Effect of adjusting orientation for solar energy applications in multiple climatic zones
- 1. NED University of Engineering and Technology
- 2. University of Karachi
- 3. Sir Syed University of Engineering and Technology
- 4. Ziauddin University
Description
South-facing collectors are the optimum choice for solar applications in the northern hemisphere. However, obstacles may limit the feasibility of this orientation. Therefore, altering the orientation of the collector impacts solar insolation. In this study, the Perez model is utilized to evaluate incoming solar radiation on tilted surfaces for solar collectors in four climatic zones across Pakistan. The results are presented in contour plots to analyze the optimal tilt and orientation for solar applications. The findings of the study indicate substantial energy gains when collectors are placed at optimum angles. More specifically, Quetta leads with a 14.54% increase, followed by Karachi and Multan at 9.81% and 9.3%, respectively, compared to horizontally placed collectors. Analysis of vertical surfaces reveals a notable decrease in monthly solar radiation, especially in Peshawar (37.22%). Monthly adjustments in tilt angles outperform fixed positions, enhancing solar energy intensity. When comparing yearly adjustments with monthly adjustments, Quetta shows the maximum increase of 5.92%, followed by Karachi (4.86%), Multan (4.01%), and Peshawar (3.65%). It is also observed that ±15° azimuth angle change from the south ensures receiving up to 98% of insolation, regardless of the climatic region. Lastly, the validation against the NASA SSE database further highlights the reliability of our simulation model. Overall, the outcomes of the study will contribute to informed solar energy planning in the studied regions.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تعد المجمعات المواجهة للجنوب الخيار الأمثل للتطبيقات الشمسية في نصف الكرة الشمالي. ومع ذلك، قد تحد العقبات من جدوى هذا التوجه. لذلك، فإن تغيير اتجاه المجمع يؤثر على التشمس الشمسي. في هذه الدراسة، يتم استخدام نموذج بيريز لتقييم الإشعاع الشمسي الوارد على الأسطح المائلة لمجمعات الطاقة الشمسية في أربع مناطق مناخية في جميع أنحاء باكستان. يتم تقديم النتائج في مخططات كفاف لتحليل الميل والاتجاه الأمثل للتطبيقات الشمسية. تشير نتائج الدراسة إلى مكاسب كبيرة في الطاقة عند وضع الجامعين في الزوايا المثلى. وبشكل أكثر تحديدًا، تتقدم كويتا بنسبة 14.54 ٪، تليها كراتشي ومولتان بنسبة 9.81 ٪ و 9.3 ٪ على التوالي، مقارنة بالمجمعات الموضوعة أفقيًا. يكشف تحليل الأسطح العمودية عن انخفاض ملحوظ في الإشعاع الشمسي الشهري، خاصة في بيشاور (37.22 ٪). تتفوق التعديلات الشهرية في زوايا الميل على المواضع الثابتة، مما يعزز كثافة الطاقة الشمسية. عند مقارنة التعديلات السنوية بالتعديلات الشهرية، تظهر كويتا أقصى زيادة بنسبة 5.92 ٪، تليها كراتشي (4.86 ٪)، ملتان (4.01 ٪)، وبيشاور (3.65 ٪). ويلاحظ أيضا أن ±15درجة تغير زاوية السمت من الجنوب يضمن تلقي ما يصل إلى 98 ٪ من التشميس، بغض النظر عن المنطقة المناخية. أخيرًا، يسلط التحقق من صحة قاعدة بيانات ناسا SSE مزيدًا من الضوء على موثوقية نموذج المحاكاة الخاص بنا. بشكل عام، ستساهم نتائج الدراسة في التخطيط المستنير للطاقة الشمسية في المناطق التي تمت دراستها.Translated Description (French)
Les capteurs orientés vers le sud sont le choix optimal pour les applications solaires dans l'hémisphère nord. Cependant, des obstacles peuvent limiter la faisabilité de cette orientation. Par conséquent, la modification de l'orientation du capteur a un impact sur l'insolation solaire. Dans cette étude, le modèle de Perez est utilisé pour évaluer le rayonnement solaire entrant sur des surfaces inclinées pour les capteurs solaires dans quatre zones climatiques à travers le Pakistan. Les résultats sont présentés dans des courbes de niveau pour analyser l'inclinaison et l'orientation optimales pour les applications solaires. Les résultats de l'étude indiquent des gains d'énergie substantiels lorsque les collecteurs sont placés à des angles optimaux. Plus précisément, Quetta est en tête avec une augmentation de 14,54 %, suivie de Karachi et Multan avec 9,81 % et 9,3 %, respectivement, par rapport aux collectionneurs placés horizontalement. L'analyse des surfaces verticales révèle une diminution notable du rayonnement solaire mensuel, en particulier à Peshawar (37,22 %). Les ajustements mensuels des angles d'inclinaison surpassent les positions fixes, améliorant l'intensité de l'énergie solaire. En comparant les ajustements annuels avec les ajustements mensuels, Quetta montre l'augmentation maximale de 5,92 %, suivie de Karachi (4,86 %), Multan (4,01 %) et Peshawar (3,65 %). On observe également que le changement d'angle d'azimut de ±15° par rapport au sud assure la réception jusqu'à 98% de l'insolation, quelle que soit la région climatique. Enfin, la validation par rapport à la base de données SSE de la NASA souligne davantage la fiabilité de notre modèle de simulation. Dans l'ensemble, les résultats de l'étude contribueront à une planification éclairée de l'énergie solaire dans les régions étudiées.Translated Description (Spanish)
Los colectores orientados al sur son la opción óptima para aplicaciones solares en el hemisferio norte. Sin embargo, los obstáculos pueden limitar la viabilidad de esta orientación. Por lo tanto, la alteración de la orientación del colector afecta a la insolación solar. En este estudio, el modelo Pérez se utiliza para evaluar la radiación solar entrante en superficies inclinadas para colectores solares en cuatro zonas climáticas de Pakistán. Los resultados se presentan en gráficos de contorno para analizar la inclinación y orientación óptimas para aplicaciones solares. Los hallazgos del estudio indican ganancias sustanciales de energía cuando los colectores se colocan en ángulos óptimos. Más específicamente, Quetta lidera con un aumento del 14,54%, seguido de Karachi y Multan con un 9,81% y un 9,3%, respectivamente, en comparación con los colectores colocados horizontalmente. El análisis de las superficies verticales revela una notable disminución de la radiación solar mensual, especialmente en Peshawar (37,22%). Los ajustes mensuales en los ángulos de inclinación superan a las posiciones fijas, mejorando la intensidad de la energía solar. Al comparar los ajustes anuales con los ajustes mensuales, Quetta muestra el aumento máximo del 5,92%, seguido de Karachi (4,86%), Multan (4,01%) y Peshawar (3,65%). También se observa que el cambio de ángulo azimutal de ±15° desde el sur asegura recibir hasta un 98% de insolación, independientemente de la región climática. Por último, la validación contra la base de datos SSE de la NASA destaca aún más la fiabilidad de nuestro modelo de simulación. En general, los resultados del estudio contribuirán a la planificación informada de la energía solar en las regiones estudiadas.Files
744.pdf
Files
(816.2 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:4fadce5417ac0b5745279828e72bb2a7
|
816.2 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تأثير تعديل الاتجاه لتطبيقات الطاقة الشمسية في مناطق مناخية متعددة
- Translated title (French)
- Effet de l'ajustement de l'orientation pour les applications de l'énergie solaire dans plusieurs zones climatiques
- Translated title (Spanish)
- Efecto del ajuste de la orientación para aplicaciones de energía solar en múltiples zonas climáticas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4390456120
- DOI
- 10.22581/muet1982.2401.2587