Μελέτη Αποκαλύπτει Βέλτιστες Γωνίες Φωτοβολταϊκών Πλαισίων για Μέγιστη Παραγωγή Ενέργειας

Στις ηπειρωτικές Ηνωμένες Πολιτείες, τα ηλιακά πάνελ αποδίδουν καλύτερα όταν είναι στραμμένα ελαφρώς νοτιοδυτικά και όχι ακριβώς νότια. Στοιχεία από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ αποκαλύπτουν ότι τα πάνελ που είναι στραμμένα προς νότο και έχουν κλίση μεταξύ 15 και 40 μοιρών συλλαμβάνουν τη μέγιστη ηλιακή ακτινοβολία, μεγιστοποιώντας την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και μειώνοντας τους λογαριασμούς κοινής ωφέλειας. Ακόμη και οι μη βέλτιστοι προσανατολισμοί στέγης μπορούν ακόμα να αποφέρουν σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας.

Ειδικοί από το Γραφείο Τεχνολογιών Ηλιακής Ενέργειας (SETO) και κορυφαίοι εγκαταστάτες στην EnergySage Marketplace επιβεβαιώνουν ότι τα συστήματα που είναι στραμμένα προς ανατολή ή δύση παράγουν επίσης σημαντική ισχύ. Η απόδοση εξαρτάται λιγότερο από την τέλεια ευθυγράμμιση και περισσότερο από παράγοντες όπως η σκίαση, το μέγεθος της στέγης, οι τοπικές τιμές ηλεκτρικής ενέργειας και οι πολιτικές για την ηλιακή ενέργεια.

Οικονομικά, περίπου τα δύο τρίτα των μονοκατοικιών και των μικρών πολυκατοικιών είναι κατάλληλα για εγκαταστάσεις ηλιακών συστημάτων. Τα πάνελ μπορούν να τοποθετηθούν σε στέγες στραμμένες προς νότο, δύση ή ανατολή με κλίσεις που κυμαίνονται από επίπεδες έως 45 μοίρες. Τα κύρια εμπόδια είναι συνήθως η σκίαση και ο περιορισμένος χώρος της στέγης - όχι ο προσανατολισμός.

Ο Jimmy Johns, συνιδιοκτήτης της North Coast Solar στο Μίσιγκαν, σημειώνει ότι η έντονη σκίαση ή οι δομικοί περιορισμοί (όπως καμινάδες ή φεγγίτες) συχνά καθιστούν τις εγκαταστάσεις μη πρακτικές. Οι τοπικοί οικοδομικοί κανονισμοί απαιτούν επίσης αποστάσεις από τις άκρες της στέγης. Ένα σύστημα 8–10 μη σκιασμένων πάνελ συνήθως αποσβένεται σε μια δεκαετία.

Τα πάνελ που είναι στραμμένα προς νότο υπερέχουν των άλλων επειδή η τροχιά του ήλιου ευνοεί την νότια έκθεση. Ο Aaron Nitzkin της Citadel Roofing and Solar στην Καλιφόρνια εξηγεί ότι ενώ το κόστος εγκατάστασης είναι πανομοιότυπο σε όλους τους προσανατολισμούς, τα πάνελ που είναι στραμμένα προς νότο παράγουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια. Ακόμη και οι στέγες που είναι στραμμένες νοτιοανατολικά προς νοτιοδυτικά επιτυγχάνουν υψηλή απόδοση, με ελάχιστες απώλειες (κάτω από 1% ετησίως για μικρές αποκλίσεις).

Τα συστήματα που είναι στραμμένα προς ανατολή ή δύση χάνουν μόνο 10–15% της πιθανής απόδοσης σε σύγκριση με τις ιδανικές ρυθμίσεις που είναι στραμμένες προς νότο. Οι απότομες γωνίες ή η σκίαση μπορεί να αυξήσουν τις απώλειες στο 20%, αλλά τέτοια συστήματα εξακολουθούν να αντισταθμίζουν το κόστος με την πάροδο του χρόνου. Τα πάνελ που είναι στραμμένα προς βορρά είναι σπάνια βιώσιμα εκτός από μοναδικές περιπτώσεις, όπως η υψηλή ηλιοφάνεια και οι τιμές ηλεκτρικής ενέργειας της Καλιφόρνια, όπου οι απαλές κλίσεις σε στέγες βορειοανατολικά/βορειοδυτικά μπορεί να δικαιολογήσουν την εγκατάσταση.

Η SETO συνιστά 15–40 μοίρες για πάνελ που είναι στραμμένα προς νότο, ευθυγραμμίζοντας με τις περισσότερες κλίσεις οικιακών στεγών (18–34 μοίρες). Οι αποκλίσεις εντός αυτού του εύρους συνεπάγονται αμελητέες απώλειες. Οι προσανατολισμοί ανατολής/δύσης αποδίδουν καλύτερα σε μικρότερες γωνίες, αν και οι μικρές κλίσεις βοηθούν στον αυτοκαθαρισμό. Οι πιο απότομες στέγες αυξάνουν το κόστος εργασίας λόγω μέτρων ασφαλείας όπως σκαλωσιές ή ανυψωτικά.

Οι επίπεδες στέγες προσφέρουν ευελιξία: τα πάνελ μπορούν να κλίνουν προς νότο στις 15 μοίρες για να εξισορροπήσουν την απόδοση και την αντοχή στον άνεμο. Τα συστήματα που είναι τοποθετημένα στο έδαφος επιτρέπουν την τέλεια βελτιστοποίηση, αλλά είναι πιο δαπανηρά από τις εγκαταστάσεις στην οροφή.

Για μέγιστη απόδοση, τα συστήματα που είναι τοποθετημένα στο έδαφος μπορούν να ρυθμιστούν με ακρίβεια στις τοπικές συνθήκες. Το βέλτιστο αζιμούθιο (κατεύθυνση) μπορεί να διαφέρει ελαφρώς από το ακριβώς νότο - για παράδειγμα, 190 μοίρες στο Σαν Ντιέγκο για να ληφθεί υπόψη το πρωινό κάλυμμα νεφών. Η κλίση των πάνελ σε γωνία που ταιριάζει με το τοπικό γεωγραφικό πλάτος (προσαρμοσμένο για το κάλυμμα νεφών) ενισχύει περαιτέρω την απόδοση. Εργαλεία όπως το PV Watts του NREL βοηθούν στον υπολογισμό ακριβών ρυθμίσεων.

Σύμφωνα με τις τιμές καθαρής χρέωσης ή χρήσης χρόνου, τα πάνελ που είναι στραμμένα προς δύση μπορεί να εξοικονομήσουν χρήματα ευθυγραμμίζοντας με τις περιόδους μέγιστης ζήτησης. Οι πιο απότομες χειμερινές γωνίες (45–60 μοίρες) ενισχύουν την απόδοση σε κρύο καιρό, αλλά μειώνουν τις αποδόσεις το καλοκαίρι. Τα σωστά γωνιακά πάνελ αποβάλλουν επίσης το χιόνι πιο εύκολα.