لتعظيم انتاج الطاقة من نظام الألواح الشمسية, يجب تحسين زاويتين حاسمتين: الالسمت (اتجاه البوصلة الذي تواجهه اللوحة) وإمالة (الزاوية العمودية من الأفقية). يتم تحديد التكوين المثالي في المقام الأول من خلال خط العرض الجغرافي, ولكنه يتأثر أيضًا بأنماط استهلاك الطاقة, قيود السقف, والظروف البيئية المحلية [1].
1. القاعدة الكاردينال: السمت (توجيه)
تحدد زاوية السمت متى تتلقى اللوحة أكبر قدر من ضوء الشمس أثناء النهار.
- نصف الكرة الشمالي: القاعدة الذهبية هي مواجهة الألواح نحوهاالجنوب الحقيقي. يلتقط هذا الاتجاه معظم ضوء الشمس عندما تتقوس الشمس عبر الجزء الجنوبي من السماء [2]. مثلا, وجدت دراسة لتحسين النظام في نيوجيرسي أن السمت المثالي هو 176 درجة, والذي يقع تقريباً جنوباً [3].
- نصف الكرة الجنوبي: يتم عكس القاعدة; يجب أن تواجه الألواحالشمال الحقيقي للإشارة نحو خط الاستواء [2].
ملاحظة هامة على “الجنوب الحقيقي”: من الضروري توجيه الألواح نحوصحيح (جغرافية) جنوب, لامغنطيسي الجنوب كما تقرأه البوصلة. الفرق, المعروف باسم الانحراف المغناطيسي, يمكن أن تكون كبيرة وتختلف حسب الموقع [4].
بينما يعتبر الجنوب هو الأمثل نظريًا لأقصى إنتاج سنوي إجمالي, هناك مرونة كبيرة:
- نافذة المرونة: الانحراف حتى15°–20° شرق أو غرب الجنوب الحقيقي يؤدي إلى الحد الأدنى من فقدان الطاقة السنوي فقط حوالي1% [5].
- أداء الشرق والغرب: حتى السقف المواجه للشرق أو الغرب لا يزال قابلاً للتطبيق, تنتج عادة فقط10-23% أقل الطاقة سنويا من النظام المواجه للجنوب, اعتمادا على خط العرض [6].
2. المؤسسة: إمالة (الميل)
تعمل زاوية الميل على تحسين التقاط الطاقة بناءً على ارتفاع الشمس في السماء, الذي يتغير مع الفصول.
- قاعدة خط العرض للإمالة الثابتة: للتثبيت الثابت (لا تعديلات موسمية), أفضل الممارسات المتوافقة مع معايير الصناعة هي تعيين زاوية الميل مساوية لخط العرض لديك [2]. وهذا يوفر أفضل إنتاجية ممكنة من الطاقة على مدار العام بأكمله. هناك صيغة تقريبية أكثر دقة مقترحة للأنظمة الثابتة: الميل الأمثل ≈ خط العرض × 0.76 + 3.1° [3].
المكاسب الكمية: تأثير الميل
تُظهر البيانات المستمدة من دراسة محاكاة باستخدام برنامج SAM الخاص بـ NREL بوضوح أهمية تحسين الميل. يوضح الجدول التالي إنتاج الطاقة السنوي لـ أ 3.4 نظام كيلوواط في اثنين من الولايات المتحدة المختلفة. المدن, مما يدل على أن الحد الأقصى من الأداء يحدث عند زوايا ميل تتماشى بشكل وثيق مع خطوط العرض الخاصة بها [7].
| زاوية الميل | فينيكس, ال (33° ن) | بورتلاند, أو (45° ن) |
|---|---|---|
| 0° (مستوي) | 5,723 كيلوواط ساعة (خط الأساس) | 3,624 كيلوواط ساعة (خط الأساس) |
| 20° | 6,461 كيلوواط ساعة (+13%) | 4,239 كيلوواط ساعة (+15%) |
| 30° | 6,575 كيلوواط ساعة (+15%) | 4,355 كيلوواط ساعة (+18%) |
| 40° | 6,526 كيلوواط ساعة (+14%) | 4,368 كيلوواط ساعة (+18%) |
| 90° (رَأسِيّ) | 3,966 كيلوواط ساعة (-31%) | 2,967 كيلوواط ساعة (-20%) |
- التكيف الموسمي: للراغبين في تعديل لوحاتهم مرتين في السنة, يمكن ضبط الأداء بدقة. الإستراتيجية الشائعة هي ضبط الإمالة علىخط العرض -10 درجات إلى 15 درجة في الصيف (عندما تكون الشمس مرتفعة) وخط العرض زائد 10 درجة إلى 15 درجة في فصل الشتاء (عندما تكون الشمس منخفضة). وهذا يمكن أن يحقق مكاسب متواضعة تبلغ حوالي4–5% في إنتاج الطاقة السنوي [3].
3. الجمع بين السمت والميل لأهداف محددة
بينما “ميل خط العرض” و “السمت الجنوبي الحقيقي” قواعد تعظيم إجمالي الناتج السنوي, يمكن أن يتغير التكوين الأمثل بناءً على احتياجاتك المحددة من الطاقة.
- تعظيم المدخرات المالية: إذا كانت المرافق الخاصة بك لديها وقت الاستخدام (أيضاً) الأسعار حيث تكون الكهرباء أكثر تكلفة في وقت متأخر بعد الظهر, قد يكون من المربح أكثر توجيه اللوحات قليلاًغرب الجنوب. وهذا يحول الإنتاج في وقت لاحق من اليوم, تعويض طاقة الشبكة الأكثر تكلفة حتى لو انخفض إجمالي إنتاج الطاقة قليلاً. تظهر الأبحاث أن الحد الأقصى للفرق في المدخرات المالية بين التوجه الخالص لتحسين الطاقة والتوجه الأمثل للإيرادات يمكن أن يصل إلى3.12% [8].
- مطابقة أنماط الاستهلاك:
- الجنوب الشرقي (135°): الأفضل للأسر ذات الاستهلاك العالي للطاقة في الصباح [9].
- الجنوب الغربي (225°): مثالية للمنازل التي تستخدم تكييف الهواء بشكل مرتفع بعد الظهر أو بأسعار أقل من TOU [9].
- شرق / غرب سبليت: على سطح مسطح, يمكن أن يؤدي وضع نصف الألواح شرقًا ونصفها غربًا إلى إنشاء مساحة أوسع, ملف تعريف إخراج طاقة أكثر اتساقًا طوال اليوم, وهو أمر ممتاز لتعظيم الاستهلاك الذاتي [10].
جدول ملخص: الزوايا الموصى بها حسب نصف الكرة والهدف
| هدف | نصف الكرة الأرضية | السمت (اتجاه) | زاوية الميل | الاعتبارات الرئيسية |
|---|---|---|---|---|
| تعظيم الناتج السنوي | شمالي | الجنوب الحقيقي (180°) | ≈ خط العرض | معيار أفضل عائد استثمار إجمالي [2]. |
| تعظيم الناتج السنوي | جنوبي | الشمال الحقيقي (0°) | ≈ خط العرض | معيار أفضل عائد استثمار إجمالي [2]. |
| تعظيم إخراج الصباح | شمالي | الجنوب الشرقي (~135 درجة) | ≈ خط العرض | جيد للمنازل ذات الأحمال الصباحية العالية [9]. |
| تعظيم الناتج بعد الظهر | شمالي | الجنوب الغربي (~225 درجة) | ≈ خط العرض | مثالية لمعدلات TOU واستخدام التيار المتردد في أوقات الذروة [9]. |
| التحسين الموسمي | أيضاً | جنوب (N. هدب) / شمال (S. هدب) | خط العرض ± 15 درجة | يتطلب التعديل اليدوي مرتين في السنة للحصول على ربح بنسبة 4% تقريبًا [3]. |
| السقف غير المثالي | أيضاً | الشرق أو الغرب | الملعب السقف الحالي | قابلة للحياة; فقط 10-23% إنتاج أقل من الأمثل [6]. |
أدوات للدقة
بينما توفر هذه القواعد إرشادات ممتازة, يستخدم المصممون المحترفون برامج متقدمة للتحسين النهائي. أدوات مثل NRELواتس الكهروضوئية, بفجيس, ويستخدم آخرون بيانات الأرصاد الجوية الخاصة بالموقع لمحاكاة إنتاج الطاقة عبر آلاف مجموعات الزوايا, المحاسبة عن أنماط الطقس المحلية, تظليل, والتلويث [1].
تم إنشاؤها بواسطة الذكاء الاصطناعي تحت إشراف الكبار 😉
المراجع
- تقييمات الطاقة الشمسية. (اختصار الثاني.). أفضل زاوية الألواح الشمسية: كيفية العثور على زاوية الميل. تم الاسترجاع منSolarreviews.com
- سولار.كوم. (اختصار الثاني.). أفضل إمالة وتوجيه للألواح الشمسية. تم الاسترجاع منSolar.com
- إنيرجي سيج. (اختصار الثاني.). ما هي أفضل زاوية للألواح الشمسية?. تم الاسترجاع منEnergysage.com
- الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (نوا). (اختصار الثاني.). الانحراف المغناطيسي. تم الاسترجاع منnoaa.gov
- مراجعات الطاقة النظيفة. (اختصار الثاني.). اتجاه الألواح الشمسية. تم الاسترجاع منCleanenergyreviews.info
- صن باور. (اختصار الثاني.). اتجاه الألواح الشمسية. تم الاسترجاع منsunpower.maxeon.com
- المختبر الوطني للطاقة المتجددة (المختبر الوطني). (اختصار الثاني.). نموذج مستشار النظام (سام). تم الاسترجاع منnrel.gov
- بوابة البحث. (2021). تحسين اتجاه الصفيف الكهروضوئي لمعدلات وقت الاستخدام. تم الاسترجاع منResearchgate.net
- جرينتمبل. (اختصار الثاني.). الاتجاه والزاوية الأمثل للألواح الشمسية. تم الاسترجاع منgreentumble.com
- سولار باور وورلد أون لاين. (اختصار الثاني.). اتجاه الألواح الشمسية بين الشرق والغرب. تم الاسترجاع منSolarpowerworldonline.com
تمت صياغة المحتوى بمساعدة الذكاء الاصطناعي وتم التحقق من صحته بواسطة المؤلف بناءً على 30 سنوات من الخبرة في مجال جودة الطاقة.