Vilken riktning måste solpaneler ha och i vilken vinkel ska de lutas?
Svaret på den här frågan kan verka ganska enkelt till en början, men i själva verket finns det ett antal svar, när vi tar hänsyn till olika faktorer som vi ofta tenderar att förbise.
I den här artikeln utforskar vi alla faktorer som påverkar solpanelernas orientering och lutningsvinkel.
För det första måste du fråga dig själv: ”Vilket geografiskt område vill jag placera panelerna i?”
Den ideala riktningen som solpaneler måste vara riktade mot, förändras beroende på om du bor på norra eller södra halvklotet.
På norra halvklotet måste panelerna vara vända mot söder, och norr fungerar bäst på södra halvklotet.
Nu är nästa fråga du kanske ställer dig: ”Varför söder eller norr? Varför inte öst eller väst?”
För att förstå svaret kan man tänka sig en byggnad på norra halvklotet. Byggnadens norra sida ligger alltid i skuggan. På morgonen är västra sidan skuggad och östra sidan upplyst av solen, och när kvällen kommer är västra sidan solbelyst och östra sidan skuggad.
Detta beror på att solen har en sydlig förskjutning på det norra halvklotet och en nordlig förskjutning på det södra halvklotet.
Om panelerna var placerade i riktning mot öster eller väster skulle de generera en bra mängd energi endast under morgonen eller kvällen. Men för att få det bästa av båda tidpunkterna behöver man ett system som vetter mot norr eller söder.
Vi är inte riktigt klara än.
Det finns en ny och framväxande trend som benämns TOU-prissättning (Time of Use). Detta är ett prissättningssystem där elavgifterna är högre under en förutbestämd tid på dygnet, vanligtvis när elanvändningen i staten/landet är som störst.
Normalt sett är användningen som störst mellan 13.00 och 19.00. Under denna tid är elförsörjningen från de redan aktiva kraftverken uttömmande. Vid en viss punkt sätts kraftverken som ligger längre bort i gång som en beredskap för att undvika att försörjningen inte fungerar. Av uppenbara skäl ökar detta nätets driftskostnader. Med TOU-principen får kunden betala mer pengar för sina elräkningar.
På platser som dessa visar det sig att västvända paneler är mer ekonomiska jämfört med syd- eller nordvända paneler. Detta beror främst på att västvända paneler genererar 49 % mer el under toppbelastning jämfört med sydvända paneler, enligt en studie som utfördes i Austin, Texas (på norra halvklotet).
Tiltfaktorn.
Fakten är att oavsett hur exakt du räknar ut lutningsvinkeln för dina paneler så kommer du att ha vissa förluster. Den svårfångade optimala vinkeln för panelen förändras hela tiden under dagen och över årstiderna (om du inte har installerat en solföljare, i vilket fall panelen justerar sig själv för att vända sig mot den optimala vinkeln med regelbundna tidsintervaller med hjälp av en inbyggd algoritm).
Det bästa du kan göra är alltså att beräkna en vinkel som har den minsta genomsnittliga årliga förlusten.
Det vanligaste sättet som har antagits i stor utsträckning är:
(latitud * 0,9) + 29 = optimal lutningsvinkel för vintern.
(latitud * 0,9) – 23,5 = optimal lutningsvinkel för sommaren.
Med denna metod tar du latitud: som är en indikation på hur mycket du behöver lutning på panelen. Sedan tar man hänsyn till förskjutningen av solens rörelse under sommaren och vintern genom att lägga till några förutbestämda konstanter då solen står lägst på himlen under vintern, och dra ifrån en annan förutbestämd konstant under sommaren, då solen står högst på himlen under sommaren.
Beräkning av förlusterna.
Säg att den optimala lutningsvinkeln för en viss region beräknas med hjälp av det tillvägagångssätt som vi just diskuterade. De förluster som detta system skulle ådra sig när som helst kan beräknas eller mätas med hjälp av instrument som pyranometer (används för att mäta solstrålning på en yta), pyrheliometer (används för att mäta solstrålning med direktstrålning), solskensregistrerare (används för att mäta den tid som solljuset är tillgängligt), med mera (prylgrejer).
Dessa prylar är dyra och avkastningen av att investera i dem, särskilt för mindre företag eller privatpersoner, är inte stor.
Men oroa dig inte. Det finns en lösning med låg budget. Du kan beräkna de faktorer som dessa förluster beror på, till exempel jordens deklination, timvinkeln, latitud, panelens lutningsvinkel, soltid och ytans azimutvinkel med hjälp av lättillgängliga och lättåtkomliga uppgifter som latitud, longitud och lokal tid.
Deklinationen är i princip den vinkel som en rät linje projicerad från ekvatorialplanet och en linje från solens centrum projicerad på jorden utgör.
Stundvinkeln är ett uttryck som beskriver skillnaden mellan lokal soltid och solens middagstid.
”Ytans azimutvinkel” mäts på horisontalplanet från den sanna södern till den horisontella projektionen av normalen till ytan.
Soltid är ett begrepp där tidens gång beräknas med hänsyn till solens skenbara position på himlen.
Med hjälp av dessa faktorer kommer du definitivt att kunna hitta den vinkel med vilken solens strålar träffar panelen. Du kan sedan jämföra solstrålarnas infallsvinkel när panelen är vänd mot den optimala riktningen, vinkeln och infallsvinkeln med när panelen inte är vänd mot en optimal vinkel, riktningar; och på så sätt hitta de procentuella förlusterna med avseende på förändringar i riktning och/eller vinkel.
Vad framtiden bjuder på.
Solföljare tycks vara det mest populära alternativet som för närvarande utforskas. Det är en befintlig teknik, men dess tillämpning är begränsad till storskaliga markmonterade system. Detta beror främst på att solföljare är dyra, kräver mer underhåll och framför allt inte lämpar sig för de vindhastigheter och den nederbörd som de utsätts för på ett hustak.
Självrengörande, självunderhållande spårningssystem som innehåller konstruktioner som klarar förhållandena på ett hustak är vad tillverkarna i dag arbetar med i sina FoU-laboratorier.
Ett sådant företag, Edisun Microgrids, har redan konstruerat ett nytt spårningssystem. Här, i stället för de traditionella stolpmonterade spårningssystemen som kräver att de höjs med 6 fot, är spårningssystemen bara några centimeter från taket. En annan anmärkningsvärd förändring i konstruktionen är att dessa paneler svänger från kanten till skillnad från traditionella spårningssystem som svänger från mitten. Organisationen har framgångsrikt färdigställt världens största solcellsspårningssystem på tak med 2 900 spårare på enskilda paneler i Oxnard, Kalifornien.
Företaget anser att dess spårningsutrustning för tak kan öka energiproduktionen i ett solprojekt med 30 % jämfört med spårare med fast tilt.
En enkel fråga kan resultera i de mest kraftfulla svaren. I den här artikeln började vi med en sådan fråga. Det är tydligt att mer kan hända genom att ärligt utforska problem, och det finns ingen gräns för vad morgondagens energisektor kan erbjuda världen.
Skrivet av Pavan Balakrishna, Engineering-Operations på Solarify
.