر خورشیدی با استفاده از آینههای بازتابنده، نور خورشید را به داخل ساختمان منتقل میکنند. دو پیکربندی رایج در این فناوری شامل سیستم تکآینهای و سیستم چندآینهای است. تفاوت اصلی این دو سیستم در نحوهی دریافت و بازتاب نور و در نتیجه در ابعاد و شدت پرتو بازتابی نور به داخل نورگیر است. در این مقاله نشان داده میشود که کوچک بودن لکه نوری در سیستم تکآینهای ناشی از محدودیت هندسی زاویه آینه و کاهش طول مؤثر بازتاب است، در حالیکه سیستم چندآینهای با تفکیک وظیفهی دریافت و هدایت نور، این محدودیت را برطرف کرده و انتقال نور وسیعتر و کارآمدتری ایجاد میکند. ابتدا چند تفاوت دو سیستم را بیان میکنیم.
تفاوت های سیستم های تک آینه ای و چند آینه ای:
- در سیستم تک آینه ای سازه فلزی بر روی نورگیر نصب می شود و باکس فلزی بر روی آن اجرا می گردد تا سیستم آینه بر روی آن اجرا گردد. در حالی که در سیستم چند آینه ای نیاز به طراحی بهترین موقعیت نصب سیستم و تعیین موقعیت تعدادی سکو بر روی پشت بام می باشد.
- سیستم تک آینه ای روی نورگیر نصب میشود و فضای کمتری نسبت به سیستم چند آینه ای اشغال میکند.
- در سیستم چندآینهای، آینه متحرک این امکان را دارد که بهطور آزادانه در زوایای مختلف بچرخد و نور خورشید را منتقل کند. اما در سیستم تکآینهای، تنها آینه موجود بهطور همزمان وظیفه رهگیری نور خورشید در بالا و انتقال آن به بخش پایین نورگیر را بر عهده دارد.
- ابعاد نور بازتابی به داخل نورگیر در سیستم چند آینه ای در طول روز یکنواخت است. در حالی که در سیستم تک آینه ای ابعاد نور در طول روز متغیر است.
در این مقاله میتوانید سایر تفاوت های سیستم های چند آینه ای و تک آینه ای را بررسی نمایید.
سیستم تکآینهای فضای کمتری اشغال می کند و نیاز به اجرای شاسی کشی سازه و ساخت باکس بر روی نورگیر دارد. سیستم چند آینه ای فضای بیشتری اشغال می کند و نیاز به تعدادی سکو جهت نصب آن وجود دارد.
تفاوت ابعاد پرتو نور بازتاب شده به داخل نورگیر(پاسیو) در سیستم تک آینه ای و چند آینه ای:
الف) سیستم تکآینهای
در سیستم تکآینهای، تنها یک آینه متحرک بر روی دهانه نورگیر نصب میشود. این آینه باید به صورت همزمان:
- نور خورشید را دریافت کند.
- نور دریافتی را به داخل نورگیر بازتاب دهد.
به همین دلیل، آینه ناچار است در زاویهای قرار گیرد که هم نور خورشید را دریافت کند، هم نور را به داخل نورگیر بازتاب کند. هنگامی که خورشید در زاویه بالاتری نسبت به زمین قرار دارد، آینه بالا تقریبا در زاویه 85 درجه و نزدیک به عمود قرار گیرد و در این حالت پرتو نور بازتابی بسیار باریکی را به سمت پایین نورگیر میفرستد.
نکته هندسی مهم:
سطح مؤثر آینه برای انتقال نور به داخل دهانه نورگیر برابر است با:
Leffective=L⋅cos (α) که در آن L طول واقعی آینه و α زاویه آینه با افق میباشد.
در سیستم تک آینه ای زمانی که آینه نزدیک به حالت عمودی باشد (α≈90∘)، مقدار cos(α) نزدیک به صفر میشود و طول مؤثر آینه برای بازتاب به داخل نورگیر بسیار کاهش مییابد. بنابراین، پرتو نور کوچکی در دهانه نورگیر تشکیل میشود. ساختار هندسی سیسستم تک آینه ای باعث می شود تا ابعاد و میزان نور در طول روز متغیر باشد. بیشترین زاویه خورشید با افق در فصول مختلف در هنگام ظهر اتفاق میافتد که حدود 80 درجه است. در هنگام صبح نیز کمترین زاویه خورشید با افق در زمانی که نور خورشید شدت مناسب برای بازتاب به داخل نورگیر را دارد (در حدود 8 صبح) به 20 درجه میرسد.
هنگامی که زاویه خورشید با افق 80 درجه باشد، زاویه آینه با افق 85 درجه است و اندازه نور بازتابی به داخل نورگیر حدود 0.1 طول آینه است. در موقع صبح یا بعد از ظهر که نور خورشید با افق زاویه حدودا 20 درجه میسازد، زاویه آینه با افق 55 درجه است و اندازه نور بازتابی به داخل نورگیر حدود 0.6 طول آینه است.
ب) سیستم چند آینهای
در سیستم چند آینهای، وظیفهی دریافت و هدایت نور بین دو آینه تقسیم میشود:
- آینهی متحرک (بیرون نورگیر): تنها وظیفه رهگیری خورشید را دارد.
- آینهی ثابت (روی دهانه نورگیر): تنها وظیفهی هدایت نور به داخل ساختمان را دارد.
در این حالت، آینهی ثابت میتواند زاویهای بهینه و پایدار داشته باشد تا بیشترین سطح مؤثر نور را به داخل نورگیر ارسال کند. به همین دلیل طول موثر نور انتقال داده شده به داخل نورگیر تقریباً معادل کل طول آینه متحرک باقی میماند.
نتیجه آن است که پرتو نور بازتاب شده به داخل نورگیر(پاسیو) در سیستم چند آینهای بزرگتر، یکنواختتر و پرنورتر نسبت به سیستم تکآینهای است.
اگر میخواهید توضیحات بیشتری در مورد نحوه عملکرد سیستم های چند آینه ای را بخوانید به این مقاله مراجعه نمایید. همچنین در این ویدیوها میتوانید اطلاعات بیشتری در مورد سیستم چند آینه ای روشنا کسب نمایید.
در سیستم تکآینهای، یک آینه همزمان نور خورشید را دریافت و به داخل دهانه نورگیر بازتاب میدهد. به همین علت، سطح مؤثر آینه کاهش مییابد و در زاویههای زیاد خورشید، پرتو نور بازتابی، بسیار کوچک (تا حدود ۰.۱ طول آینه) میشود؛ در صبح و عصر این مقدار به حدود ۰.۶ طول آینه میرسد. بنابراین شدت و ابعاد نور در طول روز متغیر است.
در سیستم چند آینهای، آینه متحرک فقط رهگیری نور و آینه ثابت فقط هدایت آن را انجام میدهد. این امر موجب میشود سطح مؤثر آینه ثابت همواره نزدیک به کل سطح آینه متحرک باقی بماند و پرتو بازتابی بزرگتر، یکنواختتر و پرنورتر باشد.
مقایسه عددی ابعاد نور ارسالی به داخل نورگیر در سیستم های تک آینه ای و چند آینه ای:
| نوع سیستم | طول آینه
متحرک |
طول نور بازتابی به داخل نورگیر در زمان های مختلف | ||||
| صبح | قبل از ظهر | ظهر | بعد از ظهر | عصر | ||
| تک آینه ای | 120 سانتی متر | 50 الی 70 سانتی متر | 30 الی 60 سانتی متر | حدود 12 سانتی متر | 30 الی 60 سانتی متر | 50 الی 70 سانتی متر |
| دو آینه ای | 120 سانتی متر | 110 الی 120 سانتی متر | 110 الی 120 سانتی متر | 110 الی 120 سانتی متر | 110 الی 120 سانتی متر | 110 الی 120 سانتی متر |
| سه آینه ای | 120 سانتی متر | 110 الی 120 سانتی متر | 110 الی 120 سانتی متر | 110 الی 120 سانتی متر | 110 الی 120 سانتی متر | 110 الی 120 سانتی متر |
نتیجهگیری
- در سیستم تکآینهای، به دلیل محدودیت زاویهای، طول مؤثر آینه برای بازتاب نور به دهانه با ضریب cos (α) کاهش مییابد. این موضوع در ساعات میانی روز باعث کوچک شدن پرتو نور بازتاب شده به داخل نورگیر(پاسیو) میشود.
- در سیستم چندآینهای، به دلیل ثابت بودن، آینهی نصب شده روی نورگیر میتواند کل سطح خود را برای انتقال نور به کار گیرد، بدون اینکه تحت تأثیر زاویه خورشید قرار گیرد.
- در نتیجه، استفاده از سیستم دوآینهای منجر به افزایش سطح روشنایی، بهبود توزیع نور و کارایی بیشتر در انتقال نور طبیعی به داخل ساختمان میشود.
بدون دیدگاه