Melyik irányba kell nézniük a napelemeknek, és milyen szögben kell őket megdönteni?
A válasz erre a kérdésre elsőre elég egyszerűnek tűnhet, de a valóságban számos válasz létezik; ha figyelembe vesszük a különböző tényezőket, amelyeket gyakran hajlamosak vagyunk figyelmen kívül hagyni.
Ebben a cikkben megvizsgáljuk azokat az elemeket, amelyek befolyásolják a napelemek tájolását és dőlésszögét.
Először is fel kell tennie a kérdést: “Melyik földrajzi régióban szeretném elhelyezni a paneleket?”
Az ideális irány, amelybe a napelemeknek nézniük kell, attól függően változik, hogy az északi vagy a déli féltekén él.
Az északi féltekén a paneleknek dél felé kell nézniük, a déli féltekén pedig észak felé működik a legjobban.
A következő kérdés, amit feltehet: “Miért délre vagy északra?”. Miért nem kelet vagy nyugat?”
A válasz megértéséhez gondoljunk egy épületre az északi féltekén. Az épület északi oldala mindig árnyékban van. Reggel a nyugati oldal árnyékban van, a keletit pedig megvilágítja a nap, az este folyamán pedig a nyugati oldal napfényes, a keleti oldal pedig árnyékban van.
Ez azért van, mert a napnak az északi féltekén déli eltolódása van, a déli féltekén pedig északi eltolódása.
Ha a paneleket kelet vagy nyugat felé helyeznénk el, akkor azok csak a reggeli vagy az esti órákban termelnének jó mennyiségű energiát. Ahhoz azonban, hogy mindkét időpontból a legjobbat kapjuk, északi vagy déli tájolású rendszerre van szükség.
Még nem végeztünk.
Létezik egy új és feltörekvő trend, amelyet felhasználási idő szerinti (TOU) árképzésnek nevezünk. Ez egy olyan árképzési rendszer, amelyben az áramdíjak magasabbak egy előre meghatározott napszakban, általában akkor, amikor az államban/országban a legmagasabb az áramfelhasználás.
Normális esetben a felhasználás délután 1 és este 7 óra között a legmagasabb. Ebben az időszakban a már működő erőművek villamosenergia-ellátása a végletekig ki van merülve. Egy bizonyos ponton a távolabbi erőművek tartalékként bekapcsolnak, hogy elkerüljék az ellátás kiesését. Ez nyilvánvaló okokból megnöveli a hálózat működési költségeit. A TOU keretében az ügyfél több pénzt áldoz a közüzemi számlák kifizetésére.
Az ilyen helyeken kiderül, hogy a nyugati fekvésű panelek gazdaságosabbak, mint a déli vagy északi fekvésűek. Ez főként azért van így, mert a nyugati tájolású panelek 49%-kal több áramot termelnek a csúcsigény idején, mint a déli tájolású panelek, amint azt egy, a texasi Austinban (az északi féltekén) végzett tanulmány rögzítette.
A dőlési tényező.
A tény az, hogy függetlenül attól, hogy milyen pontosan számítja ki a panelek dőlési szögét, bizonyos veszteségek keletkeznek. A panel megfoghatatlan optimális dőlésszöge a nap folyamán és az évszakok között folyamatosan változik (kivéve, ha napelemes nyomkövetővel van felszerelve, amely esetben a panel egy beépített algoritmus segítségével rendszeres időközönként beállítja magát az optimális dőlésszög felé).
A legjobb, amit tehet, hogy olyan szöget számol ki, amely a legkisebb átlagos éves veszteséggel jár.
A legelterjedtebb és széles körben elfogadott módszer a következő:
(szélességi fok * 0,9) + 29 = optimális dőlésszög télre.
(szélességi fok * 0,9) – 23,5 = optimális dőlésszög nyárra.
Ezzel a módszerrel vegyük a szélességi fokot: amely megadja, hogy mennyivel kell a panelt dönteni. Ezután vegye figyelembe a nap mozgásának eltolódását nyáron és télen néhány előre meghatározott állandó hozzáadásával, mivel a nap télen a legalacsonyabban van az égen, és egy másik előre meghatározott állandó levonásával nyáron, mivel a nap nyáron a legmagasabb az égen.
A veszteségek kiszámítása.
Tegyük fel, hogy egy bizonyos régió optimális dőlésszögét az imént tárgyalt megközelítéssel számoljuk ki. A veszteségek, amelyeket ez a rendszer bármelyik percben elszenvedne, kiszámíthatók vagy mérhetők olyan műszerekkel, mint a piranométer (egy felületre érkező napsugárzás mérésére szolgál), a pirheliométer (a közvetlen napsugárzás mérésére szolgál), a napfényrögzítő (a rendelkezésre álló napfény idejének mérésére szolgál) és más (kütyük).
Ezek a kütyük drágák, és az ezekbe való befektetés megtérülése, különösen a kisebb cégek vagy magánszemélyek számára, nem nagy.
De ne aggódjon! Létezik egy alacsony költségvetésű megoldás. Könnyen elérhető és könnyen hozzáférhető adatok, például a földrajzi szélesség, a földrajzi hosszúság és a helyi idő segítségével kiszámíthatja azokat a tényezőket, amelyektől ezek a veszteségek függnek, mint például a Föld deklinációja, az óraszög, a földrajzi szélesség, a panel dőlésszöge, a napidő és a felszíni azimutális szög.
A deklináció alapvetően az a szög, amelyet az egyenlítői síkból vetített egyenes és a Nap középpontjából a Földre vetített egyenes zár be.
Az óraszög a helyi napidő és a napdéli dél közötti különbséget leíró kifejezés.
A “felszíni azimutszöget” a vízszintes síkon a valódi délről a felszínre vetített normál vízszintes vetületére mérik.
A napidő az a fogalom, amelyben az idő múlását a Napnak az égen elfoglalt látszólagos helyzete alapján számítják ki.
Ezek a tényezők felhasználásával véglegesen meg lehet találni azt a szöget, amellyel a napsugarak a panelre esnek. Ezután összehasonlíthatja a napsugarak beesési szögét, amikor a panel az optimális irányba, szögbe néz, és a beesési szöget azzal, amikor a panel nem az optimális szögbe, irányokba néz; és ezáltal megtalálhatja a százalékos veszteségeket az irány és/vagy a szög változásával kapcsolatban.
Mit tartogat a jövő.
A napkövető eszközök tűnnek a legnépszerűbb lehetőségnek, amelyet jelenleg vizsgálnak. Ez egy létező technológia, de alkalmazása a nagyméretű, földre szerelt rendszerekre korlátozódik. Ennek főleg az az oka, hogy a napkövető rendszerek drágák, több karbantartást igényelnek, és ami a legfontosabb, nem alkalmasak a szélsebességre és a csapadékra, amelynek egy háztetőn ki vannak téve.
Az öntisztító, önfenntartó követő rendszerek, amelyek olyan kialakításokat tartalmaznak, amelyek elviselik a háztetőn uralkodó körülményeket, azokon dolgoznak ma a gyártók a K&D laboratóriumokban.
Egy ilyen cég, az Edisun Microgrids már megtervezte új követő rendszerét. Itt a hagyományos oszlopra szerelt, 6 láb magasra emelt követőrendszerek helyett a követőrendszerek mindössze néhány centire vannak a tetőtől. Egy másik figyelemre méltó változás a kialakításban, hogy ezek a panelek a szélükről forognak, szemben a hagyományos, középről forgatott nyomkövetőkkel. A szervezet a kaliforniai Oxnardban sikeresen elkészítette a világ legnagyobb tetőtéri napelemes követőrendszerét, amely 2900, egyedi panelre szerelt követőberendezést tartalmaz.
A vállalat úgy véli, hogy a tetőtéri követőberendezései 30%-kal növelhetik egy napenergia-projekt energiatermelését a fix dőlésű követőberendezésekhez képest.
Egy egyszerű kérdésre a leghatásosabb válaszok születhetnek. Ebben a cikkben egy ilyen kérdéssel kezdtük. Világos, hogy a problémák őszinte feltárásával több minden történhet, és nincs határa annak, amit a holnap energiaszektora kínálhat a világnak.
Az író: Pavan Balakrishna, a Solarify mérnök-üzemeltetője
.