Welke kant moeten zonnepanelen op wijzen, en onder welke hoek moeten ze worden gekanteld?
Het antwoord op deze vraag lijkt op het eerste gezicht vrij eenvoudig, maar in werkelijkheid zijn er een aantal antwoorden; als we rekening houden met de verschillende factoren die we vaak over het hoofd plegen te zien.
In dit artikel gaan we in op alle elementen die van invloed zijn op de oriëntatie en kantelhoek van zonnepanelen.
Op de eerste plaats moet u zich afvragen: “In welke geografische regio wil ik de panelen plaatsen?”
De ideale richting waarin zonnepanelen moeten wijzen, verandert naargelang u op het noordelijk halfrond of het zuidelijk halfrond woont.
Op het noordelijk halfrond moeten de panelen naar het zuiden gericht zijn, en op het zuidelijk halfrond werkt het noorden het beste.
Nu, de volgende vraag die je zou kunnen stellen is: “Waarom zuid of noord? Waarom niet oost of west?”
Om het antwoord te begrijpen, denk aan een gebouw op het noordelijk halfrond. De noordkant van het gebouw is altijd in de schaduw. s Morgens is het westen in de schaduw en het oosten wordt verlicht door de zon, en naarmate de avond vordert, wordt het westen verlicht door de zon en het oosten door de schaduw.
Dit komt omdat de zon op het noordelijk halfrond een zuidelijke offset heeft en op het zuidelijk halfrond een noordelijke.
Als de panelen op het oosten of westen zouden worden geplaatst, zouden ze alleen ’s morgens of ’s avonds een goede hoeveelheid energie opwekken. Om echter het beste van beide tijden te krijgen, hebt u een op het noorden of zuiden gericht systeem nodig.
We zijn nog niet helemaal klaar.
Er is een nieuwe en opkomende trend die wordt aangeduid als de tijd van gebruik (TOU) prijsstelling. Dit is een tariefsysteem waarbij de stroomkosten hoger zijn voor een vooraf bepaald tijdstip van de dag, meestal wanneer het stroomverbruik in de staat/het land het hoogst is.
Normaal gesproken is het gebruik het hoogst tussen 13.00 en 19.00 uur. Gedurende deze tijd wordt de elektriciteitsvoorziening van de reeds actieve centrales tot het uiterste opgerekt. Op een gegeven moment worden de verder weg gelegen centrales ingeschakeld als noodvoorziening om te voorkomen dat de levering uitvalt. Dit verhoogt, om voor de hand liggende redenen, de werkingskosten van het net. Bij TOU betaalt de klant meer geld om zijn energierekening te betalen.
Op plaatsen als deze blijken panelen op het westen economischer te zijn dan panelen op het zuiden of noorden. Dit komt vooral omdat op het westen gerichte panelen 49% meer elektriciteit opwekken tijdens de piekvraag in vergelijking met op het zuiden gerichte panelen, zoals blijkt uit een studie uitgevoerd in Austin, Texas (op het noordelijk halfrond).
De hellingsfactor.
Het feit is dat hoe nauwkeurig u de hellingshoek voor uw panelen ook berekent, u bepaalde verliezen zult hebben. De ongrijpbare optimale hoek van het paneel blijft gedurende de dag en door de seizoenen heen veranderen (tenzij u een solar tracker hebt geïnstalleerd, in welk geval het paneel zichzelf met regelmatige tussenpozen aanpast aan de optimale hoek met behulp van een ingebouwd algoritme).
Het beste wat u kunt doen is dus een hoek berekenen die het minste gemiddelde jaarlijkse verlies heeft.
De meest gebruikelijke manier die op grote schaal wordt toegepast is:
(breedte * 0,9) + 29 = optimale kantelhoek voor de winter.
(breedte * 0,9) – 23,5 = optimale kantelhoek voor de zomer.
Bij deze methode neemt u de breedtegraad: die geeft aan hoeveel u het paneel moet kantelen. Houd vervolgens rekening met de verschuiving van de beweging van de zon tijdens de zomer en de winter door enkele vooraf bepaalde constanten op te tellen wanneer de zon tijdens de winter het laagst aan de hemel staat, en een andere vooraf bepaalde constante af te trekken tijdens de zomer, wanneer de zon tijdens de zomer het hoogst aan de hemel staat.
Berekening van de verliezen.
Stel dat de optimale hellingshoek voor een bepaalde regio is berekend met de zojuist besproken aanpak. De verliezen die dit systeem op elk moment zou lijden, kunnen worden berekend of gemeten met instrumenten zoals pyranometer (gebruikt om de zonnestraling op een oppervlak te meten), pyrheliometer (gebruikt om de zonnestraling met een directe straal te meten), zonneschijnrecorder (gebruikt om de tijd van het beschikbare zonlicht te meten), en meer (gadget stuff).
Deze gadgets zijn duur en het rendement van investeringen erin, vooral voor kleinere bedrijven of particulieren, is niet groot.
Maar geen nood. Er bestaat een low-budget oplossing. U kunt de factoren waarvan deze verliezen afhankelijk zijn, zoals de declinatie van de aarde, de uurhoek, de breedtegraad, de kantelhoek van het paneel, de zonnetijd en de Azimuthoek van het oppervlak, berekenen met behulp van gemakkelijk beschikbare en gemakkelijk toegankelijke gegevens zoals de breedtegraad, de lengtegraad en de plaatselijke tijd.
De declinatie is in feite de hoek onderspannen door een rechte lijn geprojecteerd vanuit het equatoriale vlak, en een lijn vanuit het middelpunt van de zon geprojecteerd op de aarde.
De uurhoek is een uitdrukking die het verschil beschrijft tussen de plaatselijke zonnetijd en het zonne-uur.
De “Azimutshoek van het oppervlak” wordt gemeten op het horizontale vlak van het ware zuiden tot de horizontale projectie van de loodlijn op het oppervlak.
Zonnetijd is het concept waarin het verstrijken van de tijd wordt berekend ten opzichte van de schijnbare positie van de zon aan de hemel.
Met behulp van deze factoren kunt u definitief de hoek bepalen waaronder de zonnestralen op het paneel invallen. U kunt dan de invalshoek van de zonnestralen wanneer het paneel is gericht op de optimale richting, hoek, en de invalshoek vergelijken met wanneer het paneel is niet gericht op een optimale hoek, richtingen; en daarmee vinden de procentuele verliezen met betrekking tot veranderingen in richting en / of hoek.
Wat de toekomst in petto heeft.
Solar trackers lijken de meest populaire optie die momenteel wordt verkend. Het is een bestaande technologie, maar de toepassing ervan is beperkt tot grootschalige, op de grond gemonteerde systemen. Dit komt vooral omdat solar trackersystemen duur zijn, meer onderhoud vergen en vooral niet geschikt zijn voor de windsnelheden en de neerslag waaraan ze op een dak worden blootgesteld.
Zelfreinigende, zelfonderhoudende trackersystemen met ontwerpen die de omstandigheden op een dak kunnen weerstaan, zijn waar fabrikanten tegenwoordig in hun O&D-laboratoria aan werken.
Een van deze bedrijven, Edisun Microgrids, heeft al een nieuw volgsysteem ontworpen. In plaats van de traditionele trackers op palen, die 6 voet hoog moeten worden geplaatst, bevinden de trackers zich nu op slechts enkele centimeters van het dak. Een andere opmerkelijke verandering in het ontwerp is dat deze panelen vanaf hun rand draaien, in tegenstelling tot traditionele trackers die vanuit het midden draaien. De organisatie heeft met succes ’s werelds grootste zonnevolgsysteem voor daken voltooid met 2900 trackers op afzonderlijke panelen in Oxnard, Californië.
Het bedrijf is van mening dat zijn tracking-apparatuur voor daken de energieopbrengst van een zonneproject met 30% kan verhogen in vergelijking met trackers met vaste kanteling.
Een eenvoudige vraag kan leiden tot de krachtigste antwoorden. In dit artikel zijn we begonnen met zo’n vraag. Het is duidelijk dat er meer kan gebeuren door problemen eerlijk te onderzoeken, en er is geen grens aan wat de energiesector van morgen de wereld zou kunnen bieden.
Geschreven door Pavan Balakrishna, Engineering-Operations bij Solarify