ソーラーパネルはどの方向を向き、どのような角度で傾ければよいのでしょうか。
この質問に対する答えは、一見簡単そうに見えますが、実際には、私たちが見落としがちなさまざまな要素を考慮すると、いくつもの答えがあります。
この記事では、ソーラー パネルの向きと傾斜角度に影響を与えるすべての要素について説明します。
まず、「どの地域にパネルを配置したいか」ですが、北半球に住んでいるか南半球に住んでいるかでソーラーパネルの理想の向きは変わってきます。
北半球では、パネルは南向きでなければならず、南半球では北向きが最適です。
さて、次の質問は、「なぜ南か北か？
その答えを理解するために、北半球にある建物を思い浮かべてみてください。 建物の北側はいつも日陰になっています。 朝は西が日陰、東が陽に照らされ、夕方になると西が陽に照らされ、東が日陰になります。
これは、太陽が北半球では南に、南半球では南にずれているためです。
パネルを東または西向きに設置すれば、朝か夕方にだけ十分な量のエネルギーを発生させることができるのです。 しかし、両方の時間の長所を生かすには、北向きか南向きのシステムが必要です。
We’re not quite done yet.
Time of Use（TOU）価格と呼ばれる新しい新しいトレンドがあります。 これは、1 日のうちあらかじめ定義された時間帯、通常は州や国全体の電力使用量が最も多いときに、電力料金が高くなる価格システムです。
通常、使用量は午後 1 時から午後 7 時に最も多くなります。 この時間帯は、すでに稼働している発電所からの電力供給が限界まで引き伸ばされています。 ある時点で、供給停止を避けるために、より遠くにある発電所が不測の事態として稼働する。 これは、当然のことながら、送電網の運用コストを増加させる。 TOUでは、顧客は光熱費をより多く支払うことになる。
このような場所では、南向きや北向きのパネルと比較すると、西向きのパネルがより経済的であることが判明している。 これは主に、テキサス州オースティン（北半球）で行われた研究で記録されたように、西向きのパネルは南向きのパネルと比較して、ピーク時に49％以上の電力を生成するためです。 パネルの最適な角度は、一日中、季節を問わず変化し続けます (ソーラー トラッカーを設置した場合は、内蔵のアルゴリズムで一定時間ごとに最適な角度になるようにパネルが調整されます)。
広く採用されている最も一般的な方法は、
(Latitude * 0.9) + 29 = 冬の最適傾斜角
(Latitude * 0.9) – 23.5 = 夏の最適傾斜角
この方法では、パネルをどのくらい傾ける必要があるかを示す緯度を取得します。 そして、夏と冬の太陽の動きのずれを考慮し、冬に太陽が最も低くなるように所定の定数をいくつか加え、夏に太陽が最も高くなるように別の所定の定数を減算します。
損失の計算
ある地域で最適な傾斜角が先ほどのアプローチで計算できたとしましょう。 このシステムが刻々と発生する損失は、日射計（表面の日射量を測るのに使う）、日射計（直射日射量を測るのに使う）、日照記録計（日照可能時間を測るのに使う）、などの機器を使って計算したり測定したりできます（ガジェット的なものです）。
これらのガジェットは高価で、特に中小企業や個人にとって、それらに投資することの見返りは大きくありません。 低予算のソリューションが存在します。 これらの損失が依存する要因、たとえば地球の赤緯、時角、緯度、パネルの傾斜角、太陽時、表面方位角などを、緯度、経度、現地時間などの入手しやすいデータを使って計算することができます。
赤緯とは基本的に、赤道面から投影した直線と、太陽の中心から地球に投影した直線が引く角度のことです。
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時角とは、現地太陽時と太陽正午との差を表す表現であり、
「地表方位角」は真南から地表への法線を水平投影して水平面で測定したものである。太陽時とは、天空における太陽の見かけ上の位置を基準として時間の経過を計算する概念です。
これらの要素を用いることで、太陽光がパネルに入射する角度を決定的に求めることができるようになります。 そして、パネルが最適な方向、角度、入射角を向いているときの太陽光線の入射角を、パネルが最適な角度、方向を向いていないときと比較し、それによって、方向や角度の変化に関する損失の割合を見つけることができます。 これは既存の技術ですが、その応用は大規模な地上設置型システムに限られています。 これは主に、太陽追尾システムが高価で、より多くのメンテナンスを必要とし、最も重要なことは、屋上でさらされる風速や降水量に適していないためです。
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世界最大の屋上ソーラー追跡システム by Edisun そんな企業の 1 つである Edisun Microgrids が、すでに新しい追跡システムを設計しています。 ここでは、6 フィートも高くしなければならない従来のポール マウント トラッカーの代わりに、トラッキング システムを屋根からわずか数インチしか離していません。 また、従来のトラッカーが中心から回転するのに対し、このパネルは端から回転するという設計上の変更も特徴的です。 同社は、カリフォルニア州オックスナードで、個々のパネルに2900個のトラッカーを搭載した世界最大の屋上太陽光発電追跡システムを完成させました。
同社は、その屋上追跡装置により、固定チルトトラッカーと比較して、ソーラープロジェクトのエネルギー出力を30%向上させることができると考えています。 この記事では、そのような問い合わせから始まりました。 問題を誠実に探求することで、より多くのことが起こりうることは明らかであり、明日のエネルギー部門が世界に提供できるものに限界はありません」
文：Pavan Balakrishna（ソーラーファイ社エンジニアリングオペレーション）