Orientering af solcellepaneler

Orientering af solcellepanelerArtikelLæringsmateriale om alternativ energi16/06/201002/08/2020

Læringsmateriale om alternativ energi

Please share/bookmark with:

Solpanels orientering og placering

Solkraft giver mange fordele i forbindelse med produktion af elektricitet. Den har nul omkostninger til råbrændstof, ubegrænset forsyning og ingen miljøproblemer som f.eks. transport, opbevaring eller forurening. Solenergi er tilgængelig overalt, selv på månen. Men for at få mest muligt ud af et solcellepanel eller et solcelleanlæg skal det være rettet eller “orienteret” direkte mod solens stråleenergi, for som bekendt vil solcellepanelet producere mere, jo større overfladeareal der udsættes for direkte sollys, men her ligger problemet.

Selv om solcellepanelet kan være perfekt justeret til at modtage solens energi, er det et stationært objekt, der er fastgjort til enten et tag eller monteret direkte på en ramme. Med hensyn til et solcellepanel er solen imidlertid ikke stationær og ændrer konstant sin position på himlen i forhold til jorden fra morgen til aften, hvilket gør det vanskeligt at orientere solcellepanelet korrekt.

Så udfordringen ved at få det maksimale udbytte af gratis solenergi er at sikre, at et solcellepanel eller et komplet solcelleanlæg er korrekt orienteret og placeret i forhold til det direkte sollys fra solen på alle tidspunkter af dagen. Ud over “solpanelets orientering” er det også vigtigt, hvor mange timer sollyset om dagen solpanelet modtager, samt sollysets intensitet eller lysstyrke.

For eksempel skal solpanelets orientering være mere lodret, når solen står lavere på himlen i vintermånederne, da solstrålingen passerer gennem mere atmosfære for at nå solpanelet, og derfor reduceres dens intensitet på grund af atmosfærens og skyernes sprednings- og absorptionseffekt. I sommermånederne, hvor solen står højere på himlen, er solstrålingen mere direkte og derfor stærkere, da den har mindre afstand at tilbagelægge gennem jordens atmosfære, så solpanelets orientering er mere vandret.

Solpanelets azimut- og zenitorientering

Solcellemoduler og -paneler fungerer bedst, når deres absorberende overflade er vinkelret på solens indkommende stråler. Solens position på himlen kan plottes ved hjælp af to vinkler, azimut og zenit, og solpanelets orienteringsvinkel er afhængig af disse to værdier.

Solpanelorientering – Azimutorientering

Azimut – Dette er kompasvinklen for solen, som den bevæger sig gennem himlen fra øst til vest i løbet af dagen. Generelt beregnes azimut som en vinkel fra det sande syd. Ved solens middag, som er defineret som en azimuthvinkel på nul grader, altså Azimuth = 0o, vil solen stå direkte syd på den nordlige halvkugle og direkte nord på den sydlige halvkugle.

Solens azimuthvinkler øst for ret syd er negative af natur, idet ret øst har en azimuthvinkel på -90o. Solens azimutvinkler vest for ret syd er positive af natur, idet ret vest har en azimutvinkel på +90o. Generelt varierer den azimutvinkel, der kræves for den korrekte orientering af solpanelet, dog med breddegraden og årstiden.

Solpanelorientering – Zenitorientering

Zenit – Dette er vinklen på solen, når man ser op fra jordoverfladen eller horisonten. Solens zenitvinkel varierer i løbet af dagen i form af en bue, hvor solen når sin maksimale højde (også kaldet solhøjde) omkring middagstid. Solens højde er defineret som 0o ved solopgang og solnedgang og 90o ved middagstid, når solen står direkte over himlen.

Solens højde ved middagstid er imidlertid forskellig mellem sommersolhverv og vintersolhverv, der repræsenterer årets længste og korteste dage, da solens bane danner en bue hen over himlen, der repræsenterer enten forår eller efterår.

Solens højde og azimut i løbet af et helt år kan indtegnes på et solkort. Et solkort gør det muligt at lokalisere solens position på ethvert tidspunkt af dagen, i løbet af en hvilken som helst måned og for et hvilket som helst sted, hvilket gør det meget lettere at orientere solpaneler. Færdige soldiagrammer eller solbanediagrammer kan købes, downloades fra internettet eller konstrueres på millimeterpapir for et hvilket som helst sted på jordoverfladen efter samme princip som solskiven i haven.

På et soldiagram er zenitskalaen generelt repræsenteret som en række koncentriske cirkler, der breder sig lodret fra venstre til højre, mens azimutskalaen er sat rundt om diagrammet. Azimutvinklen aflæses ved at sætte en lineal fra centrum af søkortet til skæringspunktet mellem den ønskede time- og datobanenlinje og notere, hvor den skærer søkortets omkreds. Forskellige søkort er nødvendige for forskellige steder.

I Nordeuropa på en breddegrad på ca. 50o nord (London) er solens bane 262o bred ved sommersolhverv, og den maksimale sol zenit (højde) er 62o. Ved vintersolhverv er solens bane kun 104o bred, og den maksimale zenit er reduceret til ca. 15o. På samme måde er solens bane i Sydeuropa på en breddegrad på 40o nord (Spanien) 245o bred ved sommersolhverv, og den maksimale zenit er 72o. Ved vintersolhverv er solens bane 120o bred, og den maksimale zenit er 25o. (Data venligst stillet til rådighed af: Timeanddate.com).

Solpanelets orientering og hældning

Så vi kan se, at solen ud over at bevæge sig hen over himlen (sol azimut) bevæger den sig også op og ned (sol zenit) i løbet af året, hvilket gør det vanskeligt at give en fast solpanelorientering. Så for at opnå maksimal omdannelse af sollyset til solenergi skal solpanelerne monteres i en vinkel, så de peger direkte mod solen. Afhængigt af hvordan panelet er monteret, kan det holdes i en permanent vinkel eller justeres i løbet af året for at udnytte solens solenergi fuldt ud. Justering af et statisk monteret solcelleanlæg kan resultere i 10 % til 40 % mere strømproduktion om året, hvilket gør en betydelig forskel for opladningstiden for batterier.

Solpanelets orientering

Solpanelets orientering refererer til vores azimutindstilling. Det meste af den energi, der kommer fra solen, ankommer i lige linje. Et solpanel eller et solcelleanlæg vil opsamle mere energi, hvis det vender direkte mod solen, vinkelret på den lige linje mellem placeringen af panelernes installation og solen.

Så skal solpanelet være vendt mod den jordiske ækvator (enten vendt mod syd på den nordlige halvkugle eller mod nord på den sydlige halvkugle), så dets orientering i løbet af dagen gør det muligt for panelet at opfange den størst mulige mængde solstråling.

Der er forskellige måder at opnå den nødvendige orientering af solpanelet på. Vi kan blot pege solcellepanelet eller arrayet mod syd eller nord ved hjælp af et kompas, finde den centrale vinkel mellem sommer- og vinterazimutindstillingerne eller mere præcist placere panelerne i forhold til den centrale solmiddag.

Solmiddagen refererer til solens højeste position, når den bevæger sig i en bue hen over himlen, og er forskellig fra kl. 12.00 middag eller middagstid som en tidsmåling. Generelt forekommer solmiddagen mellem kl. 12:00 og 14:00 afhængigt af stedet.

Det er meget vigtigt ved placering og justering af et solpanel eller et solcelleanlæg, at ingen del af et solpanel eller et solcelleanlæg nogensinde skygges fra solen, da vi har brug for 100 % solstråling på tværs af panelet. Kontroller, at de elementer, der omgiver panelet eller arrayet (træer, bygninger, vægge, andre paneler osv.), for at være sikker på, at de ikke kaster en skygge på panelerne på noget tidspunkt af dagen eller året.

Solpanel Tilt

Solpanel Tilt henviser til vores zenit- eller højdeindstilling. Når den bedste azimutposition er fundet, er den næste parameter, der er afgørende for at producere mest solcelleelektricitet, PV-panelets elevation. Vi så i vores dataeksempel ovenfor for London, at den maksimale højde, som solen når hver dag, varierer, idet solens maksimale vinkel på dagen for sommersolhverv er ca. 62o og den minimale vinkel for vintersolhverv ca. 15o.

For et fast solcelleanlæg foretrækkes det, at solcellepanelerne installeres med en centraliseret hældningsvinkel, der repræsenterer forårsjævndøgn eller efterårsjævndøgn, og i vores eksempeldata ovenfor ville dette være ca. 38 grader (38o).

Denne hældningsorientering er imidlertid ikke så kritisk med hensyn til solcellepanelernes orientering, da solstrålerne selv ved en hældningsvinkel på næsten 45 grader (45o) i forhold til solen stadig vil modtage mere end 75 % så meget energi pr. overfladeenhed, som når den er optimalt justeret.

Så gør en fejljustering på op til 15o enten positivt eller negativt meget lidt forskel for et solcellepanels produktion. Ideelt set bør solcellepaneler placeres på et sted, hvor de modtager så meget sollys som muligt, gennemsnitligt set i løbet af dagen og året.

Solcellepanelets orientering og hældning af et fast solcellepanel eller et fast solcelleanlæg kan også optimeres for en bestemt måned eller sæson i løbet af året. Et solcelleanlæg kan f.eks. være konstrueret til kun at producere maksimal effekt i vintermånederne for at reducere spidsbelastningsudgifterne til elektricitet, og systemet bør derfor installeres således, at solpanelets orientering og hældning er optimal for maksimal effekt om vinteren.

Et af de mest populære faste solcelleanlæg omfatter montering af et solcellepanel eller et sæt solcellepaneler direkte på et tag med stejl hældning, der vender mod syd (eller nord), hvilket giver mulighed for en meget lille justering af både solpanelets orientering og hældning, selv om de fleste monteringsbeslag og støtterammer giver mulighed for nogle små justeringer. Det er ønskeligt at maksimere strømudbyttet fra et solcelleanlæg i hjemmet for både at øge solpanelernes effektivitet og reducere tilbagebetalingstiden.

Men for at maksimere strømudbyttet fra solpanelerne er vi nødt til at holde panelerne perfekt justeret i forhold til solen. Der er derfor behov for en måde at følge solen på himlen på, og et solcellepanel eller et solcelleanlæg med tracking-funktion vil årligt producere ca. 25-30 % mere strøm end et panel eller et solcelleanlæg, der er monteret på et tag i en fast position. Soltracking kan også reducere antallet af nødvendige solcellepaneler ved at øge konverteringseffektiviteten.

Solar Tracker

Solar Tracker

Sporing af solens position for at udsætte et solpanel for maksimal stråling på et givet tidspunkt er hovedformålet med et soltracking-pv-system, der giver den bedste solpanelorientering på alle tidspunkter af dagen. Et solsporingssystem kan følge solens bevægelse på himlen fra solopgang til solnedgang, hvilket skaber optimal strømproduktion i en længere periode og kan også tage højde for årstidsbestemte ændringer i solens retning.

Det ideelle solsporingssystem til et solpanel ville være en motordrevet ækvatorial montering, svarende til dem, der anvendes til avancerede teleskoper eller paraboler. Dette ville gøre det muligt for solcellepanelet at følge solens rotationsbane hele dagen, hver dag året rundt, hvilket ville give det den bedste solpanelorientering og generere den størst mulige udgangseffekt.

Disse store motoriserede sporingssystemer er imidlertid upraktisk for de fleste mennesker, og omkostningerne ville være uoverkommelige for store paneler eller flerpanelersystemer. Soltrackere kan heller ikke anvendes på et taganlæg, da de skal monteres på jorden og have tilstrækkelig plads omkring panelet, så det kan rotere. Det næstbedste er en montering med et enkelt leje, som gør det muligt at orientere og vippe panelet manuelt i løbet af dagen, hvis det er nødvendigt.

Commercielt tilgængelige soltrackere omfatter sporing med en enkelt akse, som følger solen over himlen i løbet af hver dag med en fast konstant vippevinkel. Dette øger den modtagne solstråling med op til 25-30 % sammenlignet med ingen sporing. Twin- eller dual-axis-tracking følger solen over himlen i løbet af hver dag, men justerer også anlæggets hældningsvinkel mere om vinteren og mindre om sommeren for at lokalisere solens position på himlen nøjagtigt. Ved toakset sporing øges den modtagne solstråling med op til 33-38 % sammenlignet med ingen sporing. Solrigere placeringer har mere gavn af toakset sporing.

Solcellepaneler kan anvendes som enkeltpaneler på en bygnings tag eller vægge, der peger direkte mod syd eller nord, afhængigt af deres placering. Selv om denne type orientering af solcellepaneler fungerer fint til de fleste indenlandske anvendelser, skal solcellepanelet for at øge effektiviteten og reducere tilbagebetalingstiden producere den maksimale mængde solenergi i den maksimale mængde tid i sollystiden for at øge effektiviteten og reducere tilbagebetalingstiden. Selv om det ikke er billigt eller levedygtigt for små solcellepanelinstallationer, kan soltrackere bruges til dette formål, ofte med den fordel, at antallet af nødvendige solcellepaneler reduceres.

I den næste vejledning om “Solenergi” vil vi se på at forbinde solpaneler sammen for at producere større solcellepaneler med højere spændinger og strømme, som derefter kan bruges til at bygge et typisk solcelleanlæg.

Skriv en kommentar