S rostoucí celosvětovou poptávkou po obnovitelné energii se fotovoltaická (solární) technologie široce využívá jako důležitá součást čisté energie. A jak optimalizovat výkon fotovoltaických systémů pro zlepšení energetické účinnosti během jejich instalace, se stalo důležitou otázkou pro výzkumníky a inženýry. Nedávné studie navrhly optimální úhly sklonu a výšky střešních fotovoltaických systémů, což poskytuje nové nápady pro zlepšení účinnosti výroby energie z fotovoltaiky.
Faktory ovlivňující výkon fotovoltaických systémů
Výkon střešního fotovoltaického systému je ovlivněn řadou faktorů, z nichž nejdůležitější jsou úhel slunečního záření, okolní teplota, úhel montáže a nadmořská výška. Světelné podmínky v různých oblastech, klimatické změny a konstrukce střechy ovlivňují účinnost výroby energie z fotovoltaických panelů. Mezi těmito faktory jsou úhel sklonu a výška nadmořské výšky FV panelů dvěma důležitými proměnnými, které přímo ovlivňují jejich příjem světla a účinnost odvodu tepla.
Optimální úhel náklonu
Studie ukázaly, že optimální úhel sklonu fotovoltaického systému závisí nejen na geografické poloze a sezónních výkyvech, ale také úzce souvisí s místními povětrnostními podmínkami. Obecně by se úhel sklonu fotovoltaických panelů měl blížit místní zeměpisné šířce, aby byl zajištěn maximální příjem sálavé energie ze slunce. Optimální úhel sklonu lze obvykle vhodně upravit podle ročního období, aby se přizpůsobil různým sezónním úhlům osvětlení.
Optimalizace v létě i v zimě:
1. V létě, kdy se slunce nachází blízko zenitu, lze úhel sklonu FV panelů vhodně snížit, aby lépe zachytily intenzivní přímé sluneční světlo.
2. V zimě je úhel slunce nižší a odpovídající zvýšení úhlu sklonu zajišťuje, že FV panely přijímají více slunečního světla.
Kromě toho se ukázalo, že konstrukce s pevným úhlem (obvykle fixovaná v blízkosti úhlu zeměpisné šířky) je v některých případech pro praktické aplikace také vysoce účinnou volbou, protože zjednodušuje proces instalace a stále poskytuje relativně stabilní výrobu energie za většiny klimatických podmínek.
Optimální výška nad hlavou
Při návrhu střešního fotovoltaického systému je důležitým faktorem, který ovlivňuje účinnost výroby energie, také výška nad panely (tj. vzdálenost mezi panely a střechou). Správná výška zlepšuje ventilaci panelů a snižuje akumulaci tepla, čímž zlepšuje tepelný výkon systému. Studie ukázaly, že když se zvětší vzdálenost mezi panely a střechou, systém je schopen účinně snížit nárůst teploty a tím zlepšit účinnost.
Větrací účinek:
3. Pokud není dostatečná výška nad hlavou, mohou FV panely trpět sníženým výkonem v důsledku hromadění tepla. Nadměrné teploty sníží účinnost přeměny FV panelů a mohou dokonce zkrátit jejich životnost.
4. Zvětšení výšky odstupu pomáhá zlepšit cirkulaci vzduchu pod FV panely, čímž se snižuje teplota systému a udržují optimální provozní podmínky.
Zvýšení výšky nadzemní konstrukce však také znamená vyšší stavební náklady a větší nároky na prostor. Volba vhodné výšky nadzemní konstrukce proto musí být vyvážena podle místních klimatických podmínek a specifického návrhu FV systému.
Experimenty a analýza dat
Nedávné studie identifikovaly některá optimalizovaná konstrukční řešení experimentováním s různými kombinacemi úhlů střechy a výšek stropu. Simulací a analýzou skutečných dat z několika regionů vědci dospěli k závěru:
5. optimální úhel sklonu: obecně je optimální úhel sklonu střešního FV systému v rozmezí plus nebo mínus 15 stupňů místní zeměpisné šířky. Konkrétní úpravy jsou optimalizovány podle sezónních změn.
6. optimální výška nad hlavou: u většiny střešních fotovoltaických systémů je optimální výška nad hlavou mezi 10 a 20 centimetry. Příliš nízká výška může vést k hromadění tepla, zatímco příliš vysoká výška může zvýšit náklady na instalaci a údržbu.
Závěr
S neustálým pokrokem solární technologie se stala důležitou otázkou maximalizace účinnosti výroby energie z fotovoltaických systémů. Optimální úhel sklonu a výška nad hlavou střešních fotovoltaických systémů navržené v nové studii poskytují teoretická optimalizační řešení, která pomáhají dále zlepšovat celkovou účinnost fotovoltaických systémů. V budoucnu se s rozvojem inteligentního designu a technologie velkých dat očekává, že budeme schopni dosáhnout efektivnějšího a ekonomičtějšího využití fotovoltaické energie prostřednictvím přesnějšího a personalizovaného designu.
Čas zveřejnění: 13. února 2025