Mikä on paras kulma aurinkopaneeleille

Paras kulma aurinkopaneeleille

Tervetuloa tähän informatiiviseen artikkeliin.

Haluatko rakentaa todella tehokkaan aurinkosähköjärjestelmän, mutta et tiedä, miten arvioida aurinkopaneelien oikea suuntaus ja miten laskea täydellinen kaltevuuskulma?

Ei ongelmaa, tältä sivulta löydät kaikki tiedot ja neuvot, joiden avulla voit tietää askel askeleelta paneelien oikean suuntauksen (atsimuuttikulma) ja parhaan kallistuskulman (kallistuskulma) sen kausijakson mukaan, jolloin sähköntarpeesi on suurempi, ja sen maantieteellisen sijainnin mukaan, johon haluat asentaa aurinkosähköjärjestelmän.

Matemaattisen kaavan ja Yhdysvaltojen leveysastekarttamme ansiosta opit itse asiassa laskemaan optimaalisen kallistuksen kaupungillesi sekä kesällä että talvella aikaa tuhlaamatta ja ilmaiseksi.

Mihin suuntaan paneelit tulisi suunnata?

Aurinkosähköjärjestelmää suunniteltaessa on olennaista valita kattopuoli, jolle paneelit asennetaan. Siksi on tiedettävä, kummalla puolella auringon säteily on suurempaa koko päivän ajan, jotta sähköntuotanto olisi mahdollisimman suuri. Koska aurinkopaneelit ovat tuottavampia, kun auringonsäteet ovat kohtisuorassa niiden pintaan nähden, paras suuntaus on varmasti suoraan etelään päin (atsimuuttikulma = 180°). Sitä vastoin eteläisen pallonpuoliskon maissa (kuten Etelä-Afrikassa ja Australiassa) paras suuntaus on suoraan POHJOISEEN.

Jos etelään suuntautuva asennus ei ole mahdollista tai meillä on varjostusongelmia (esimerkiksi erittäin korkea puu), paneelien suuntaa voidaan hieman muuttaa.

On itse asiassa hyödyllistä tietää, että jos aurinkopaneelit on suunnattu todellisen etelän ulkopuolelle, enintään 45° (kaakko ja lounas), vuotuinen tuotanto vähenee melko vähän (1-3 %). Paneelien saama auringonsäteily on lähes sama. Jos paneelit kuitenkin käännetään yli 45°:n kulmassa todelliseen etelään nähden, tuotanto alkaa laskea merkittävästi.

90°:n kulmassa todelliseen etelään nähden (siis itään ja länteen nähden) tuotanto voi laskea jopa 30 %. Tämä lasku johtuu siitä, että aurinkopaneelit ovat suurimman osan päivästä alttiina heikolle eikä kohtisuoralle auringonvalolle. Nämä paneelit tuottavat toki aurinkoenergiaa, mutta vähemmän kuin suoraan etelään suunnatut paneelit.

Mikä on aurinkopaneelien optimaalinen kallistuskulma?

Nyt kun tiedämme, että optimaalinen suunta on etelään, meidän on löydettävä optimaalinen kallistuskulma.

Ensinnäkin talon katolla olevien aurinkopaneelien kallistuskulman valinnassa meidän on pakko tyydyttää kaksi perustarvetta: energiantuotannon tarve ja esteettisesti miellyttävän ja kestävän lopputuloksen tarve. Talon katolla on jo valmiiksi oma kallistuksensa ja kaltevuutensa, joten näiden kahden tarpeen välillä on etsittävä kompromissi. Kun tiedämme tuotannon kannalta optimaalisen kulman, voimme valita parhaan kompromissin asennukseemme.

Jos taas haluat rakentaa aurinkopaneeleilla varustetun aurinkovarjokatoksen rakenteen tai maahan asennettavan aurinkojärjestelmän rakenteen tai innovatiivisen pysäköintitilan, joka on katettu useilla paneeleilla, jotka on kytketty sarjaan tai rinnakkain, tämä opas on erittäin hyödyllinen rakenteen suunnitteluvaiheessa, sillä sen avulla saat selville rakenteen optimaalisen kaltevuuskulman vaakatasoon nähden.

Aurinkopaneeleidemme optimaaliseen kallistuskulmaan vaikuttaa olennaisesti kaksi tekijää:
– sen maantieteellisen paikan leveysaste, johon haluamme asentaa ne
– vuodenaika, jolloin tarvitsemme enemmän energiaa

Miten leveysaste vaikuttaa kallistuskulmaan?

Kuten sanoin jo aiemmin, mitä enemmän aurinkopaneeli on kohtisuorassa auringon säteisiin nähden, sitä enemmän se tuottaa sähköä. Suurin energiantuotanto saavutetaan keskipäivällä, kun aurinko saavuttaa suurimman korkeutensa horisontissa. Siksi meidän on tiedettävä vuoden aikana auringon suurin ja pienin korkeus keskipäivällä, jotta saamme selville, kuinka monta astetta paneelimme on kallistettava. Tässä tarkoituksessa apunamme on kaksi erityistä vuoden päivää.

Kuten monet teistä jo tietävätkin, vuoden aikana on päivä, jolloin meillä on vähemmän valotunteja, ja päivä, jolloin meillä on enemmän valotunteja. Näitä päiviä kutsutaan …
– talvipäivänseisaus
– kesäpäivänseisaus

Kesäpäivänseisaus, jolloin meillä on enemmän valotunteja, on kesäkuun 20. tai 21. päivä, ja aurinko on keskipäivällä suurimmalla vuotuisella korkeudellaan (ks. kuva); kun taas talvipäivänseisaus, jolloin meillä on vähemmän valotunteja, on joulukuun 21. tai 22. päivä, ja keskipäivän aurinko on pienimmällä vuotuisella korkeudellaan (ks. kuva).

Se mukaan, millä leveysasteella asumme, myös auringon suurin ja pienin vuotuinen korkeus keskipäivällä vaihtelee. Kuten alla olevasta kuvasta näkyy (kartan luotto: Mapsofworld.com), Manner-Yhdysvaltojen leveysasteet vaihtelevat noin 49° pohjoista leveyttä (Alaskaa lukuun ottamatta) ja hieman yli 26° eteläistä leveyttä (Texas) välillä. Tietääksemme auringon korkeuden kesä- ja talvipäivänseisauksen aikana meidän on vain määritettävä ne leveysasteet, joille haluamme asentaa aurinkosähköjärjestelmämme. Katsotaanpa alla olevaa kuviota. Jos esimerkiksi sijaitsemme Chicagossa, leveysaste on noin 42°.

Yhdysvaltojen mantereen leveysaste

Auringon maksimikorkeuden laskeminen keskipäivällä

Kun leveysaste on määritetty, on vähennettävä siitä 23° (maapallon nykyinen likimääräinen kallistuskulma). Viimeinen matemaattinen operaatio on: 90 – (saatu tulos). Chicagon tapauksessa auringon kulminaatiopiste on 71°, joka saadaan laskemalla 90 – (42-23). Jotta energian hyötysuhde olisi mahdollisimman suuri kesäpäivänseisauksen aikana, Chicagon aurinkopaneelien on oltava suunnattu etelään ja kallistettu 19° (90-71). Näin paneelit ovat keskipäivällä täysin kohtisuorassa auringonsäteisiin nähden.

Auringon vähimmäiskorkeuden laskeminen keskipäivällä

Talvipäivänseisauksen keskipäivän auringonkorkeuden laskemiseksi on vähennyksen sijaan lisättävä 23°. Seuraava matemaattinen operaatio pysyy muuttumattomana. Chicagon osalta tulos on 90 – (42 + 23) = 25°. Jotta talvipäivänseisauksen aikana saataisiin paras mahdollinen energiatehokkuus, Chicagon aurinkopaneelien on oltava etelään päin ja kallistettu 65° (90-25). Näin paneelit ovat keskipäivällä täysin kohtisuorassa auringonsäteisiin nähden.

Laskelmista käy heti ilmi, että paneelien suuri kallistuskulma suosii suurempaa energiantuotantoa talvikaudella, kun taas paneelien pieni kallistuskulma suosii suurempaa energiantuotantoa kesäkaudella.

Mikä kallistuskulma valitaan järjestelmäämme? Yksinkertaisesti se, joka vastaa energiantarpeisiimme.

Jos olemme Chicagossa ja tarvitsemme energiaa vain talvikaudella, on hyvä valita kallistuskulma välillä 53°-65° (esimerkki 59°), kun taas jos tarvitsemme energiaa vain kesällä, on hyvä valita kallistuskulma välillä 19°-30° (esimerkki 24,5°). Toisaalta, jos tarve on suurempi kesäkaudella, on hyvä valita kallistuskulma 19°:n ja 42°:n väliltä (esimerkiksi 30°). Jos sen sijaan meillä on suurempi tarve talvikaudella, on hyvä olla kallistuskulma 42°:n ja 65°:n välillä (esimerkiksi 53°).

Jos energiantarpeemme Chicagossa on vakio ympäri vuoden, voimme valita keskitason, esimerkiksi 42°:n, aina suuntautuneena etelän suuntaan.