Mi a legjobb szög a napelemeknél

A napelemek legjobb szöge

Köszöntöm ebben az informatív cikkben.

Egy igazán hatékony napelemes rendszert szeretne építeni, de nem tudja, hogyan értékelje a napelemek helyes tájolását és hogyan számolja ki a tökéletes dőlésszöget?

Nem probléma, ezen az oldalon minden olyan információt és tanácsot megtalál, amelyek segítségével lépésről lépésre megismerheti a megfelelő tájolást (azimutális szög) és a panelek legjobb dőlésszögét (dőlésszög) annak a szezonális időszaknak megfelelően, amikor nagyobb az áramigénye, valamint annak a földrajzi helynek megfelelően, ahol a napelemes rendszert telepíteni kívánja.

Sőt, egy matematikai képletnek és az Egyesült Államok szélességi térképünknek köszönhetően megtanulhatja kiszámítani a városának optimális dőlésszögét mind nyáron, mind télen, időveszteség nélkül és ingyenesen.

Melyik irányba kell tájolni a paneleket?

A napelemes rendszer tervezésekor fontos kiválasztani a tető oldalát, amelyre a paneleket felszereljük. Tudnunk kell tehát, hogy az egész nap folyamán melyik oldalon van nagyobb napsugárzás, hogy a lehető legnagyobb energiatermelést érhessük el. Mivel a napelemek akkor termelékenyebbek, ha a napsugarak merőlegesen állnak a felületükre, a minden bizonnyal legjobb tájolás a közvetlenül délre néző (azimutális szög = 180°). Ezzel szemben a déli félteke országaiban (például Dél-Afrikában és Ausztráliában) a legjobb tájolás az ÉNY-i.

Ha a déli irányú telepítés nem lehetséges, vagy árnyékolási problémáink vannak (például egy nagyon magas fa), akkor lehetőség van a panelek tájolásának kismértékű megváltoztatására.

Ténylegesen hasznos tudni, hogy ha a napelemek a valódi déli tájoláson kívülre, maximum 45°-ig (délkeletre és délnyugatra) néznek, az éves termelés meglehetősen korlátozott csökkenésen megy keresztül (1-3%). A paneleket érő napsugárzás majdnem ugyanaz. Ha azonban a panelek a valódi délihez képest 45°-nál nagyobb szögben állnak, a termelés jelentősen csökkenni kezd.

A valódi délihez képest 90°-os szögben (tehát keletre és nyugatra) a termelés akár 30%-kal is csökkenhet. Ez a csökkenés annak köszönhető, hogy a napelemek a nap nagy részében gyenge és nem merőleges napfénynek vannak kitéve. Ezek a panelek biztosan termelnek napenergiát, de kisebb mértékben, mint a közvetlenül délre néző panelek.

Melyik az optimális dőlésszög a napelemek számára?

Nos, most, hogy tudjuk, hogy az optimális irány a dél, meg kell találnunk az optimális dőlésszöget.

Először is, a ház tetején elhelyezett napelemek dőlésszögének megválasztásakor két alapvető igényt kell kielégítenünk: az energiatermelés igényét és az esztétikus és tartós végeredmény iránti igényt. A háztetőnek eleve megvan a maga dőlésszöge és lejtése, így e két igény között kompromisszumot kell keresni. Ha ismerjük a termelés szempontjából optimális dőlésszöget, akkor a legjobb kompromisszumot választhatjuk ki a létesítményünkhöz.

Ha viszont egy napelemekkel ellátott napernyős előtető szerkezetét vagy egy talajra szerelt napelemes rendszer szerkezetét, illetve egy innovatív, több, sorba vagy párhuzamosan bekötött panellel fedett parkolóhely szerkezetét szeretné megépíteni, akkor ez az útmutató nagyon hasznos lesz a szerkezet tervezési fázisában, mivel megadja a szerkezet vízszintes síkhoz viszonyított optimális dőlésszögét.

Az optimális dőlésszöget, amelyet a napelempaneljeink fognak betölteni, alapvetően két tényező befolyásolja:
– annak a földrajzi helynek a földrajzi szélessége, ahol fel akarjuk szerelni őket
– az évszak, amikor több energiára van szükségünk

Hogyan befolyásolja a földrajzi szélesség a dőlésszöget?

Mint korábban említettem, minél inkább merőlegesen áll egy napelem a napsugarakra, annál több áramot termel. A maximális energiatermelés délben érhető el, amikor a Nap eléri a legnagyobb magasságát a horizonton. Ezért ismernünk kell az év folyamán a nap déli maximális és minimális magasságát, hogy megtudjuk, hány fokban kell megdönteni a paneleinket. Ehhez az év két különleges napja jön segítségünkre.

Amint azt már sokan tudják, van az évnek egy olyan napja, amikor kevesebb, és van egy olyan napja, amikor több fényóránk van. Ezeket a napokat nevezzük …
– téli napforduló
– nyári napforduló

A nyári napforduló, amikor több fényóránk van, június 20-án vagy 21-én van, és a Nap délben a legnagyobb éves magasságban van (lásd az ábrát); míg a téli napforduló, amikor kevesebb fényóránk van, december 21-én vagy 22-én van, és a Nap délben a legkisebb éves magasságban van (lásd az ábrát).

Az alapján, hogy milyen szélességi fokon élünk, a nap déli legnagyobb és legkisebb éves magassága is változik. Amint az alábbi ábrán látható (térkép hitel: Mapsofworld.com), az Egyesült Államok kontinentális szélessége az északi szélesség körülbelül 49° (Alaszka nélkül) és a déli szélesség alig több mint 26° (Texas) között van. Ahhoz, hogy megismerjük a Nap magasságát a nyári és a téli napforduló idején, csak meg kell határoznunk azokat a szélességi fokokat, amelyeken a napelemes rendszerünket telepíteni szeretnénk. Nézzük meg az alábbi ábrát. Ha például Chicagóban vagyunk, a szélességi fok körülbelül 42° lesz.

A kontinentális Egyesült Államok szélessége

A Nap maximális magasságának kiszámítása délben

A szélességi fok meghatározása után le kell vonnunk 23°-ot (a Föld jelenlegi hozzávetőleges dőlésszöge). Az utolsó matematikai művelet: 90 – (kapott eredmény). Chicago esetében a Nap csúcspontja 71°-nál lesz, amit a 90 – (42-23) számításból kapunk. Ahhoz, hogy a nyári napforduló idején maximális energiahatékonyságot érjünk el, a chicagói napelemeknek DÉL felé kell nézniük, és 19°-kal (90-71) kell megdőlniük. Így délben a panelek tökéletesen merőlegesek lesznek a napsugarakra.

A minimális napmagasság kiszámítása délben

A téli napforduló idején a déli napmagasság kiszámításához a kivonás helyett 23°-ot kell hozzáadni. Az ezt követő matematikai művelet változatlan marad. Az eredmény Chicago esetében 90 – (42 + 23) = 25°. Ahhoz, hogy a téli napforduló idején maximális energiahatékonyságot érjünk el, a chicagói napelemeknek DÉL felé kell nézniük, és 65°-kal (90-25) kell megdőlniük. Így délben a panelek tökéletesen merőlegesek lesznek a napsugarakra.

A számításokból azonnal látható, hogy a panelek nagy dőlésszöge a téli időszakban nagyobb energiatermelésnek, míg a panelek kis dőlésszöge a nyári időszakban nagyobb energiatermelésnek kedvez.

Melyik dőlésszöget válasszuk a rendszerünkhöz? Egyszerű, azt, amelyik megfelel az energiaigényünknek.

Ha Chicagóban vagyunk, és csak a téli szezonban van szükségünk energiára, akkor 53° és 65° közötti dőlésszöget érdemes választani (példa 59°), míg ha csak nyáron van szükségünk, akkor 19° és 30° közötti dőlésszöget érdemes választani (példa 24,5°). Ha viszont a nyári szezonban van nagyobb szükségünk, akkor 19° és 42° (például 30°) közötti dőlésszöget célszerű választani. Ha viszont a téli szezonban van nagyobb szükségünk, akkor 42° és 65° (például 53°) közötti dőlésszöget célszerű választani.

Ha az energiaszükségletünk Chicagóban egész évben állandó, akkor választhatunk egy középutat, például 42°-ot, mindig a DÉLI irányba tájolva.