Warum werden Solarmodule geneigt gehalten?

Mir ist aufgefallen, dass in meinem Heimatland Indien die meisten Sonnenkollektoren in einem Winkel von nach Süden geneigt sind 45 ∘ . Selbst bei Gebäuden mit Dächern in umgekehrter V-Form sind die Solarmodule auf beiden Seiten des Daches immer noch nach Süden ausgerichtet.

Forschung

Viele Websites deuten darauf hin, dass die Neigung bei der Selbstreinigung hilft, und eine andere Website gab an, dass die Neigung von Faktoren wie dem Breitengrad abhängt

Meine Fragen:

  1. Warum sind Sonnenkollektoren nach Süden geneigt?

  2. Wie ist der Breitengrad des Standorts eines Solarmoduls für die Effizienzsteigerung relevant?

Abgesehen von all den wirklichen Antworten: Ich habe viele Panels gesehen, die einfach falsch installiert wurden. Wo ich wohne, gibt es viele sekundäre Ampeln, die eigenständige solarbetriebene LED-Einheiten sind; Die Installateure richten das Panel einfach so aus, wie sie möchten, und ich denke, es ist gut genug ...
@ShapeOfMatter: Wie hoch waren die Gebäude rund um die solarbetriebenen LED-Einheiten? Es könnte besser sein, diffuse Strahlung aus dem nördlichen Teil des Himmels zu bekommen, als gar nichts zu bekommen, weil es ein hohes Gebäude direkt südlich des Solarpanels gibt.
Auf der Südhalbkugel wären die Paneele nach Norden geneigt. Am Äquator flach wäre die optimale Geometrie, aber die Selbstreinigung erfordert einen Winkel, damit Regen (und Schmutz) von der Platte abfließen kann.

Antworten (4)

Erstens ist nicht jedes Solarpanel in Indien nach Süden ausgerichtet oder um 45° geneigt. Eines der größten Photovoltaikkraftwerke der Welt ist in Kamuthi (9,3°N, Südindien) installiert, mit PV-Modulen, die um 8° geneigt sind .

Azimut

Panels sind auf der Nordhalbkugel normalerweise nach Süden ausgerichtet, da die Sonne meistens im südlichen Teil des Himmels steht. Die Sonne steht manchmal im nördlichen Teil des Himmels, zB bei Sonnenauf- und -untergang im Frühling und im Sommer. Es passiert nur, wenn die Sonne relativ niedrig steht, also hat es keinen großen Einfluss auf den Gesamtertrag.

Hier ist ein Sonnenpfad-Diagramm für Neu-Delhi (28,6°N, Nordindien):

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Wenn Solarmodule auf Gebäuden installiert werden, müssen sie manchmal direkt in das Dach integriert werden, sodass die Ausrichtung von der Architektur vorgegeben wird.

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Je nachdem, ob der Strom vor Ort verbraucht, in Batterien gespeichert oder an das Netz verkauft wird, kann es interessant sein, weniger Strom pro Jahr zu produzieren, ihn aber dann zu produzieren, wenn er am nützlichsten ist, z. B. nachmittags für die Klimaanlage. In diesem Fall könnten Sonnenkollektoren nach Westen gedreht werden.

Neigung

Das Finden des besten Neigungswinkels ist ein Kompromiss:

  • zu niedrig und die Paneele werden nicht durch Regen gereinigt.
  • zu niedrig und die Paneele werden im Winter nicht viel produzieren.
  • zu hoch und die Paneele werden im Sommer nicht viel produzieren. Dies kann bei solarthermischen Kollektoren erwünscht sein , da kochendes Wasser die Pumpen beschädigen könnte.
  • zu hoch und die Reihen werden sich gegenseitig beschatten.
  • zu hoch und die Paneele und die Halterung müssen bei Wind höheren Kräften standhalten.
  • zu hoch und die Reihen müssen weiter auseinander liegen. Da PV-Module immer billiger werden, geht der aktuelle Trend dahin, die Module fast flach und so nah wie möglich aneinander zu legen. Auf diese Weise kann bei einer gegebenen Dachgröße eine größere Kapazität installiert werden.

Eine Neigung von 45° scheint in Indien für Photovoltaikmodule zu hoch zu sein:

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Es könnte ungefähr richtig für die Warmwasserbereitung sein:

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Schließlich könnte dieser Winkel durch architektonische Entscheidungen diktiert worden sein.

Hier ist ein Diagramm zwischen durchschnittlicher Bestrahlungsstärke und Neigung für Neu-Delhi (28,6 ° N):

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und für Kamuthi (9,3°N):

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In beiden Fällen sind die Kurven um das Maximum herum ziemlich flach, sodass der Neigungswinkel in Neu-Delhi mit 20° oder 25° gewählt werden könnte, um Schatten zu vermeiden. Viel flacher als 10° sollte es in Kamuthi nicht sein, um Verschmutzungen zu vermeiden.

Azimut & Neigung

Nordindien

Hier sind Höhenlinien für die jährliche Sonneneinstrahlung im Vergleich zur Orientierung in Neu-Delhi:

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Wenig überraschend ist die Ausrichtung mit dem höchsten Jahresertrag nach Süden mit einer Neigung zwischen 25° und 30° bei einer Sonneneinstrahlung von fast 2150 k W H M ² . A .

Südindien

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Kamuthi liegt so nah am Äquator, dass der Azimut keine große Rolle spielt, solange der Neigungswinkel gering ist. Bei einem größeren Neigungswinkel (z. B. etwa 60° bei Solarthermiekollektoren) ist es sogar besser, das Modul nach Osten oder Westen als nach Süden auszurichten.

Quellen

Wie Sie sagen, sind die Kurven ziemlich flach, also könnte es ein Fall sein, "was einfacher zu bauen ist". Wenn Sie sich die Neu-Delhi-Kurve ansehen, erhalten Sie bei 45° immer noch einen Wirkungsgrad von > 95 %. Es ist viel einfacher, etwas für 45 ° zu bauen als für einen beliebigen Winkel.
@semi-extrinsic Ich bin mir nicht sicher, ob es einfacher ist, eine Halterung mit 45 ° zu bauen als mit einem niedrigeren Winkel. Man braucht mehr Material, die Paneele sind sichtbarer, sie schatten sich mehr ab und sie müssen bei Wind stärkeren Kräften standhalten. Die einzigen 45° geneigten PV-Module, die ich je gesehen habe (selbst in Nordeuropa), waren in einem 45°-Dach integriert.
Ist die durchschnittliche Bestrahlungsstärke gegenüber der Neigung beobachtet oder theoretisch, und wenn theoretisch, was wird dabei berücksichtigt? Es macht einen Unterschied, denn wenn es auf der Annahme basiert, dass die Atmosphäre keine Strahlung absorbiert, erhalten Sie ein Ergebnis. Wenn Sie davon ausgehen, dass die Atmosphäre aus einem Material mit gleichmäßiger Absorption besteht, erhalten Sie ein anderes Ergebnis, da das Licht der niedrigeren Sonne morgens und abends mehr Atmosphäre durchqueren muss. Berücksichtigt man die Bewölkung, wirkt sich das zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten unterschiedlich aus.
Diese Antwort scheint davon auszugehen, dass alle Energie gleich wertvoll ist, sodass Sie die gesammelte Gesamtenergie maximieren sollten. Energie ist jedoch wertvoller, wenn sie knapper ist und wenn die Nachfrage am höchsten ist, daher müssen diese bei der zu maximierenden Funktion berücksichtigt werden. Wenn Sie im Extremfall versuchen, Ihre gesamte Energie aus Solarenergie zu beziehen, müssen Sie genügend Module errichten, damit Sie mitten an einem Sommertag, an dem es keine Wolken gibt, weit mehr als Sie benötigen, und daher das beste Design ist derjenige, der bei tief stehender Sonne die meiste Energie produziert.
@DavidRobinson: Gute Frage und Kommentare, danke. Ich habe das Himmelsmodell von Hay & Davies für jede Berechnung mit Bestrahlungsstärkedaten von PVGIS verwendet . Es ist kein klares Himmelsmodell, daher wird die diffuse Einstrahlung berücksichtigt. Ich werde die Quellen in die Antwort aufnehmen.
@DavidRobinson: Auch wahr. Ich erwähne es für Azimut (mehr nach Westen, wenn Energie am Nachmittag gewünscht wird) und Neigung (höherer Winkel für thermische Solarkollektoren, um im Winter mehr Energie zu erhalten). Es ist jedoch schwierig, diese Kriterien genau zu quantifizieren, während es möglich ist, die jährliche Sonneneinstrahlung im Vergleich zur Ausrichtung mit relativ guter Sicherheit zu berechnen.

Abgesehen von Reinigungsproblemen ist die beste Ausrichtung eines Solarmoduls diejenige, die die Sonneneinstrahlung maximiert.

Sie kann fest sein oder sich periodisch ändern, wenn ein Motormechanismus vorgesehen ist. Wenn es statisch ist, kann es horizontal sein, vorausgesetzt, der Breitengrad des Standorts liegt in der Nähe des Äquators.

Da Indien in der Nähe des Äquators liegt, gibt es keinen Grund, sich nach Süden zu neigen, außer dem, den Sie erwähnen (Reinigung).

Für andere Standorte: gleiche Regeln, maximieren Sie das Sonnenlicht, es sei denn, es gibt Probleme bei der Reinigung. Wenn Sie also auf die Nordhalbkugel gehen, verbringt die Sonne umso mehr Zeit südlich an Ihrem Himmel, je weiter Sie nach Norden gehen, also sollten Sie Ihre Panels entsprechend neigen. Auf der Südhalbkugel ist das genau umgekehrt. Wenn Sie ein Auto besitzen, können die Paneele horizontal auf dem Dach liegen oder wenn Sie sie bewegen und campen können, gelten die oben genannten Regeln.

Je weiter Sie vom Äquator entfernt sind, desto mehr wirkt sich die Neigung des Planeten auf die jahreszeitlichen Schwankungen aus, was bedeutet, dass im Winter noch weniger Sonne oder im Sommer mehr als im Rest des Jahres, dh eine Position weiter oder näher am vertikal bzw. Wenn die Paneele gelegentlich verwendet werden oder verschoben werden können, möchten Sie sowieso in die Sonne zielen.

Das Grundprinzip ist, dass Sie sicherstellen, dass Ihre Panels während des Zeitraums Ihres Interesses so oft wie möglich der Sonne zugewandt sind. Da die Sonne unabhängig vom Breitengrad genauso viel Zeit im westlichen wie im östlichen Teil des Himmels verbringt, sollte sie sich weder nach Westen noch nach Osten neigen, es sei denn, es gibt beispielsweise ein Gebäude, das Schatten erzeugt, die Sie kompensieren müssten.

"Da Indien nahe am Äquator liegt..." Indien ist ein großes Land. Nordindien liegt nicht viel näher am Äquator als das Mittelmeer
Nordindien reicht bis zu ~35°N. Darüber hinaus ist es je nach Kontext manchmal sinnvoll, die Paneele für die Winterleistung zu optimieren , vorausgesetzt, dass im Sommer viel Sonnenlicht vorhanden ist, um die ineffiziente Platzierung auszugleichen.
Es ist möglich, dass es effektiver ist, wenn Sie sich mehr um eine konstante Leistung als um die Gesamtleistung kümmern, wenn Sie sie nach dem Winkel zur Wintersonnenwende neigen und nicht nach dem durchschnittlichen Winkel.
@David: „Nordindien ist nicht viel näher am Äquator als am Mittelmeer“ Das ist falsch und ziemlich voreingenommen, wenn man Nordindien und die südlichen Mittelmeerländer nimmt. Indien liegt nahe am Äquator, Südfrankreich hingegen eindeutig nicht. Für diejenigen, die Zweifel haben, führen Sie einfach Google Maps aus und sehen Sie, was ich meine. Was nun die Maximierung der Winterleistung betrifft, sehe ich nicht, wie dies im Widerspruch zu der Aussage steht, die Exposition für den interessierenden Zeitraum sowieso zu maximieren. Ich könnte dasselbe argumentieren, wenn Sie im Winter überhaupt keine Panels verwenden.
@Exocytosis Was ist falsch daran, Nordindien mit dem südlichen Mittelmeer zu vergleichen? Vor allem, wenn ich ausdrücklich "Nordindien" gesagt habe. Nordindien ist ein Teil von Indien; das südliche Mittelmeer ist ein Teil des Mittelmeers. Aber zum Teufel, Srinagar liegt auf dem gleichen Breitengrad wie Zypern oder Malta, was ziemlich zentral ist, was das Mittelmeer angeht. Sie hingegen haben die pauschale Aussage getroffen, dass "Indien in der Nähe des Äquators liegt". Es tut mir sehr leid, aber ein Großteil Indiens ist eigentlich ziemlich weit vom Äquator entfernt.
@David: Du hast Süd nicht angegeben. In jedem Fall ist Ihre Herangehensweise an das, was nah oder fern ist, meinungsbasiert, daher sehe ich keinen Grund, diesen Aspekt weiter zu diskutieren.
Es kann eine gute Idee sein, Ihre Panels nach Westen auszurichten, wenn Ihre Interessensperiode am Nachmittag liegt.
@Eric: Richtig, obwohl sich Batteriezellen normalerweise nicht so schnell entladen wie die Verzögerung zwischen den Jahreszeiten. Selbst wenn Sie also nur am Nachmittag Strom verbrauchen, möchten Sie vielleicht auch morgens aufladen.
@ Exozytose: Nicht nur mit Batterien. Ein Beispiel: Wenn morgens niemand zu Hause ist und am späten Nachmittag eine Verbrauchsspitze herrscht, sollten Panels im Westen installiert werden. Der Solarstrom muss sonst sehr günstig verkauft werden.

  1. Da die Sonne auf der Nordhalbkugel im Süden steht (sie bewegt sich von Osten nach Westen - aber immer auf der Südseite des Himmels), erhöhen Sie die Energieerzeugung, indem Sie das Solarpanel zur Sonne (nach Süden) neigen. Das Solarpanel im 90°-Winkel zur Sonne gibt Ihnen nahezu 0 Energie, bei 0° (direkter Blick auf die Sonne) erhalten Sie die maximale Nennleistung. Natürlich ohne Solarnachführung, die das Solarpanel zur Sonne dreht - Sie werden nicht immer 100% Wirkungsgrad haben. Aber diese Neigung erhöht Ihre Ergebnisse im Durchschnitt .

  2. Es ist direkt relevant: Am Äquator liegt Ihr optimaler Winkel bei etwa 0°, wenn die Sonne zum Zenit aufgeht, bei 45° Breite beträgt der optimale Winkel etwa 37°. Der maximale und durchschnittliche Sonnenhöhenwinkel hängt also direkt vom Breitengrad ab.

Mehr zur Winkelvariation finden Sie hier: https://www.solarpaneltilt.com/

@BarsMonster: "immer auf der Südseite des Himmels" Das ist falsch, es hängt von Ihrem Breitengrad ab.
@ Exozytose Das ist richtig, es ist nur auf der Nordhalbkugel.
...und zwischen den tropischen Kreisen Teil des Jahres. Die Position der Sonne variiert im Laufe des Jahres aufgrund der Neigung der Erdachse.
@BarsMonster Die Sonne kann genau nördlich von Ihnen auf der Nordhalbkugel stehen, wenn Sie sich nördlich des Polarkreises befinden.
@EricDuminil Ja, aber der optimale Winkel ist sowieso niedriger als der Breitengrad und niedriger als die maximale Sonnenhöhe. Aber es ist immer noch proportional zum Breitengrad.
An jedem einzelnen Ort der Erde, vom Südpol bis zum Nordpol, gibt es mindestens eine Jahreszeit, in der die Sonne im nördlichen Teil des Himmels steht. Könnten Sie bitte den ersten Satz entfernen oder ändern?
@ Exozytose: Es hängt nicht einmal vom Breitengrad ab. Die Sonne kann für jeden Ort auf der Erde im nördlichen Teil des Himmels stehen . Siehe andrewmarsh.com/apps/staging/sunpath3d.html

Das liegt daran, dass die Sonne das ganze Jahr über nie ganz im gleichen Teil des Himmels steht. Unterschiedliche Neigungen erzeugen zu verschiedenen Jahreszeiten mehr Energie - z. B. gab ein Bericht für die Insel Sark 2 Neigungsoptionen an:

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Eine 60-Grad-Neigung ergibt also mehr im Winter, aber weniger im Sommer, mit einem kleinen Verlust an Gesamteffizienz. Zweifellos ist Indien bei der Solarstromerzeugung anders, aber das könnte der Grund sein, warum die Panels so geneigt sind, wie sie es sind.

Warum werden Solarmodule geneigt gehalten?
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