Jaki jest najlepszy kąt dla paneli słonecznych

Najlepszy kąt dla paneli słonecznych

Witamy w tym artykule informacyjnym.

Czy chcesz zbudować naprawdę wydajny system energii słonecznej, ale nie wiesz jak ocenić prawidłową orientację paneli słonecznych i jak obliczyć idealny kąt nachylenia?

Nie ma problemu, na tej stronie znajdziesz wszystkie informacje i porady, które pozwolą Ci krok po kroku poznać prawidłową orientację (kąt azymutu) i najlepsze nachylenie paneli (kąt nachylenia) w zależności od okresu sezonowego, w którym masz większe zapotrzebowanie na energię elektryczną i od położenia geograficznego, w którym chcesz zainstalować system solarny.

W rzeczywistości, dzięki matematycznemu wzorowi i naszej mapie szerokości geograficznej Stanów Zjednoczonych, nauczysz się obliczać optymalne nachylenie dla twojego miasta zarówno latem jak i zimą, bez straty czasu i za darmo.

W jakim kierunku powinny być zorientowane panele?

Podczas projektowania systemu energii słonecznej, istotne jest wybranie strony dachu, na której zostaną zamontowane panele. Musimy zatem wiedzieć, po której stronie jest większe promieniowanie słoneczne przez cały dzień, aby uzyskać maksymalną możliwą produkcję energii. Ponieważ panele słoneczne są bardziej wydajne, gdy promienie słoneczne są prostopadłe do ich powierzchni, zdecydowanie najlepszą orientacją jest ta, która jest skierowana bezpośrednio na południe (kąt azymutu = 180°). Przeciwnie, w krajach półkuli południowej (takich jak RPA i Australia), najlepszą orientacją jest prawdziwa orientacja PÓŁNOCNA.

W przypadku, gdy instalacja w kierunku południowym nie jest możliwa lub mamy problemy z zacienieniem (np. bardzo wysokie drzewo), możliwa jest niewielka zmiana orientacji paneli.

W rzeczywistości warto wiedzieć, że jeśli panele słoneczne są skierowane na południe, maksymalnie do 45° (południowy wschód i południowy zachód), roczna produkcja ulega raczej ograniczonej redukcji (1-3%). Promieniowanie słoneczne, które otrzymują panele jest prawie takie samo. Jednakże, jeśli panele są obrócone pod kątem większym niż 45° w stosunku do południa, produkcja zaczyna znacznie spadać.

Przy 90° od południa (a więc na wschód i zachód), produkcja może spaść do 30%. Spadek ten wynika z faktu, że panele słoneczne, przez większość dnia, są wystawione na działanie słabego i nie prostopadłego światła słonecznego. Te panele z pewnością będą produkować energię słoneczną, ale w mniejszym stopniu niż panele skierowane bezpośrednio na południe.

Jaki jest optymalny kąt nachylenia dla paneli słonecznych?

Dobrze, teraz, gdy wiemy, że optymalnym kierunkiem jest południe, musimy znaleźć optymalny kąt nachylenia.

Po pierwsze, przy wyborze kąta nachylenia dla paneli słonecznych na dachu domu jesteśmy zobowiązani do zaspokojenia dwóch podstawowych potrzeb: potrzeby produkcji energii oraz potrzeby estetycznego i długotrwałego efektu końcowego. Dach domu ma już swoje własne nachylenie i spadek, dlatego należy szukać kompromisu pomiędzy tymi dwoma potrzebami. Znajomość optymalnego kąta dla celów produkcyjnych pozwoli nam wybrać najlepszy kompromis dla naszej instalacji.

Jeśli natomiast chcesz zbudować konstrukcję zadaszenia przeciwsłonecznego z panelami słonecznymi lub konstrukcję dla naziemnego systemu solarnego lub innowacyjnego miejsca parkingowego pokrytego wieloma panelami połączonymi szeregowo lub równolegle, ten przewodnik będzie bardzo przydatny w fazie projektowania konstrukcji, ponieważ dostarczy Ci optymalnego kąta nachylenia konstrukcji względem płaszczyzny poziomej.

Na optymalny kąt nachylenia, jaki będą miały nasze panele słoneczne, zasadniczo wpływają dwa czynniki:
– szerokość geograficzna miejsca geograficznego, w którym chcemy je zamontować
– pora roku, w której potrzebujemy więcej energii

Jak szerokość geograficzna wpływa na kąt nachylenia?

Jak już wcześniej wspomniałem, im bardziej panel słoneczny jest prostopadły do promieni słonecznych, tym więcej produkuje energii elektrycznej. Maksymalna produkcja energii jest osiągana w południe, kiedy słońce osiąga swoją maksymalną wysokość na horyzoncie. Musimy zatem znać w ciągu roku maksymalną i minimalną wysokość słońca w południe, aby dowiedzieć się, o ile stopni należy przechylić nasze panele. W tym celu, dwa specjalne dni w roku przychodzą nam z pomocą.

Jak wielu z was już wie, jest taki dzień w roku, w którym mamy mniej godzin światła i taki dzień w roku, w którym mamy więcej godzin światła. Dni te nazywamy …
– przesileniem zimowym
– przesileniem letnim

Przesilenie letnie, w którym mamy więcej godzin światła, przypada 20 lub 21 czerwca, a słońce w południe znajduje się na swojej największej rocznej wysokości (patrz rysunek); natomiast przesilenie zimowe, w którym mamy mniej godzin światła, przypada 21 lub 22 grudnia, a słońce w południe znajduje się na swojej najmniejszej rocznej wysokości (patrz rysunek).

W zależności od szerokości geograficznej, w której żyjemy, maksymalna i minimalna roczna wysokość Słońca w południe również ulega zmianie. Jak widać na poniższym rysunku (mapa: Mapsofworld.com), szerokość geograficzna kontynentalnych Stanów Zjednoczonych waha się od około 49° na północ (nie licząc Alaski), do nieco ponad 26° na południe (Teksas). Aby poznać wysokość Słońca w czasie przesilenia letniego i zimowego, musimy tylko zidentyfikować stopnie szerokości geograficznej, w których chcemy zainstalować nasz system solarny. Spójrzmy na poniższy rysunek. Przykładowo, jeśli znajdujemy się w Chicago, szerokość geograficzna wyniesie około 42°.

Latitude of Continental United States

Calculating maximum Sun height at noon

Po określeniu szerokości geograficznej musimy odjąć 23° (aktualny przybliżony kąt nachylenia Ziemi). Ostatnią operacją matematyczną jest: 90 – (otrzymany wynik). W przypadku Chicago będziemy mieli punkt kulminacyjny Słońca na 71°, otrzymany z obliczenia 90 – (42-23). Aby uzyskać maksymalną wydajność energetyczną podczas przesilenia letniego, panele słoneczne w Chicago muszą być skierowane na południe i nachylone pod kątem 19° (90-71). W ten sposób w południe panele będą idealnie prostopadłe do promieni słonecznych.

Obliczanie minimalnej wysokości Słońca w południe

Aby obliczyć wysokość Słońca w południe podczas przesilenia zimowego, zamiast odejmować, musimy dodać 23°. Dalsza operacja matematyczna pozostaje bez zmian. Wynik dla Chicago to 90 – (42 + 23) = 25°. Aby uzyskać maksymalną wydajność energetyczną w czasie przesilenia zimowego, panele słoneczne w Chicago muszą być skierowane na południe i nachylone pod kątem 65° (90-25). W ten sposób w południe panele będą idealnie prostopadłe do promieni słonecznych.

Z obliczeń wynika natychmiast, że wysoki kąt nachylenia paneli będzie sprzyjał większej produkcji energii w sezonie zimowym, podczas gdy niski kąt nachylenia paneli będzie sprzyjał większej produkcji energii w sezonie letnim.

Który kąt nachylenia wybrać dla naszego systemu? Proste, ten, który spełnia nasze potrzeby energetyczne.

Jeśli jesteśmy w Chicago i potrzebujemy energii tylko w sezonie zimowym, dobrze jest wybrać kąt nachylenia pomiędzy 53° a 65° (przykład 59°), podczas gdy jeśli potrzebujemy energii tylko w lecie, dobrze jest wybrać kąt nachylenia pomiędzy 19° a 30° (przykład 24,5°). Z drugiej strony, jeśli mamy większe potrzeby w sezonie letnim, dobrze jest wybrać kąt nachylenia pomiędzy 19° a 42° (na przykład 30°). Jeśli natomiast mamy większe potrzeby w sezonie zimowym, dobrze jest mieć kąt nachylenia pomiędzy 42° a 65° (na przykład 53°).

Jeśli nasze potrzeby energetyczne w Chicago są stałe przez cały rok, wtedy możemy zdecydować się na środek, taki jak 42°, zawsze z orientacją w kierunku SOUTH.