Mihin suuntaan aurinkopaneelien tulee olla suunnattu ja missä kulmassa ne tulisi kallistaa?
Vastaus tähän kysymykseen saattaa aluksi vaikuttaa melko suoraviivaiselta, mutta todellisuudessa vastauksia on useita, kun otetaan huomioon erilaiset tekijät, jotka meillä on usein tapana jättää huomiotta.
Tässä artikkelissa tarkastelemme kaikkia tekijöitä, jotka vaikuttavat aurinkopaneelien suuntaukseen ja kallistuskulmaan.
Aluksi sinun on kysyttävä itseltäsi: ”Mille maantieteelliselle alueelle haluan sijoittaa paneelit?”
Ideaalinen suunta, johon aurinkopaneelien on oltava suunnattu, muuttuu riippuen siitä, asutko pohjoisella vai eteläisellä pallonpuoliskolla.
Paneelien on pohjoisella pallonpuoliskolla oltava etelään päin, ja pohjoinen toimii parhaiten eteläisellä pallonpuoliskolla.
Seuraavaksi saatat kysyä: ”Miksi etelään vai pohjoiseen?”. Miksi ei itään tai länteen?”
Vastauksen ymmärtämiseksi ajatelkaa rakennusta pohjoisella pallonpuoliskolla. Rakennuksen pohjoispuoli on aina varjossa. Aamulla länsi on varjossa ja itä on auringon valaisema, ja illan edetessä länsi on auringon valaisema ja itä on varjossa.
Tämä johtuu siitä, että auringolla on eteläinen siirtymä pohjoisella pallonpuoliskolla ja pohjoinen siirtymä eteläisellä pallonpuoliskolla.
Jos paneelit sijoitettaisiin itään tai länteen päin, ne tuottaisivat hyvän määrän energiaa vain aamu- tai ilta-aikaan. Jos kuitenkin haluat saada parhaan mahdollisen hyödyn molempina aikoina, tarvitset pohjoiseen tai etelään suunnatun järjestelmän.
Emmekä ole vielä aivan valmiita.
On olemassa uusi ja nouseva suuntaus, jota kutsutaan nimellä TOU-hinnoittelu (Time of Use). Kyseessä on hinnoittelujärjestelmä, jossa sähkömaksut ovat korkeammat ennalta määriteltynä vuorokaudenaikana, yleensä silloin, kun sähkönkäyttö koko osavaltiossa/maassa on suurinta.
Normaalisti käyttö on suurinta kello 13.00 ja 19.00 välillä. Tänä aikana jo toiminnassa olevien voimalaitosten sähköntarjonta venyy äärirajoille. Jossain vaiheessa kauempana sijaitsevat voimalaitokset kytkeytyvät päälle varajärjestelyinä, jotta vältyttäisiin toimitushäiriöiltä. Tämä lisää ilmeisistä syistä verkon käyttökustannuksia. TOU-järjestelmässä asiakas joutuu maksamaan enemmän rahaa energialaskunsa maksamiseen.
Tällaisissa paikoissa käy ilmi, että länteen suunnatut paneelit ovat taloudellisempia kuin etelään tai pohjoiseen suunnatut paneelit. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että länteen suuntautuvat paneelit tuottavat 49 % enemmän sähköä huippukysynnän aikana verrattuna etelään suuntautuviin paneeleihin, kuten Austinissa, Teksasissa (pohjoisella pallonpuoliskolla) tehdyssä tutkimuksessa todettiin.
Kallistuskerroin.
Tosiasiassa riippumatta siitä, kuinka tarkkaan paneelien kallistuskulman laskee, syntyy tietyt tappiot. Paneelin vaikeasti tavoiteltava optimaalinen kulma muuttuu jatkuvasti päivän ja vuodenaikojen aikana (paitsi jos olet asentanut aurinkopaneelin seurantalaitteen, jolloin paneeli säätää itseään kohti optimaalista kulmaa säännöllisin väliajoin sisäänrakennetun algoritmin avulla).
Siten parasta, mitä voit tehdä, on laskea kulma, jolla on vähiten keskimääräisiä vuotuisia tappioita.
Yleisin tapa, joka on laajalti otettu käyttöön, on:
(leveyspiiri * 0,9) + 29 = optimaalinen kallistuskulma talvella.
(leveyspiiri * 0,9) – 23,5 = optimaalinen kallistuskulma kesällä.
Tässä menetelmässä otetaan huomioon leveyspiiri: joka on osoitus siitä, kuinka paljon paneelia on kallistettava. Ota sitten huomioon auringon liikkeen siirtyminen kesällä ja talvella lisäämällä joitakin ennalta määrättyjä vakioita, koska aurinko on talvella matalimmalla taivaalla, ja vähentämällä toinen ennalta määrätty vakio kesällä, koska aurinko on kesällä korkeimmalla taivaalla.
Häviöiden laskeminen.
Esitettäköön, että optimaalinen kallistuskulma tietylle alueelle lasketaan äsken käsittelemällämme menetelmällä. Häviöt, joita tälle järjestelmälle aiheutuisi milloin tahansa, voidaan laskea tai mitata käyttämällä välineitä, kuten pyranometriä (jota käytetään mittaamaan auringon säteilyä pinnalle), pyrheliometriä (jota käytetään mittaamaan suoraa säteilevää auringonsäteilyä), auringonpaisteen rekisteröintilaitetta (jota käytetään mittaamaan käytettävissä olevan auringonpaisteen ajankohtaa) ja muita (vempaimia).
Nämä vempaimet ovat kalliita, eikä niihin sijoittamisen tuotto erityisesti pienemmille yrityksille tai yksityishenkilöille ole suuri.
Mutta ei hätää. On olemassa pienen budjetin ratkaisu. Voit laskea tekijät, joista nämä tappiot riippuvat, kuten maan deklinaatio, tuntikulma, leveysaste, paneelin kallistuskulma, aurinkoaika ja pinnan atsimuuttikulma, käyttämällä helposti saatavilla olevia ja helposti saatavissa olevia tietoja, kuten leveysastetta, pituusastetta ja paikallista aikaa.
Deklinaatio on periaatteessa se kulma, jonka ekvaattoritasosta projisoidusta suorasta viivasta ja auringon keskipisteestä maapallolle projisoidusta suorasta viivasta muodostuu.
Tuntikulma on ilmaus, joka kuvaa paikallisen aurinkoajan ja auringon keskipäivän välistä eroa.
Pinta-azimuuttikulma mitataan vaakatasossa todellisen etelän tasosta normaalin vaakasuoraan projisioon maanpinnalle.
Aurinkoaika on käsite, jossa ajan kuluminen lasketaan suhteessa auringon näennäiseen sijaintiin taivaalla.
Käyttämällä näitä tekijöitä voit löytää lopullisesti kulman, jolla auringonsäteet osuvat paneeliin. Voit sitten verrata auringonsäteiden osumiskulmaa, kun paneeli on optimaaliseen suuntaan, kulmaan, ja osumiskulmaa siihen, kun paneeli ei ole optimaaliseen kulmaan, suuntiin; ja siten löytää prosentuaaliset häviöt suunnan ja/tai kulman muutosten suhteen.
Mitä tulevaisuus tuo tullessaan.
Aurinkosäteiden seurantalaitteet näyttävät olevan suosituin vaihtoehto, jota tällä hetkellä tutkitaan. Se on olemassa oleva tekniikka, mutta sen soveltaminen rajoittuu laajamittaisiin maahan asennettuihin järjestelmiin. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että aurinkokennojen seurantajärjestelmät ovat kalliita, ne vaativat enemmän huoltoa ja mikä tärkeintä, ne eivät sovellu tuulennopeuksiin ja sademäärään, joille ne altistuvat katolla.
Self-cleaning, self-maintained tracking systems that incorporate designs that will sustaining the conditions on a rooftop are what manufacturers today are working on at their T&K-laboratorioissa.
Ensimmäinen tällaisista yrityksistä, Edisun Microgrids, on jo suunnitellut uuden seurantajärjestelmän. Tässä perinteisten pylvääseen asennettujen seurantalaitteiden sijasta, jotka vaativat kuuden jalan korotuksen, seurantajärjestelmät ovat vain muutaman sentin päässä katosta. Toinen merkittävä muutos suunnittelussa on se, että nämä paneelit kääntyvät reunoiltaan, toisin kuin perinteiset seurantalaitteet, jotka kääntyvät keskeltä. Organisaatio on saanut onnistuneesti valmiiksi maailman suurimman aurinkoenergian seurantajärjestelmän katolle, jossa on 2900 trackeria yksittäisissä paneeleissa Oxnardissa, Kaliforniassa.
Yhtiö uskoo, että sen katolle asennettavat seurantavälineet voivat lisätä aurinkoprojektin energiantuottoa 30 prosenttia verrattuna kiinteästi kallistuviin trackereihin.
Yksinkertaisesta kysymyksestä voi saada mitä vaikuttavimpia vastauksia. Tässä artikkelissa aloitimme yhdestä tällaisesta kysymyksestä. On selvää, että ongelmien rehellisellä tutkimisella voidaan saada aikaan enemmän, eikä ole mitään rajaa sille, mitä huomisen energia-ala voisi tarjota maailmalle.
Kirjoittanut Pavan Balakrishna, Engineering-Operations at Solarify