Tarım Makinaları Bilimi Drgisi 5, 1 (3), 37-44 Konya da lık Toplam Günş Işınımının Tahmini İçin Mvut Bazı Modllrin Karşılaştırılması akan Okyay MENGEŞ, Mhmt akan ONMETE lçuk Ünivrsitsi Ziraat Fakültsi Tarım Makinaları Bölümü, Konya hmng@sluk.du.tr Özt : Konya da (37 o 5 Enlm, 3 o 9 Boylam) - yıllarında yatay düzlm gln toplam günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlri 6 ayrı modll hsaplanarak, aynı zaman aralığında ölçüln dğrlri il karşılaştırılmıştır. saplamalarda, Angstrom Prsott Pag, Gariépy, Kılıç v Öztürk, Öglman v ark., amul v wartman v Ogunlad modllri kullanılmıştır. Angstrom Prsott Pag, Gariépy, Öglman v ark., amul v wartman v Ogunlad modllri için rgrsyon katsayıları hsaplanmış v bu katsayılar toplam günş ışınımının tahminind kullanılmıştır. Kılıç v Öztürk modlind kullanılan katsayılar is Konya nın rakımı v nlmi baz alınarak hsaplanmıştır. Tahminin standart hatası (RME) dğrlri kullanılarak n uygun modl saptanmış v bunlara ilavtn tahmini v ölçüln dğrlr arasındaki farkın yüzdsi blirlnmiştir. Araştırma sonuçlarına gör, amul modli il ld diln sonuçların ( RMEort.471) ölçüln dğrlrl iyi bir uyum sağladığı blirlnmiştir. Anahtar klimlr: Toplam günş ışınımı, günşlnm sürsi, rgrsyon. Comparison of om Existing Modls to Estimation of Global Monthly Irradiation at Konya, (Turky) Abstrat : Masurmnts of monthly avrag of daily global solar irradiation on a horizontal surfa in Konya (37 o 5 Latitud, 3 o 9 Longitud ), Turky, during - hav bn ompard with thir orrsponding valus omputd by six modls. Th modifid Angstrom Prsott Pag modl, Gariépy modl, Kılıç and Öztürk modl, Öglman t al. modl, amul modl and wartman and Ogunlad modl wr usd. Rgrssion offiints for fiv modls wr omputd and mployd in th prdition of global solar irradiation. Th offiints usd in Kılıç and Öztürk modl was alulatd by using altitud and latitud at Konya. Root man squar rror (RME) was usd for th dtrmination of th bst suitabl modl. In addition, prntag of diffrn btwn stimatd valu and masurd valu was dtrmind. Th rsults obtaind from amul modl (RMEman.471) is in good agrmnt with masurd valus. Ky words: Global solar irradiation, sunshin duration, rgrssion. GİRİŞ Dünyanın yüzyin düşn günş radyasyon dğrlri, çoğu günş nrji uygulamaları için, önmli giriş paramtrlridir. Bu yüzdn günş nrjili sistmlrin fizibilit çalışmaları için, günş ışınlarının günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlrinin tahmini grklidir. Günümüzd günş radyasyonunun tahmini için birçok modllr gliştirilmiştir. Bu modllrd; atmosfrik basınç, atmosfr dışı günş ışınımı, günşlnm sürlri, bağıl nm, sıaklık, toprak sıaklığı, yağış miktarları, rakım, nlm drsi, bulutluluk oranı gibi mtorolojik vrilrin bir vya birkaçı kullanılmaktadır ( Ertkin v Yaldız ; Aar ). Bu çalışmanın amaı, Konya da - yılları arasında yatay düzlm gln günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlrini tahmin tmk için 6 modlin doğruluğunu kontrol tmk böyl n uygun modli blirlmktir. 37
Konya da lık Toplam Günş Işınımının Tahmini İçin Mvut Bazı Modllrin Karşılaştırılması MATERYAL v YÖNTEM Bu çalışmada, Konya da - yılları arasında yatay düzlm gln toplam günlük günş ışınımının aylık ortalama vrilri kullanılmıştır. Ölçüln bu vrilr yörsl mtoroloji istasyonundan tmin dilmiştir. Çizlg 1 d Konya için bazı oğrafi v iklimsl vrilr vrilmiştir. Çizlg 1. Konya nın bazı oğrafi v iklimsl vrilri Enlm : 37 5 Boylam : 3 9 Rakım (m) :131 lık ortalama sıaklık ( o C ) :11.6 lık ortalama yağış (m) :9.9 lık ortalama rüzgar hızı (m /s):.46 Dünya yüzyind yatay bir düzlm üzrin gln günş ışınımı miktarının tahmini için birçok araştırmaı tarafından birçok modl gliştirilmiştir. Bu çalışmada, bu modllrin 6 sı kullanılmıştır. Çünkü bu modllrd, günş ışınımının tahmini için az sayıda girdi paramtrsin ihtiyaç duyulmaktadır. Kullanılan Modllr Angstrom Prsott Pag Modli (Modl 1) a b (1) (Angstrom 194; Prsott 194; Pag 1961). Eşitlikt;, yatay düzlm üzrin gln günlük günş ışınımının aylık ortalaması (MJ/m ), o, aylık ortalama atmosfr dışı günş ışınımı (MJ/m ),, aylık ortalama günşlnm sürsi ( h ), o is aylık ortalama gün uzunluğunu ( h ) ifad tmktdir. Düzltm faktörü ( f ), dklinasyon açısı ( ) v ortalama günş batış saat açısı (W s ) is aşağıdaki şitliklrl hsaplanabilmktdir ( Coopr 1969; Duffi v Bkman 1991). 36 n f 1.33 os () 365 36 84 n 3.45 sin (3) 365 Buradaki a v b katsayıları is günş ışınımı v günşlnm sürsi ölçümlrin dayanılarak istatistiksl yöntmlrl blirlnmktdir. Atmosfr dışında yatay yüzy gln günş ışınımı aşağıdaki şitlikl hsaplanabilmktdir; 4 I f os os sin W s W 18 gs s sin sin (4) Burada; I gs günş sabiti (=1367 W/m ; Froblih, London 1986), hsaplama yapılan yrin nlm drsi ( o ) dir. W s os 1 tan tan (5) şitliklrd; n, yıl içindki gün sayısıdır. lık ortalama gün uzunluğu ( o ) is aşağıdaki şitlikl hsaplanabilir. W s (6) 15 (Duffi v Bkman 1991). v dğrlri dnysl dğrlr olup, bu dğrlr yörsl mtoroloji istasyonundan alınmıştır. Gariépy Modli (Modl ) a a T a (Gariépy 198). 1 P a 3 W a 4 P a 5 T (7) Eşitlikt; T, ortalama hava sıaklığı ( o C), P, ortalama yağış (m), W ortalama rüzgar hızı (m/s) olup, bu dğrlr uzun yılların ortalamasıdır. Bu dğrlr Çizlg 1 d vrilmiştir. a, a 1, a, a 3, a 4, a 5 is modl ait katsayılardır. Kılıç v Öztürk Modli (Modl 3) a b (8) (Kılıç v Öztürk 1983). 38
akan Okyay MENGEŞ, Mhmt akan ONMETE şitlikt; a.13.17z.198 os (9) b.533.165 os (1) Burada Z, hsaplama yapılan yrin rakımı (m) dır. Modl 1 v Modl 3 aynıdır.tk fark modl 1 d a v b katsayıları dnysl vrilr dayanılarak korlasyondan hsaplanırkn, modl 3 d is bu katsayılar yukarıda vriln şitliklr yardımıyla hsaplama yapılan yörnin nlmi v rakımı Z baz alınarak hsaplanmaktadır. Öglman v ark. Modli (Modl 4) a b (11) (Öglman v ark. 1984) a, b v modl ait katsayılardır. amul Modli (Modl 5) a b d 3 (1) (amul 1991) a, b, v d modl ait katsayılardır. wartman v Ogunlad Modli (Modl 6) b a R (13) (wartman v Ogunlad 1967). Modld, R ortalama bağıl nm (%), a, b v is modl ait katsayılardır. Ölçüm sonuu bulunan dğrlr il modllr kullanılarak hsaplanmış dğrlr arasındaki uyumu istatistiksl olarak açıklamak amaıyla hr modl ait tahminin standart hatası (RME) blirlnmiştir. Bu dğrin sıfıra yakın olması arzu dilmktdir. RME n i1 (Ertkin v Yaldız ). Burada; i, N i,m 1 (14) i, modl il tahmin diln günş ışınımı dğri, ölçüm sonuu ld diln günş i, m ışınımı dğri, N is vri sayısıdır. ARAŞTIRMA ONUÇLARI v TARTIŞMA Çizlg...7 arasında Konya da - yılları arasında yatay düzlm gln toplam günlük günş ışınımının aylık ortalamalarının ölçüm v modllr ait tahmin diln dğrlri vrilmiştir. rıa bunlara ilavtn modllrl hsaplanan dğrlr il ölçüm dğrlri arasındaki sapmayı göstrn tahminin standart hatası (RME) v hr iki dğrin arasındaki farkın mutlak yüzdsi dğrlri vrilmiştir. Çizlg 8 d is uygulanan modllr ait katsayılar görülmktdir. 39
Konya da lık Toplam Günş Işınımının Tahmini İçin Mvut Bazı Modllrin Karşılaştırılması Çizlg.Modl 1 il tahmin diln v ölçüln günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlrinin m : Günlük günş ışınımın ölçüln aylık ortalamaları, MJm - : Günlük günş ışınımın hsaplanan aylık ortalamaları, MJm - : Tahmin diln v ölçüln dğrlr arasındaki farkın mutlak yüzdsi O Ş M N M T A E E K A lık RME m 9.39 11.91 18.61 18.85.15 7. 7.71 4.4.53 14.9 1.91 8.3 8.67 11.46 18.38 19.6.84 6.49 7.6 4.94.31 14.65 11. 7.46 7.66 3.77 1.3 3.8 3. 1.96.39.8 1.7.45.76 7.9 17.8 17.8 3.1.498 m 9.6 1.8 17.8 1.65 1.89 8.98 7.16 3.99.65 15.78 9.58 6.59 9. 14.1 17.13 1.55 1.94 7.89 6.95 4.59.53 15.37 9.18 6.76.8 9.34.9.46. 3.76.77.44.58.59 4.17.51 17.9.49.564 m 9.7 13.15 17.4 18.5 5.53 6.1 5.77.97 19. 15.3 1.15 7.77 8.49 13.3 17. 18.6 5.83 5.68 5.68 3.81 18.79 14.85 1.18 7.55 8.41.6.11.95 1.16 1.68.34 3.5 1.1 3.6.9.83 17.49.17.431 RMEort.497 Çizlg3.Modl il tahmin diln v ölçüln günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlrinin m : Günlük günş ışınımın ölçüln aylık ortalamaları, MJ m- : Günlük günş ışınımın hsaplanan aylık ortalamaları, MJ m- : Tahmin diln v ölçüln dğrlr arasındaki farkın mutlak yüzdsi O Ş M N M T A E E K A lık RME m 9.39 11.91 18.61 18.85.15 7. 7.71 4.4.53 14.9 1.91 8.3 8.83 11.69 18.37 19.79.97 6.38 7.34 4.7.13 14.6 11.17 7.6 5.96 1.84 1.8 4.74 3.56.36 1.33 1.13 1.94.1.3 5.35 17.8 17.8.8.58 m 9.6 1.8 17.8 1.65 1.89 8.98 7.16 3.99.65 15.78 9.58 6.59 8.85 14.13 17.5 1.54 1.74 8. 7.4 4.89.8 15.5 9.6 6.54 4.4 9.41.17.5.68.69.9 3.61.7 1.64 5.4.75 17.96.5.561 m 9.7 13.15 17.4 18.5 5.53 6.1 5.77.97 19. 15.3 1.15 7.77 8.55 13.5 17.3 18.69 5.77 5.64 5.61 3.73 18.75 14.8 1.18 7.59 7.76.75.5 3.4.93 1.83.6 3. 1.31 3.6.9.31 17.48.14.46 RMEort.498 4
akan Okyay MENGEŞ, Mhmt akan ONMETE Çizlg4.Modl 3 il tahmin diln v ölçüln günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlrinin m : Günlük günş ışınımın ölçüln aylık ortalamaları, MJm - : Günlük günş ışınımın hsaplanan aylık ortalamaları, MJm - : Tahmin diln v ölçüln dğrlr arasındaki farkın mutlak yüzdsi O Ş M N M T A E E K A lık RME m 9.39 11.91 18.61 18.85.15 7. 7.71 4.4.53 14.9 1.91 8.3 7.1 9.65 16.31 17.73.88 4.1 5..47 18.1 1.76 9.6 5.63 5.34 18.97 1.35 5.94 5.73 1.73 9.77 7.98 11.83 1.7 11.8 9.88 17.8 15.77 13.4.14 m 9.6 1.8 17.8 1.65 1.89 8.98 7.16 3.99.65 15.78 9.58 6.59 7.35 1.4 15.15 19.46.11 5.33 4.43.16 18.3 13.47 7.54 5.19.6 4.37 11.9 1.11 8.13 1.59 1.5 7.6 11.38 14.63 1.9 1.4 15.89 1.77.176 m 9.7 13.15 17.4 18.5 5.53 6.1 5.77.97 19. 15.3 1.15 7.77 6.83 11.37 15.3 16.85 3.47 3.43 3.33 1.47 16.7 1.96 8.56 6.1 6.3 13.53 11.65 6.64 8.6 1.9 9.46 6.53 1.1 15.4 15.66.65 15.5 13.19.56 RMEort.118 Çizlg5.Modl 4 il tahmin diln v ölçüln günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlrinin m : Günlük günş ışınımın ölçüln aylık ortalamaları, MJm - : Günlük günş ışınımın hsaplanan aylık ortalamaları, MJm - : Tahmin diln v ölçüln dğrlr arasındaki farkın mutlak yüzdsi O Ş M N M T A E E K A lık RME m 9.39 11.91 18.61 18.85.15 7. 7.71 4.4.53 14.9 1.91 8.3 8.77 11.6 18.8 19.57.73 6.4 7.75 5.9.4 14.59 11.19 7.55 6.6.43 1.77 3.67.55.9.14.67.63.5.5 5.97 17.8 17.83.77.47 m 9.6 1.8 17.8 1.65 1.89 8.98 7.16 3.99.65 15.78 9.58 6.59 9.5 14.4 17.4 1.4 1.9 7.95 7. 4.69.65 15.38 9.19 6.99.6 8.83.3 1.6.4 3.55.58.83.53 4.7 5.7 17.94.64.556 m 9.7 13.15 17.4 18.5 5.53 6.1 5.77.97 19. 15.3 1.15 7.77 8.63 13.17 17.13 18.69 5.76 5.55 5.6 3.81 18.7 14.81 1.1 7.6 6.9.15.63 3.4.89.18.65 3.5 1.47 3.3.9 1.93 17.47.11.438 RMEort.488 41
Konya da lık Toplam Günş Işınımının Tahmini İçin Mvut Bazı Modllrin Karşılaştırılması Çizlg6.Modl 5 il tahmin diln v ölçüln günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlrinin m : Günlük günş ışınımın ölçüln aylık ortalamaları, MJm - : Günlük günş ışınımın hsaplanan aylık ortalamaları, MJm - : Tahmin diln v ölçüln dğrlr arasındaki farkın mutlak yüzdsi O Ş M N M T A E E K A lık RME m 9.39 11.91 18.61 18.85.15 7. 7.71 4.4.53 14.9 1.91 8.3 8.8 11.71 18.35 19.41.6 6.55 7.6 4.9.34 14.67 11.5 7.56 6.8 1.67 1.39.88.7 1.73.39..9.59 3. 5.85 17.83 17.81.56.48 m 9.6 1.8 17.8 1.65 1.89 8.98 7.16 3.99.65 15.78 9.58 6.59 9. 14.6 16.97 1.44 1.7 7.97 7. 4.63.5 15.43 9.1 7.37.8 8.96.64.96.77 3.48.51.59.6.1 4.8 5.15 17.94.79.589 m 9.7 13.15 17.4 18.5 5.53 6.1 5.77.97 19. 15.3 1.15 7.77 8.71 13.9 17.6 18.58 5.9 5.66 5.75 3.9 18.8 14.89 1.1 7.61 6.4.45 1.4.85 1.4 1.76.7 3.89.94.8.49.5 17.51 1.98.416 RMEort.471 Çizlg7.Modl 6 il tahmin diln v ölçüln günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlrinin m : Günlük günş ışınımın ölçüln aylık ortalamaları, MJm - : Günlük günş ışınımın hsaplanan aylık ortalamaları, MJm - : Tahmin diln v ölçüln dğrlr arasındaki farkın mutlak yüzdsi O Ş M N M T A E E K A lık RME m 9.39 11.91 18.61 18.85.15 7. 7.71 4.4.53 14.9 1.91 8.3 11.63 11.6 16.79 15.99 16.5. 33.51 1.48 3.4 16.36 16.54 11.3 19.6.43 9.77 15.17 5.5 17.83 17.3 1.3 1.89 1.65 34.3 7.19 17.83 18.6 17. 3.711 m 9.6 1.8 17.8 1.65 1.89 8.98 7.16 3.99.65 15.78 9.58 6.59 1.39 14.85 17.94 19.4 15.6 5.99 6.6 3.1 4.13.1 1.5 1.8 5.6 13.8 4.79 1.39 8.73 1.31 1.98 4.8 14.4 8.95 3.36 34.6 18.73 16.7 3.461 m 9.7 13.15 17.4 18.5 5.53 6.1 5.77.97 19. 15.3 1.15 7.77 1.71 14.6 16.61 13.6 18.33 19.51 3.68.6 18.46 18.1 14.4 11.76 13.44 6.47 3.65 7.64 8. 5.3 8.11 1.5.84 14.93 8.7 33.9 16.75 16. 3.745 RMEort 3.639 4
akan Okyay MENGEŞ, Mhmt akan ONMETE Korlasyonlar Modl 1 Modl Modl 3 Modl 4 Modl 5 Modl 6 Çizlg 8.Modllr ait rgrsyon katsayıları Rgrsyon katsayıları a b d a a 1 a a 3 a 4 a 5.35.4345 - - - - - - - - - - - -.4844 -.33.11.36..317.71.465 - - - - - - - -.3836.341.16 - - - - - - -.6177-1.44.3848-1.386 - - - - - - 557.79.744 -.8375 - - - - - - - Çizlglrd kullanılan 6 modl ait istatistiksl vrilr inlndiğind Konya da yatay düzlm gln toplam günlük günş ışınımının aylık ortalama ölçüm dğrlrin, n düşük hata il amul modlinin (Modl 5) kullanılmasıyla ulaşılmıştır. Bu modl ait tahminin standart hatası (RME) dğrlri.48-.589 arasında, ölçüln dğrlrl tahmin diln.79 arasında dğişmiştir. Şkil 1 d is - yılları arasında Konya da ölçüln günş radyasyonu dğrlri il bu dğrlri yüksk oranda açıklayan amul modli il ld diln günş radyasyonu dğrlrinin aylara gör vrilmiştir. Görüldüğü gibi ölçüln dğrlr il tahmin diln dğrlr birbirlrin oldukça yakındır. dğrlr arasındaki farkın mutlak yüzdsi % 1.98- lar Aralık Kasım Ekim Eylül Ağustos Tmmuz aziran Mayıs Nisan Mart Şubat Oak 5 1 15 5 3 Yatay düzlm gln günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlri (MJ/m ) lar Aralık Kasım Ekim Eylül Ağustos Tmmuz aziran Mayıs Nisan Mart Şubat Oak 5 1 15 5 3 Yatay düzlm gln günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlri (MJ/m ) Ölçülmüş dğrlr Tahmini dğrlr Ölçülmüş dğrlr Tahmini dğrlr lar Aralık Kasım Ekim Eylül Ağustos Tmmuz aziran Mayıs Nisan Mart Şubat Oak 5 1 15 5 3 Yatay düzlm gln günlük günş ışınımının aylık ortalama dğrlri (MJ/m ) Ölçülmüş dğrlr Tahmini dğrlr Şkil1.Konya da yatay düzlm gln ölçülmüş v hsaplanmış (amul modli) günş radyasyonu dğrlrinin. 43
Konya da lık Toplam Günş Işınımının Tahmini İçin Mvut Bazı Modllrin Karşılaştırılması ONUÇ onuç olarak amul modli il ölçüln dğrlr dğrlrini, karşılaştırılan modllr içind n iyi şkild çok yakın sonuçların ld dilmsi mümkündür. açıklayan amul modli aşağıda vrilmiştir. Konya da yatay düzlm gln günş radyasyonu 3 (15).6177 1.44.384 1.38 LİTERATÜR LİTEİ Aar, İ.,. Estimation of Global Monthly Irradiation from unshin Duration Data at ivas, Turky. Journal of Polythni Vol: 5, No pp. 179-183. Angstrom, A., 194. olar and Trrstrial Radiation. Quart J Roy Mt o 1; 5: 11-5 Coopr, P. I., 1969. Th Absorption of olar Radiation in olar tills, olar Enrgy, 1, 3. Duffi, J, A., W. A. Bkman, 1991. olar Enginring of Thrmal Prosss, Nw York. Ertkin, C., O. Yaldız,. Comparison of om Existing Modls for Estimating Global olar Radiation for Antalya (Turky).Enrgy Convrsion & Managmnt 41: 311-33. Froblih, C., J. London, 1986. Rvisd Instrution Manual on Radiation Instrumnts and Masurmnts. World Climat Rsarh Program, Publiation ris No. 7, WMO/TD-No.149. World Mtorologial Organisation: Gnva, 14 pp. Gariépy, J., 198. Estimation du Roynnmnt olair Global, Intrnal Rport. rvi of Mtorology, Govrnmnt of Qub, Canada. Kılıç, A. v A. Öztürk, 1983. Günş Enrjisi. Kipas. Öglman,., A. Evit, E. Tasdmiroglu, 1984. A Nw Mthod for Estimating olar Radiation from Bright unshin Data. olar Enrgy 47 (): 333. Pag, J, K., 1961. Th Estimation of Monthly Man Valus of Daily Total hort Wav Radiation on Vrtial and Inlind urfas from unshin Rords for Latituds 4o N- 4o. In: Prodings of UN Confrn on Nw ours of Enrgy, Papr No. 598, Vol 4. p. 378-39. Prsott, J, A., 194. Evaporation from Watr urfa in Rlation to olar Radiation. Trans Roy o; 46: 114-8. amul, T., 1991. Estimation of Global Radiation for rilanka. olar Enrgy 47 (): 333. wartman, R., O. Ogunlad, 1967. olar Radiation Estimats from Common Paramtrs. olar Enrgy, 11: 17-. 44