Wraz ze wzrostem globalnego popytu na energię odnawialną, technologia fotowoltaiczna (słoneczna) jest szeroko stosowana jako ważny składnik czystej energii. A jak zoptymalizować wydajność systemów PV, aby poprawić efektywność energetyczną podczas ich instalacji, stało się ważnym problemem dla badaczy i inżynierów. Ostatnie badania zaproponowały optymalne kąty nachylenia i wysokości elewacji dla dachowych systemów PV, dostarczając nowych pomysłów na poprawę efektywności wytwarzania energii PV.
Czynniki wpływające na wydajność systemów fotowoltaicznych
Na wydajność systemu PV na dachu wpływa szereg czynników, z których najważniejsze to kąt promieniowania słonecznego, temperatura otoczenia, kąt montażu i wysokość. Warunki oświetleniowe w różnych regionach, zmiany klimatyczne i konstrukcja dachu wpływają na efekt wytwarzania energii przez panele PV. Spośród tych czynników, kąt nachylenia i wysokość nad głową paneli PV to dwie ważne zmienne, które bezpośrednio wpływają na ich odbiór światła i wydajność rozpraszania ciepła.
Optymalny kąt nachylenia
Badania wykazały, że optymalny kąt nachylenia systemu PV zależy nie tylko od położenia geograficznego i sezonowych zmian, ale jest również ściśle związany z lokalnymi warunkami pogodowymi. Zasadniczo kąt nachylenia paneli PV powinien być zbliżony do lokalnej szerokości geograficznej, aby zapewnić maksymalny odbiór energii promieniowania słonecznego. Optymalny kąt nachylenia można zazwyczaj odpowiednio dostosować do pory roku, aby dostosować się do różnych sezonowych kątów światła.
Optymalizacja latem i zimą:
1. Latem, gdy słońce znajduje się blisko zenitu, kąt nachylenia paneli fotowoltaicznych można odpowiednio obniżyć, aby lepiej przechwytywać intensywne, bezpośrednie światło słoneczne.
2. Zimą kąt padania promieni słonecznych jest mniejszy, a odpowiednie zwiększenie kąta nachylenia sprawia, że panele fotowoltaiczne otrzymują więcej światła słonecznego.
Ponadto stwierdzono, że konstrukcja o stałym kącie (zwykle ustalonym w pobliżu kąta szerokości geograficznej) jest także bardzo wydajną opcją w niektórych przypadkach zastosowań praktycznych, ponieważ upraszcza proces instalacji i nadal zapewnia stosunkowo stabilną produkcję energii w większości warunków klimatycznych.
Optymalna wysokość nad głową
W projektowaniu systemu PV na dachu, wysokość paneli PV (tj. odległość między panelami PV a dachem) jest również ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność wytwarzania energii. Odpowiednia wysokość poprawia wentylację paneli PV i zmniejsza gromadzenie się ciepła, poprawiając w ten sposób wydajność cieplną systemu. Badania wykazały, że gdy odległość między panelami PV a dachem jest zwiększona, system jest w stanie skutecznie zmniejszyć wzrost temperatury, a tym samym poprawić wydajność.
Efekt wentylacji:
3. W przypadku braku wystarczającej wysokości nad głową panele fotowoltaiczne mogą mieć zmniejszoną wydajność z powodu gromadzenia się ciepła. Nadmierne temperatury obniżą wydajność konwersji paneli fotowoltaicznych, a nawet mogą skrócić ich żywotność.
4. Zwiększenie wysokości montażu pomaga poprawić cyrkulację powietrza pod panelami fotowoltaicznymi, obniżając temperaturę systemu i utrzymując optymalne warunki pracy.
Jednak wzrost wysokości nad głową oznacza również wyższe koszty budowy i większe wymagania przestrzenne. Dlatego wybór odpowiedniej wysokości nad głową musi być zrównoważony zgodnie z lokalnymi warunkami klimatycznymi i konkretną konstrukcją systemu PV.
Eksperymenty i analiza danych
Ostatnie badania zidentyfikowały kilka zoptymalizowanych rozwiązań projektowych poprzez eksperymentowanie z różnymi kombinacjami kątów dachu i wysokości nad głową. Symulując i analizując rzeczywiste dane z kilku regionów, badacze doszli do wniosku:
5. optymalny kąt nachylenia: ogólnie rzecz biorąc, optymalny kąt nachylenia dla systemu dachowego PV mieści się w zakresie plus lub minus 15 stopni lokalnej szerokości geograficznej. Konkretne dostosowania są optymalizowane zgodnie ze zmianami sezonowymi.
6. optymalna wysokość nad głową: dla większości dachowych systemów PV optymalna wysokość nad głową wynosi od 10 do 20 centymetrów. Zbyt niska wysokość może prowadzić do gromadzenia się ciepła, podczas gdy zbyt wysoka wysokość może zwiększyć koszty instalacji i konserwacji.
Wniosek
Wraz z ciągłym rozwojem technologii solarnej, maksymalizacja wydajności wytwarzania energii przez systemy PV stała się ważną kwestią. Optymalny kąt nachylenia i wysokość nad głową dachowych systemów PV zaproponowane w nowym badaniu dostarczają teoretycznych rozwiązań optymalizacyjnych, które pomagają w dalszym zwiększaniu ogólnej wydajności systemów PV. W przyszłości, wraz z rozwojem inteligentnego projektowania i technologii big data, oczekuje się, że będziemy w stanie osiągnąć bardziej wydajne i ekonomiczne wykorzystanie energii PV dzięki dokładniejszemu i spersonalizowanemu projektowaniu.
Czas publikacji: 13-02-2025