Με την αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η φωτοβολταϊκή (ηλιακή) τεχνολογία έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως ως σημαντικό συστατικό της καθαρής ενέργειας. Και ο τρόπος βελτιστοποίησης της απόδοσης των φωτοβολταϊκών συστημάτων για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης κατά την εγκατάστασή τους έχει γίνει ένα σημαντικό ζήτημα για τους ερευνητές και τους μηχανικούς. Πρόσφατες μελέτες έχουν προτείνει βέλτιστες γωνίες κλίσης και ύψη ανύψωσης για φωτοβολταϊκά συστήματα στέγης, παρέχοντας νέες ιδέες για τη βελτίωση της αποδοτικότητας της παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας.
Παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των φωτοβολταϊκών συστημάτων
Η απόδοση ενός φωτοβολταϊκού συστήματος στέγης επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, οι πιο κρίσιμοι από τους οποίους περιλαμβάνουν τη γωνία της ηλιακής ακτινοβολίας, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, τη γωνία τοποθέτησης και το υψόμετρο. Οι συνθήκες φωτισμού σε διαφορετικές περιοχές, η κλιματική αλλαγή και η δομή της στέγης επηρεάζουν όλα την παραγωγή ενέργειας από τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Μεταξύ αυτών των παραγόντων, η γωνία κλίσης και το ύψος από πάνω των φωτοβολταϊκών πάνελ είναι δύο σημαντικές μεταβλητές που επηρεάζουν άμεσα την λήψη φωτός και την απόδοση απαγωγής θερμότητας.
Βέλτιστη γωνία κλίσης
Μελέτες έχουν δείξει ότι η βέλτιστη γωνία κλίσης ενός φωτοβολταϊκού συστήματος εξαρτάται όχι μόνο από τη γεωγραφική θέση και τις εποχιακές διακυμάνσεις, αλλά σχετίζεται επίσης στενά με τις τοπικές καιρικές συνθήκες. Γενικά, η γωνία κλίσης των φωτοβολταϊκών πάνελ πρέπει να είναι κοντά στο τοπικό γεωγραφικό πλάτος για να εξασφαλίζεται η μέγιστη λήψη ακτινοβολούμενης ενέργειας από τον ήλιο. Η βέλτιστη γωνία κλίσης μπορεί συνήθως να ρυθμιστεί κατάλληλα ανάλογα με την εποχή, προκειμένου να προσαρμοστεί σε διαφορετικές εποχιακές γωνίες φωτός.
Βελτιστοποίηση το καλοκαίρι και τον χειμώνα:
1. Το καλοκαίρι, όταν ο ήλιος βρίσκεται κοντά στο ζενίθ, η γωνία κλίσης των φωτοβολταϊκών πάνελ μπορεί να μειωθεί κατάλληλα για να απορροφηθεί καλύτερα το έντονο άμεσο ηλιακό φως.
2. Το χειμώνα, η γωνία του ήλιου είναι χαμηλότερη και η κατάλληλη αύξηση της γωνίας κλίσης διασφαλίζει ότι τα φωτοβολταϊκά πάνελ λαμβάνουν περισσότερο ηλιακό φως.
Επιπλέον, έχει διαπιστωθεί ότι ένας σχεδιασμός σταθερής γωνίας (συνήθως σταθερός κοντά στη γωνία γεωγραφικού πλάτους) είναι επίσης μια εξαιρετικά αποτελεσματική επιλογή σε ορισμένες περιπτώσεις για πρακτικές εφαρμογές, καθώς απλοποιεί τη διαδικασία εγκατάστασης και εξακολουθεί να παρέχει σχετικά σταθερή παραγωγή ενέργειας υπό τις περισσότερες κλιματικές συνθήκες.
Βέλτιστο ύψος υπεράνω
Κατά το σχεδιασμό ενός φωτοβολταϊκού συστήματος στέγης, το ύψος των φωτοβολταϊκών πάνελ από πάνω (δηλαδή, η απόσταση μεταξύ των φωτοβολταϊκών πάνελ και της στέγης) είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση παραγωγής ενέργειας. Η σωστή ανύψωση ενισχύει τον αερισμό των φωτοβολταϊκών πάνελ και μειώνει τη συσσώρευση θερμότητας, βελτιώνοντας έτσι τη θερμική απόδοση του συστήματος. Μελέτες έχουν δείξει ότι όταν η απόσταση μεταξύ των φωτοβολταϊκών πάνελ και της στέγης αυξάνεται, το σύστημα είναι σε θέση να μειώσει αποτελεσματικά την αύξηση της θερμοκρασίας και έτσι να βελτιώσει την απόδοση.
Επίδραση αερισμού:
3. Ελλείψει επαρκούς ύψους από πάνω, τα φωτοβολταϊκά πάνελ ενδέχεται να παρουσιάσουν μειωμένη απόδοση λόγω συσσώρευσης θερμότητας. Οι υπερβολικές θερμοκρασίες θα μειώσουν την απόδοση μετατροπής των φωτοβολταϊκών πάνελ και ενδέχεται ακόμη και να μειώσουν τη διάρκεια ζωής τους.
4. Η αύξηση του ύψους απόκλισης βοηθά στη βελτίωση της κυκλοφορίας του αέρα κάτω από τα φωτοβολταϊκά πάνελ, μειώνοντας τη θερμοκρασία του συστήματος και διατηρώντας βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας.
Ωστόσο, η αύξηση του ύψους των εναέριων κατασκευών σημαίνει επίσης υψηλότερο κόστος κατασκευής και περισσότερες απαιτήσεις χώρου. Επομένως, η επιλογή του κατάλληλου ύψους των εναέριων κατασκευών πρέπει να εξισορροπείται ανάλογα με τις τοπικές κλιματικές συνθήκες και τον συγκεκριμένο σχεδιασμό του φωτοβολταϊκού συστήματος.
Πειράματα και Ανάλυση Δεδομένων
Πρόσφατες μελέτες έχουν εντοπίσει ορισμένες βελτιστοποιημένες λύσεις σχεδιασμού, πειραματιζόμενοι με διαφορετικούς συνδυασμούς γωνιών στέγης και υψών οροφής. Προσομοιώνοντας και αναλύοντας πραγματικά δεδομένα από διάφορες περιοχές, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα:
5. βέλτιστη γωνία κλίσης: γενικά, η βέλτιστη γωνία κλίσης για ένα φωτοβολταϊκό σύστημα στέγης είναι εντός του εύρους συν ή πλην 15 μοιρών του τοπικού γεωγραφικού πλάτους. Οι συγκεκριμένες προσαρμογές βελτιστοποιούνται ανάλογα με τις εποχιακές αλλαγές.
6. βέλτιστο ύψος οροφής: για τα περισσότερα φωτοβολταϊκά συστήματα στέγης, το βέλτιστο ύψος οροφής είναι μεταξύ 10 και 20 εκατοστών. Ένα πολύ χαμηλό υψόμετρο μπορεί να οδηγήσει σε συσσώρευση θερμότητας, ενώ ένα πολύ μεγάλο υψόμετρο μπορεί να αυξήσει το κόστος εγκατάστασης και συντήρησης.
Σύναψη
Με τη συνεχή πρόοδο της ηλιακής τεχνολογίας, ο τρόπος μεγιστοποίησης της απόδοσης παραγωγής ενέργειας των φωτοβολταϊκών συστημάτων έχει καταστεί σημαντικό ζήτημα. Η βέλτιστη γωνία κλίσης και το ύψος οροφής των φωτοβολταϊκών συστημάτων στέγης που προτείνονται στη νέα μελέτη παρέχουν θεωρητικές λύσεις βελτιστοποίησης που συμβάλλουν στην περαιτέρω βελτίωση της συνολικής απόδοσης των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Στο μέλλον, με την ανάπτυξη του ευφυούς σχεδιασμού και της τεχνολογίας μεγάλων δεδομένων, αναμένεται ότι θα είμαστε σε θέση να επιτύχουμε πιο αποτελεσματική και οικονομική αξιοποίηση της φωτοβολταϊκής ενέργειας μέσω πιο ακριβούς και εξατομικευμένου σχεδιασμού.
Ώρα δημοσίευσης: 13 Φεβρουαρίου 2025