Ogniwa słoneczne przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną. Aby proces ten przebiegał prawidłowo, promieniowanie słoneczne musi padać na ogniwa pionowo. W przeciwnym razie duża część energii jest tracona w wyniku odbicia. Jeśli system fotowoltaiczny jest prawidłowo zorientowany, można zapewnić korzystne nasłonecznienie przez większą część roku. To z kolei jest warunkiem koniecznym dla uzyskania wysokiej wydajności.
System fotowoltaiczny: optymalizacja orientacji i zwiększenie wydajności
Poproś o konsultację
Zdjęcie: © Wichien Tepsuttinun / Shutterstock.com
Orientacja modułów fotowoltaicznych ma duży wpływ na wydajność systemu. Produkcja energii elektrycznej jest zmaksymalizowana poprzez wybór orientacji i nachylenia, które zapewniają, że bogate w energię promienie słoneczne uderzają w moduły pionowo przez większą część roku. Odchylenia od tej reguły powodują straty, ale nie zawsze są one znaczące. W poniższym przewodniku wyjaśniamy optymalną orientację dla systemu fotowoltaicznego, zakres strat przy innych orientacjach i dlaczego należy również zwracać uwagę na otoczenie.
Orientacja ogniw fotowoltaicznych i jej znaczenie
Ogniwa słoneczne generują najwięcej energii elektrycznej, gdy światło słoneczne pada na ich powierzchnię dokładnie pionowo, ponieważ odbicie jest wtedy niskie. Promienie o wysokiej energii przenikają przez ogniwa słoneczne, powodując przepływ energii elektrycznej. Ponieważ położenie słońca zmienia się w ciągu dnia, a godziny światła dziennego zależą od pory roku, w praktyce zawsze chodzi o znalezienie kompromisu. W związku z tym system fotowoltaiczny jest zawsze optymalnie zorientowany, gdy generuje najwięcej energii elektrycznej w ciągu roku.
Dobrze wiedzieć: Lokalizacja jest również czynnikiem wpływającym na optymalną orientację systemu fotowoltaicznego. systemu fotowoltaicznego ponieważ należy wziąć pod uwagę kierunek padania promieni słonecznych. Na przykład w lokalizacjach północnych korzystniejsze jest instalowanie modułów pod bardziej stromym kątem. Jednak w lokalizacjach południowych kąt nachylenia systemu fotowoltaicznego powinien być nieco bardziej płaski.
Kąty azymutu i nachylenia określają orientację systemu PV
Z technicznego punktu widzenia, decydując o położeniu instalacji modułów fotowoltaicznych, używamy dwóch wartości. Jedną z nich jest kąt azymutu. Określa on kierunek kardynalny w stopniach, przy czym prawdziwa orientacja południowa odpowiada wartości zero stopni (na półkuli północnej). Dla orientacji zachodniej lub wschodniej odchylenie wynosi 90 stopni, podczas gdy orientacja północna ma azymut 180 stopni.
Drugą ważną wartością jest nachylenie lub kąt instalacji modułów. Jest on również wyrażany w stopniach i wynosi zero, gdy moduły słoneczne są ułożone płasko na ziemi. Jeśli system fotowoltaiczny jest zawieszony pionowo na fasadzie lub balkonie, wówczas kąt nachylenia wynosi 90 stopni.
Optymalny kierunek dla systemu fotowoltaicznego
Jeśli szukasz optymalnej orientacji dla swojego systemu fotowoltaicznego, wydajność jest najwyższa, gdy moduły są skierowane na południe (zero stopni). Dotyczy to w szczególności systemów z pełnym zasilaniem oraz sytuacji, gdy oprócz modułów fotowoltaicznych zainstalowany jest moduł magazynowania energii. Jeśli nie planujesz instalacji modułu magazynującego, ale nadal chcesz zużywać jak najwięcej energii elektrycznej, orientacja wschód-zachód również może być opłacalna. Pozwala to na zbieranie większej ilości energii elektrycznej rano i wieczorem, kiedy zużycie jest zazwyczaj najwyższe.
Należy jednak zdawać sobie sprawę, że wielu budowniczych i modernizatorów nie ma żadnych możliwości w tym zakresie, ponieważ orientacja systemu fotowoltaicznego jest generalnie określona przez ograniczenia planistyczne i istniejący kształt dachu.
Minimalne straty przy optymalnym kącie nachylenia
Gdy kąt nachylenia systemu fotowoltaicznego jest korzystny, zmiana orientacji spowoduje jedynie niewielkie straty. Jeśli moduły słoneczne są zainstalowane pod kątem od 30 do 35 stopni, wydajność nie spadnie o więcej niż pięć do dziesięciu procent w ciągu roku, jeśli są one całkowicie skierowane na wschód lub zachód. Przy niższym nachyleniu (około 10 do 20 procent) wydajność spada średnio tylko o około 5 procent.
Innymi słowy, im większe nachylenie modułów na dachu, tym ważniejsze jest, aby były one skierowane na południe, o ile to w ogóle możliwe. Jeśli kąt nachylenia jest bardziej płaski, orientacja ma mniejsze znaczenie.
Kąt azymutu powyżej 90 stopni generalnie nie jest zalecany
Jeśli system fotowoltaiczny nie może być skierowany na południe, wschód lub zachód, należy dokładnie przeanalizować opłacalność zakupu takiego systemu, ponieważ wydajność jest zwykle znacznie niższa. Z wyjątkiem modułów montowanych poziomo, nie jest niczym niezwykłym, że systemy te generują od 30 do 50% mniej energii elektrycznej. W wielu przypadkach nie warto rekompensować tego instalacją modułów na większej powierzchni.
Korzystny kąt nachylenia dachu dla systemu fotowoltaicznego
Kąt nachylenia systemu fotowoltaicznego ma duży wpływ na wydajność, podobnie jak orientacja. Przy optymalnej orientacji południowej kąt ten powinien wynosić około 20-50 stopni. Jeśli orientacja zmieni się na wschodnią lub zachodnią, korzystny zakres zostanie zmniejszony. Podczas gdy kąt powinien wynosić od 20 do 40 stopni, jeśli system fotowoltaiczny jest skierowany na południowy zachód lub południowy wschód, kąt nachylenia od zera do 20 stopni jest uważany za korzystny w przypadku większych odchyleń od południka południowego (zero stopni). W tych zakresach wydajność jest zazwyczaj niższa o nie więcej niż pięć procent.
Uwzględnienie obciążenia śniegiem i efektu samooczyszczania
Jak wspomniano na początku, znalezienie optymalnej orientacji PV zawsze wiąże się z osiągnięciem dobrego kompromisu. Oprócz teoretycznej wydajności, należy również wziąć pod uwagę inne czynniki. Weźmy na przykład oczekiwane obciążenie śniegiem. Jeśli śnieg nie zsuwa się samoczynnie, może uszkodzić moduły i przyciemnić ogniwa fotowoltaiczne. Aby temu zapobiec, nachylenie dachu systemu fotowoltaicznego powinno wynosić co najmniej 30 stopni. To samo dotyczy wsporników kolektorów podczas montażu modułów na płaskim dachu.
Jeśli nie są spodziewane duże ilości śniegu, nieco bardziej strome nachylenie może być nadal korzystne, ponieważ zwiększa efekt samooczyszczania. Oznacza to, że sam deszcz wystarczy do spłukania brudu z modułów. Działa to przy kącie nachylenia wynoszącym co najmniej 12-15 stopni i, podobnie jak optymalna orientacja systemu fotowoltaicznego, przyczynia się do wyższej wydajności.
Należy uważać na zacienienie modułów fotowoltaicznych
Nawet przy optymalnej orientacji i kącie nachylenia, system fotowoltaiczny może nadal wytwarzać mniej energii elektrycznej niż oczekiwano. Jest to często spowodowane cieniem, który zaciemnia części systemu i wpływa na jego wydajność, zmniejszając oszczędności lub dochody, a także opłacalność.
Ważne: Należy brać pod uwagę zacienienie przez cały rok, a nie tylko w momencie projektowania. Pomyśl o nadchodzącej zimie, kiedy słońce ledwo wzniesie się ponad horyzont. Jeśli w pobliżu domu znajdują się wysokie krzewy, drzewa, budynki, a nawet góry, mogą one rzucać długie cienie w ciągu dnia w chłodniejszych porach roku i zagrażać wydajności środków.
Nasza rada: symulacja podczas projektowania systemu
Zacienienie modułów fotowoltaicznych, nachylenie dachu i orientacja systemu fotowoltaicznego to ważne czynniki. Aby zmaksymalizować zyski, zleć ekspertom przeprowadzenie symulacji, która dokładnie przyjrzy się Twojemu budynkowi i uwzględni wszystkie te punkty. Uwzględnią oni elementy strukturalne i naturalne oraz opracują na komputerze optymalną orientację i nachylenie systemu fotowoltaicznego. Jest to szczególnie przydatne w przypadku większych systemów dla nowych budynków i konwersji. W starszych budynkach nie ma jednak zbyt wiele miejsca na dokonywanie korekt, jeśli dach musi pozostać taki, jaki jest. Jest to zatem kwestia jak najlepszego wykorzystania dostępnej przestrzeni i dostosowania do niej technologii energii słonecznej.
Dobrze wiedzieć: Możliwe jest nawet zainstalowanie systemów solarnych śledzących energię słoneczną na ziemi lub płaskim dachu. Mają one ruchome wsporniki kolektorów, które optymalizują orientację modułów słonecznych w zależności od położenia słońca.
FAQ: Często zadawane pytania dotyczące orientacji PV
System powinien być idealnie skierowany na południe, aby słońce padało na moduły pod najlepszym możliwym kątem przez długie okresy w roku. Jeśli nachylenie jest korzystne (do 40 stopni), należy spodziewać się jedynie niewielkich strat przy odchyleniach na wschód lub zachód (-90 i +90 stopni). Z reguły możliwe jest uzyskanie 80-90% rzeczywistego plonu.
Aby generować dużo energii elektrycznej przez cały rok, moduły powinny być zainstalowane pod kątem od 30 do 40 stopni. Jeśli kąt jest bardziej płaski, odchylenia są mniej znaczące. Systemy ustawione pod dużym kątem generują więcej energii zimą, ponieważ słońce znajduje się wtedy niżej na horyzoncie.
Jednym z powodów może być zacienienie systemu fotowoltaicznego. Jeśli drzewa, budynki lub inne obiekty rzucają długie cienie, wydajność może być niska pomimo dobrej orientacji. Coś podobnego dzieje się, gdy zimą pada obfity śnieg lub gdy efekt samooczyszczania nie działa, a na modułach gromadzą się osady zanieczyszczeń powietrza.
