YATAY YÜZEYE GELEN GLOBAL GÜNEŞ IŞINIMININ TAHMİNİ ESTIMATION OF GLOBAL SOLAR RADIATION ON HORIZONTAL SURFACE

Transkript

1 Isı Blm ve Tekğ Ders, 7,, 7-, 007 J. f Thermal Scece ad Techly 007 TIBTD Pred Turkey ISSN YATAY YÜZEYE GELEN GLOBAL GÜNEŞ IŞINIMININ TAMİNİ Kadr BAKIRCI Aaürk Üverses Mühedslk Faküles Maka Mühedslğ Bölümü, 540 Erzurum, abakrc@aau.edu.r (Gelş Tarh: ) Öze: Güeş eerjsyle çalışa ssemler aalz yapmak ç, böleye a üeş ışıım değerler blmes erekmekedr. Bu çalışmada, üeşleme sürese bağlı üzerde değşklk yapılmış bazı Asröm-p eşlkler Erzurum da aylık ralama ülük lbal (plam) üeş ışıımıı ahm ç kullaılablrlğ araşırılmışır. Ayrıca Erzurum da aylık ralama ülük lbal üeş ışıımı hesabı ç, üçücü derecede br eşlk elşrlmşr. Eşlkler perfrmas değerledrmes ç ralama araflı haa (MBE), ahm sadar haaları (RMSE) ve -sask yöemler kullaılmışır. Ölçüle ve eşlklerde elde edle değerler karşılaşırılarak e uyu eşlk bulumuşur. Aahar kelmeler: Glbal üeş ışıımı, Güeşleme süres, Güeş ışıım mdeller. ESTIMATION OF GLOBAL SOLAR RADIATION ON ORIZONTAL SURFACE Absrac: T aalyse he sysems wrk wh slar eery, s requred ha values f he slar rada bel he re have bee kw. I hs sudy, s vesaed wheher sme mdfed Asröm-ype equas relaed sushe hurs wll be used esmae f mhly averae daly lbal slar rada a Erzurum. Als, a hrd-rder equa s develped fr he calcula f he mhly averae daly lbal slar rada a Erzurum. The ma bas errr (MBE), he r mea square errr (RMSE), ad he -sasc mehds were used fr evalua he perfrmace f he equas. The ms suable equa s fud by cmpared wh he values measured ad baed frm he equa. Keywrds: Glbal slar rada, Sushe hurs, Slar rada mdels. SEMBOLLER a,b Amprk kasayılar D Ocak de bare ü sayısı f Düzelme fakörü Aylık ralama ülük lbal ışıım [MJm - -ü] Aylık ralama amsfer dışı ışıım [MJm - -ü] I s Güeş sab [Wm - ] Tplam özlem sayısı Aylık ralama üeşleme süres [saa/ü] Aylık ralama ü uzuluğu [saa/ü] -s -sask medu x. ölçüle değer y. hesaplaa değer Z Dez sevyesde la yükseklk [m] α İsasksel öem sevyes (α=0.0) δ Deklasy açısı [derece] φ Elem [derece] Güeş baış açısı [derece] ω s GİRİŞ Güeş eerjs uyulamalarıda, ssemler asarımıı yapmak ç lk larak hyaç duyula paramerelerde br, böle üeş ışıım yğuluğudur. Güeş ışıım mkarıı belrlemek ç brçk amprk mdel elşrlmşr. Bu mdeller, üeşleme süres, bulululuk ve çevre sıcaklığı b çeşl paramereler kullaılarak elde edlmşr. Aylık ralama ülük lbal üeş ışıımıı ahm emek ç elde edle üeşleme sürese bağlı mdeller brçğu, eelde üzerde değşklk yapılmış Asröm-p eşlklerde luşmakadır. Asröm eşlğ lk larak Asröm (94) arafıda elşrlmşr. Güeşleme süres düyada brçk meerlj sasylarıda ölçülmekedr. Ölçüle bu değerlere bağlı larak elde edle krelasylar le aylık ralama ülük lbal üeş ışıımı ahm yapılablmekedr. Bu kuda, çeşl böleler klm şarlarıa öre blm adamları arafıda brçk çalışma yapılmış ve çeşl eşlkler elde edlmşr (Kılıç ve Özürk, 98; Öelma vd., 984; Akığlu ve Ecev, 990; Tırıs vd., 996; Aksy, 997; Üle ve Özbala, 000; Tğrul ve Tğrul, 00; Üle ve epbaşlı, 004; Tahra ve Sarı, 005). Bu çalışmada, Erzurum l (elem: 9.55, bylam: 4.6, rakım: 869 m) ç yaay yüzeye ele aylık ralama ülük lbal üeş ışıımı, leraürde Türkye ç verle çeşl leer, kc ve üçücü derecede eşlkler kullaılarak hesaplamış ve elde edle suçlar karşılaşırılmışır. Ayrıca Erzurum da 7

2 aylık ralama ülük lbal üeş ışıımı hesabı ç, üçücü derecede br eşlk elşrlmşr. Bu eşlk, Devle Meerlj İşler Geel Müdürlüğü ü yılları arasıdak ölçümlerde alıa, Erzurum ç yaay yüzeye ele aylık ralama ülük lbal üeş ışıımı ve üeşleme süres değerler kullaılarak elde dlmşr. Aylık ralama ülük lbal üeş ışıımı hesaplamalarıdak aylık ralama değerler hesaplaırke, Kle (977) arafıda öerle her ayı ralama değerler vere üler kullaılmışır. KULLANILAN MODELLER Güeşleme sürese bağlı eşlkler eel frmülü, aylık ralama ülük lbal üeş ışıım, aylık ralama amsfer dışı üeş ışıım, üeşleme süres ve ü uzuluğu lmak üzere, = a + b () şekldedr. Burada, Asröm kasayıları larak da adladırıla a ve b değerler amprk sablerdr. ve değerler sırasıyla aşağıdak eşlkler yardımıyla hesaplaır (well vd. 98; Duffe ve Beckma, 99): 4 πωs = Isf cs( ϕ)cs( δ)s( ωs ) + s( ϕ)s( δ) π () 80 = cs [ a( δ) a( ϕ) ] () 5 Burada, I s üeş sab (=5 Wm - ), f düzelme fakörü, δ deklasy açısı, φ elem (derece) ve ω s üeş baış açısı larak fade edlr. Yukarıda eçe f, δ ve ω s değerler: 60D f = cs (4) 65 ( D 84) 60 + δ =.45s (5) 65 [ a( ϕ) a( δ) ] ω = cs (6) s eşlkler le hesaplaır (well vd. 98; Duffe ve Beckma, 99). Burada, D Ocak a bare ü sayısıı fade eder. Eşlk () de yer ala a ve b reresy kasayıları, çeşl böleler ç ölçüle üeş ışıım değerlere bağlı larak hesaplamışır. Aşağıda Türkye de bazı ller ç elde edle üeşleme sürese bağlı leer, kc ve üçücü derecede eşlkler verlmşr: Mdel-: Kılıç ve Özürk (98) Türkye ç Eşlk () dek a ve b kasayılarıı, aşağıdak eşlkler yardımıyla hesaplamışlardır: a = Z cs( ϕ δ) (7) b = cs( ϕ δ) (8) Mdel-: Öelma vd. (984) Adaa ve Akara ller ç elde ekler kc derecede eşlğ, aşağıdak b fade emşlerdr: = (9) Mdel-: Akığlu ve Ecev (990) arafıda Türkye ç elde edle kc derecede eşlk, aşağıdak şekldedr: = (0) Mdel-4: Tırıs vd. (996) arafıda Gebze ç elde edle ölçüm suçlarıda harekele elde ekler leer eşlk, = şekldedr. Mdel-5: () Aksy (997) Akara, Aalya, İzmr, Kya, Samsu ve Urfa ç elşrmş lduğu kc derecede eşlk, aşağıdak şekldedr: = () Mdel-6: Üle ve Özbala (000) arafıda İzmr (Brva) ç elşrle kc derecede eşlk, aşağıda belrldğ bdr: = () 8

3 Mdel-7: Tğrul ve Tğrul (00) arafıda, Akara, Aalya, İzmr, Yehsar (Aydı), Yumuralık (Adaa) ve Elazığ ç aylık ralama lbal ışıım ç, MBE ve RMSE değerler, MBE = = ( y x ) (8) = (4) RMSE = = ( y x ) / (9) şeklde leer br eşlk elşrlmşr. Mdel-8: Üle ve epbaşlı (004) arafıda Akara, İsabul ve İzmr ller ç elde ekler üçücü derecede eşlk, = (5) şekldedr. Mdel-9: Tahra ve Sarı (005) Ora Karadez Böles (Amasya, Çrum, Ordu, Samsu ve Tka) ç elde ekler üçücü derecede eşlk, aşağıda şeklde fade edlmşr: = (6) Ayrıca bu çalışmada, Devle Meerlj İşler Geel Müdürlüğü de alıa ölçüm verler kullaılarak üçücü derecede br eşlk elşrlmşr. Erzurum ç yaay yüzeye ele aylık ralama ülük lbal üeş ışıımı hesabı ç elşrle bu eşlk: = (7) şekldedr. MUKAYESE METOTLARI Leraürde, üeş ışıımı ahm mdeller sasksel larak değerledrmek ç kullaıla çeşl es meları bulumakadır. Bu çalışmada, farklı mdellerde elde edle suçlar, ralama araflı haa (Mea Bas Errr, MBE), ahm sadar haaları (R Mea Square Errr, RMSE) ve -sask (-s) yöemler kullaılarak karşılaşırma yapılmışır. eşlkler le hesaplamışır (Ma ve Iqbal, 984; Erek ve Yaldız, 000). Burada, x. ölçüle değer, y. hesaplaa değer ve se plam özlem sayısıı öserr. MBE se br mdel uzu döemde öserdğ perfrması br ölçüsü lup MBE değer düşük lması ser. Pzf değerler, mdel erçek değerde daha yüksek değer verdğ, eaf değerler se, daha düşük değerler verdğ öserr (Ma ve Iqbal, 984). RMSE değerler, hesaplaa ve ölçüle değerler arasıdak sapmayı ösererek krelasyları kısa döem perfrması hakkıda bl verr (Ma ve Iqbal, 984). RMSE değer e kadar küçükse mdel perfrması kadar yüksekr. Yukarıda yapıla açıklamalarda da alaşılacağı üzere, her br es (RMSE ve MBE) mdel perfrmasıı ösermek ç ek başıa yeerl lmadığı açıkır. Br mdel, büyük br RMSE değere karşı küçük br MBE değere sahp lması mümküdür. Dğer arafa, br mdel ldukça küçük br RMSE değere karşı çk küçük br MBE değer ösermes de mümküdür (Se, 99). Bu bakımda lave larak -sask kullaılmışır. Br sasksel ösere la -sask, mdeller karşılaşırılmasıda kullaıldığı b, ayı zamada mdellerde hesaplaa değerler belrl br üve sevyesde sasksel br öeme sahp lup lmadıklarıı da ösereblmekedr (Se, 99). MBE ve RMSE değerlere bağlı larak -sasğ, ( ) / MBE s = (0) RMSE MBE eşlğ le hesaplamışır (Se, 99; Tğrul ve Tğrul, 00). Bu yöemde de -s değer e kadar küçükse mdel perfrması kadar ydr. Mdelde hesaplaa değerler sasksel larak öeml lup lmadıklarıı belrlemek ç, öce sask abllarıda -krk değer belrlemes erekr. Daha sra - serbeslk derecesde ve α öem sevyesde α/ değer buluur. Mdelde hesaplaa değerler, -α üve sevyesde sasksel öeme karar verleblmes ç, hesaplaa -s değer -krk değerde daha küçük lması erekr (Se, 99). 9

4 Tabl. Erzurum ç yaay yüzeye ele aylık ralama ülük lbal üeş ışıımı (MJm - -ü) le mdeller MBE, RMSE ve -sask değerler (α = 0.0 ve = ç -krk =.06). Aylar Mdel- Mdel- Mdel- Mdel-4 Mdel-5 Mdel-6 Mdel-7 Mdel-8 Mdel-9 Eş. (7) Ocak Şuba Mar Nsa Mayıs azra Temmuz Ağuss Eylül Ekm Kasım Aralık MBE RMSE s (MJm - -ü) Ölçüm Mdel-8 Eşlk (7) 0 O Ş M N M T A E E K A Aylar Şekl. Yaay yüzeye ele aylık ralama ülük lbal üeş ışıımıı aylara öre değşm. MODELLERİN ANALİZİ VE KARŞILAŞTIRMA Erzurum ç yaay yüzeye ele ülük lbal üeş ışıımı, leraürde mevcu bazı mdellerde ve bu çalışmada elşrle br eşlke hesaplamış ve suçlar çeşl mukayese meları le karşılaşırılmışır. Tabl de farklı mdeller yardımıyla hesaplaa Erzurum ç yaay yüzeye ele aylık ralama ülük lbal üeş ışıımı değerler le MBE, RMSE ve - sask değerler verlmşr. Tabl celedğde, e düşük RMSE ve MBE değer Eş. (7) ve e düşük -s değer se Üle ve epbaşlı (Mdel-8) mdel verdğ örülmekedr. Şekl de se ölçüm le e y değerler vere Mdel-8 ve Eş. (7) de elde edle suçlara öre, Erzurum ç yaay yüzeye ele aylık ralama ülük lbal üeş ışıımıı aylara öre değşmler öserlmşr. SONUÇLAR Yaay yüzeye ele lbal üeş ışıım mkarıı hesaplamasıda 9 değşk mdel ve bu çalışmada elşrle eşlğ perfrması, MBE, RMSE ve - sask mukayese meları kullaılarak araşırılmışır. er üç mukayese medua öre, üm eşlkler arasıda eel br değerledrme yapıldığıda e y suçları, MBE=0.065 ve RMSE=0.859 değerler le bu çalışmada elşrle Eş. (7) verrke, -sask bakımda e y sucu se -s=0.0 değer le Mdel-8 verdğ örülmüşür. MBE, RMSE ve -sask mukayese melarıa öre sırasıyla e y üç eşlğ; ) MBE değere öre, MBE=0.065 değer le bu çalışmada öerle Eş. (7), MBE=0.0 değer le Üle ve epbaşlı (004) arafıda öerle Mdel-8 ve MBE=-0. değer le Öelma vd. (984) arafıda öerle Mdel- ) RMSE değere öre, RMSE=0.859 değer le bu çalışmada öerle Eş. (7), RMSE=.8 değer le Tahra ve Sarı (005) arafıda öerle Mdel-9 ve RMSE=.678 değer le Üle ve epbaşlı (004) arafıda öerle Mdel-8 ) -sask değere öre brbre çk yakı değerlerle, -s=0.0 değer le Üle ve epbaşlı (004) arafıda öerle Mdel-8, -s=0. değer le Öelma vd. (984) arafıda öerle Mdel- ve -s=0.5 değer le bu çalışmada öerle Eş. (7) şeklde lduğu örülmüşür. Eşlkler sasksel larak değerledrldğde, Mdel-4 harç dğer üm eşlkler α=0.0 sasksel öem sevyesde kabul edleblr -krk=.06 değer alıda lması, bu eşlkler Erzurum ç kullaılablr elke lduklarıı ösermşr. TEŞEKKÜR Erzurum le a meerljk verler sağladığı ç, Devle Meerlj İşler Geel Müdürlüğü e eşekkür ederm. 0

5 KAYNAKLAR Akığlu, B. G. ad Ecev, A., Csruc f a quadrac mdel us mdfed Asröm ceffces esmae lbal slar rada, Slar Eery 45, 85-9, 990. Aksy, B., Esmaed mhly averae lbal rada fr Turkey ad s cmpars wh bservas, Reewable Eery 0, 65-6, 997. Asröm, A., Slar ad erresral rada, Quarerly Jural f Ryal Meerlcal Scey 50:-5, 94. Duffe, J. A. ad Beckma W. A., Slar Eeer f Thermal Prcesses, Jh Wley ad Ss, Ic., New Yrk, 99. Erek, C. ad Yaldız, O., Cmpars f sme exs mdels fr esma lbal slar rada fr Aalya (Turkey), Eery Cvers ad Maaeme 4, -0, 000. well, J. R., Baer, R. B. ad Vle G. C., Slar- Thermal Eery Sysems Aalyss ad Des, McGraw-ll Ic., New Yrk, 98. Kılıç, A. ve Özürk, A., Güeş Eerjs, Kpaş Dağıımcılık, İsabul, 98. Kle, S. A., Calcula f mhly averae sla led surfaces. Slar Eery 9, 5-9, 977. Öelma,., Ecev, A. ad Taşdemrğlu, E., A ew mehd fr esma slar rada frm brh sushe daa, Slar Eery, 69-65, 984. Se, R. J., Imprved sascal prcedure fr he evalua f slar rada esma mdels, Slar Eery 5, 98-9, 99. Tahra, S. ad Sarı, A., Mdel selec fr lbal ad dffuse rada ver he Ceral Black Sea (CBS) re f Turkey, Eery Cvers ad Maaeme 46, 605-6, 005. Tırıs, M., C. Tırıs, ad I. E. Türe, Crrelas f mhly-averae daly lbal, dffuse ad beam radas wh hurs f brh sushe Gebze, Turkey, Eery Cvers ad Maaeme 7, 47 4, 996. Tğrul, İ. T. ad Tğrul,., Glbal slar rada ver Turkey: Cmpars f predced ad measured daa, Reewable Eery 5, 55-67, 00. Üle, K. ad epbaşlı, A., Slar rada mdels. Par : Cppars ad develp ew mdels, Eery Surces 6, 5-50, 004. Üle, K. ve Özbala, N., İzmr Brva da yaay yüzeye ele plam üeş ışıımıı ölçülmes ve değerledrlmes,. Ulusal Isı Blm ve Tekğ Kres, Sakarya, -8, 000. Ma, C. C. Y. ad Iqbal, M., Sascal cmpars f mdels fr esma slar rada cled surfaces, Slar Eery, -7, 984..Kadr BAKIRCI, 994 yılıda Aaürk Üverses Mühedslk Faküles Maka Mühedslğ Bölümüde mezu ldu. 997 yılıda Aaürk Üverses Mühedslk Faküles Maka Mühedslğ Bölümüde Araşırma Görevls ldu. Aaürk Üverses Fe Blmler Esüsü, Maka Mühedslğ Aablm Dalı da 998 yılıda Yüksek Lsas ve 004 yılıda Dkra öğrem amamladı. ale Aaürk Üverses Mühedslk Faküles Maka Mühedslğ Bölümü Eerj Aablm Dalıda Araşırma Görevls larak çalışmakadır.