S rastúcim globálnym dopytom po obnoviteľnej energii sa fotovoltaická (solárna) technológia široko používa ako dôležitá súčasť čistej energie. A ako optimalizovať výkon fotovoltaických systémov s cieľom zlepšiť energetickú účinnosť počas ich inštalácie, sa stalo dôležitou otázkou pre výskumníkov a inžinierov. Nedávne štúdie navrhli optimálne uhly sklonu a výšky strešných fotovoltaických systémov, čo poskytuje nové nápady na zlepšenie účinnosti výroby energie z fotovoltaiky.
Faktory ovplyvňujúce výkon fotovoltaických systémov
Výkon strešného fotovoltaického systému je ovplyvnený množstvom faktorov, z ktorých najdôležitejšie sú uhol slnečného žiarenia, okolitá teplota, uhol montáže a nadmorská výška. Svetelné podmienky v rôznych regiónoch, klimatické zmeny a strešná konštrukcia ovplyvňujú efekt výroby energie z fotovoltaických panelov. Medzi týmito faktormi sú uhol sklonu a výška nad fotovoltaickými panelmi dve dôležité premenné, ktoré priamo ovplyvňujú ich príjem svetla a účinnosť odvádzania tepla.
Optimálny uhol sklonu
Štúdie ukázali, že optimálny uhol sklonu FV systému závisí nielen od geografickej polohy a sezónnych výkyvov, ale úzko súvisí aj s miestnymi poveternostnými podmienkami. Vo všeobecnosti by mal byť uhol sklonu FV panelov blízky miestnej zemepisnej šírke, aby sa zabezpečil maximálny príjem sálavej energie zo slnka. Optimálny uhol sklonu sa zvyčajne dá vhodne upraviť podľa ročného obdobia, aby sa prispôsobil rôznym sezónnym uhlom osvetlenia.
Optimalizácia v lete aj v zime:
1. V lete, keď sa slnko nachádza blízko zenitu, je možné vhodne znížiť uhol sklonu FV panelov, aby sa lepšie zachytilo intenzívne priame slnečné svetlo.
2. V zime je uhol slnka nižší a vhodné zvýšenie uhla sklonu zabezpečí, že FV panely dostanú viac slnečného žiarenia.
Okrem toho sa zistilo, že konštrukcia s pevným uhlom (zvyčajne fixovaná v blízkosti zemepisnej šírky) je v niektorých prípadoch aj vysoko účinnou možnosťou pre praktické aplikácie, pretože zjednodušuje proces inštalácie a stále poskytuje relatívne stabilnú výrobu energie za väčšiny klimatických podmienok.
Optimálna výška nad hlavou
Pri návrhu strešného FV systému je dôležitým faktorom, ktorý ovplyvňuje účinnosť výroby energie, aj výška FV panelov nad hlavou (t. j. vzdialenosť medzi FV panelmi a strechou). Správna výška zlepšuje vetranie FV panelov a znižuje akumuláciu tepla, čím sa zlepšuje tepelný výkon systému. Štúdie ukázali, že keď sa zväčší vzdialenosť medzi FV panelmi a strechou, systém dokáže účinne znížiť nárast teploty a tým zlepšiť účinnosť.
Vetrací účinok:
3. Ak nie je dostatočná výška nad hlavou, výkon FV panelov môže byť znížený v dôsledku hromadenia tepla. Nadmerné teploty znížia účinnosť konverzie FV panelov a môžu dokonca skrátiť ich životnosť.
4. Zvýšenie výšky odstupu pomáha zlepšiť cirkuláciu vzduchu pod FV panelmi, čím sa znižuje teplota systému a udržiavajú sa optimálne prevádzkové podmienky.
Zvýšenie výšky stropu však znamená aj vyššie stavebné náklady a väčšie nároky na priestor. Preto je potrebné zvážiť výber vhodnej výšky stropu podľa miestnych klimatických podmienok a špecifického návrhu FV systému.
Experimenty a analýza údajov
Nedávne štúdie identifikovali niektoré optimalizované konštrukčné riešenia experimentovaním s rôznymi kombináciami uhlov striech a výšok stropu. Simuláciou a analýzou skutočných údajov z niekoľkých regiónov výskumníci dospeli k záveru:
5. optimálny uhol sklonu: vo všeobecnosti je optimálny uhol sklonu strešného FV systému v rozsahu plus alebo mínus 15 stupňov miestnej zemepisnej šírky. Konkrétne úpravy sa optimalizujú podľa sezónnych zmien.
6. optimálna výška nad hlavou: pre väčšinu strešných fotovoltaických systémov je optimálna výška nad hlavou medzi 10 a 20 centimetrami. Príliš nízka výška nad hlavou môže viesť k hromadeniu tepla, zatiaľ čo príliš vysoká výška nad hlavou môže zvýšiť náklady na inštaláciu a údržbu.
Záver
S neustálym pokrokom solárnej technológie sa dôležitou otázkou stalo maximalizovanie účinnosti výroby energie z fotovoltaických systémov. Optimálny uhol sklonu a výška strešných fotovoltaických systémov navrhnutá v novej štúdii poskytuje teoretické optimalizačné riešenia, ktoré pomáhajú ďalej zlepšovať celkovú účinnosť fotovoltaických systémov. V budúcnosti sa s rozvojom inteligentného dizajnu a technológie veľkých dát očakáva, že budeme schopní dosiahnuť efektívnejšie a úspornejšie využitie fotovoltaickej energie prostredníctvom presnejšieho a personalizovaného dizajnu.
Čas uverejnenia: 13. februára 2025