میدان هلیوستات ها

شکل میدان

میدان هلیوستات ها در دو شکل کلی وجود دارند: میدان شمالی و میدان احاطه شده. در میدان احاطه شده هلیوستات ها اطراف یک برج مرکزی قرار گرفته و برج معمولاً به منظور بهینه کردن راندمان در نیم دایرۀ جنوبی میدان قرار دارد. در میدان شمالی تمامی هلیوستات ها در شمال برج قرار دارند. انتخاب شکل میدان به چگونگی سیستم دریافت کننده بستگی دارد.

عملکرد میدان

عملکرد میدان هلیوستات ها به مفهوم راندمان نوری آنها بوده که معادل با نسبت قدرت خالص دریافتی توسط دریافت کننده به مقدار کل تابش مستقیم توسط آیینه ها است. راندمان نوری شامل تاثیرات کسینوسی، سایه اندازی هلیوستات ها، بلوکه کردن، قابلیت انعکاس آیینه ها، انتقال نور در اتمسفر و تلفات دریافت کننده می باشد. چندین عامل تلفات نوری در شکل زیر نشان داده شده است.

تلفات انرژی در میدان هلیوستات ها شامل این موارد می باشد:

• تلفات کسینوسی که به زاویه تابش و بازتابش روی آیینه ها و تلفات انعکاسی که به کیفیت آیینه ها و پاکیزگی آنها بستگی دارد.
• خطاهای اشعه که به بزرگنمائی تصویر منعکس شده خورشید بستگی داشته و خود از کیفیت نوری هلیوستات ها و مقدار انحنای آنها ناشی می شود.
• خطاهای حرکتی که از کنترل دو محوره ناشی می شود.
• اثر بلوکه کردن و سایه اندازی که همان اثرات قرار گیری هلیوستات ها در میدان می باشد.

مقدار اشعه منعکس شده توسط هلیوستات ها متناسب با مقدار نور دریافت شده می باشد. انرژی نور منعکس شده با کسینوس زاویه (تاثیر کسینوسی) بین راستای عمود بر سطح آیینه هلیوستات و امتداد نور خورشید ورودی به این سطح متناسب است. اگر خورشید در موقعیت جنوب آسمان باشد (در فصل زمستان)، هلیوستات ها در شمال برج قرار داشته و تقریباً عمود بر نور خورشید خواهند بود، بنابراین از بیشترین تاثیر کسینوسی (که معادل یک است) برخوردار می شوند. در همین زمان هلیوستات هایی که در جنوب برج قرار دارند دارای کمترین راندمان کسینوسی می باشند. بیشترین راندمان کسینوسی وقتی است که خورشید در جنوبی ترین نقطه آسمان قرار گیرد، در نتیجه می بایست هلیوستات ها برای میدان یک طرفه در نیم کره شمالی کره زمین، در بخش شمالی برج نصب شوند. بدین ترتیب در همان فصل در نیم کره جنوبی کره زمین هلیوستات ها در بخش جنوبی برج نصب می گردند.

تمام نوری که توسط هلیوستات ها منعکس می گردد، به علت پراکندگی و جذب توسط اتمسفر، به دریافت کننده نمی رسندکه این تاثیرات به افت اتمسفری موسوم است. در یک روز آفتابی و مساعد این افت کمتر بوده و چنانچه بخار آب و ذرات معلق موجود در هوا افزایش یابد، افت اتمسفری نیز زیاد می شود. اندازۀ تصویر تشکیل شده توسط هلیوستات ها بر روی دریافت کننده تابعی از قابلیت تمرکز آیینه ها، زاویه و اندازه هلیوستات ها، اندازۀ خورشید (زیرا اشعه هایی که از مرکز و کنارۀ خورشید ارسال می گردند کاملاً با یکدیگر موازی نبوده و باعث انحراف تصویر می شوند)، عدم صافی سطح هلیوستات ها و عدم تمرکز اشعه های خارج از مرکز می باشد. اگر دریافت کننده به حد کافی برای جذب تصویر نور ارسالی از هلیوستات ها بزرگ نباشد، مقدار انرژی ارسال شده در اطراف دریافت کننده به هدر خواهد رفت، این اتلاف، با بزرگ کردن اندازه دریافت کننده جبران می گردد که البته در بعضی موارد، افزایش اندازه دریافت کننده موجب افزایش بهای دریافت کننده از بهای انرژی اضافی جذب شده می شود، بنابراین در چنین حالتی افزایش سایز آثر مثبتی نخواهد داشت.