מחקר חדש - גובה הזווית והגובה התקרה הטוב ביותר עבור מערכות פוטו-וולטאיות על גגות

עם הביקוש העולמי הגובר לאנרגיה מתחדשת, טכנולוגיה פוטו-וולטאית (סולארית) נמצאת בשימוש נרחב כמרכיב חשוב באנרגיה נקייה. וכיצד למטב את ביצועי מערכות פוטו-וולטאיות כדי לשפר את יעילות האנרגיה במהלך התקנתן הפכה לסוגיה חשובה עבור חוקרים ומהנדסים. מחקרים אחרונים הציעו זוויות הטיה וגבהים אופטימליים עבור מערכות פוטו-וולטאיות על גגות, וסיפקו רעיונות חדשים לשיפור יעילות ייצור חשמל פוטו-וולטאית.

גורמים המשפיעים על ביצועי מערכות פוטו-וולטאיות
ביצועי מערכת פוטו-וולטאית על גג מושפעים ממספר גורמים, כאשר החשובים שבהם כוללים את זווית קרינת השמש, טמפרטורת הסביבה, זווית ההרכבה והגובה. תנאי תאורה באזורים שונים, שינויי אקלים ומבנה הגג משפיעים כולם על אפקט ייצור החשמל של פאנלים פוטו-וולטאיים. בין גורמים אלה, זווית ההטיה וגובה התקרה של פאנלים פוטו-וולטאיים הם שני משתנים חשובים המשפיעים ישירות על קליטת האור שלהם ועל יעילות פיזור החום.

זווית הטיה אופטימלית
מחקרים הראו שזווית ההטיה האופטימלית של מערכת פוטו-וולטאית תלויה לא רק במיקום גיאוגרפי ובשינויים עונתיים, אלא גם קשורה קשר הדוק לתנאי מזג האוויר המקומיים. באופן כללי, זווית ההטיה של פאנלי הפוטו-וולטאיים צריכה להיות קרובה לקו הרוחב המקומי כדי להבטיח קליטה מקסימלית של אנרגיית קרינה מהשמש. בדרך כלל ניתן להתאים את זווית ההטיה האופטימלית בהתאם לעונה על מנת להסתגל לזוויות אור עונתיות שונות.

אופטימיזציה בקיץ ובחורף:

1. בקיץ, כאשר השמש נמצאת קרוב לשיא, ניתן להוריד את זווית ההטיה של פאנלי ה-PV בצורה מתאימה כדי ללכוד טוב יותר את אור השמש הישיר העז.
2. בחורף, זווית השמש נמוכה יותר, והגדלה מתאימה של זווית ההטיה מבטיחה שפאנלים פוטו-וולטאיים יקבלו יותר אור שמש.

בנוסף, נמצא כי עיצוב בזווית קבועה (בדרך כלל קבוע ליד זווית הרוחב) הוא גם אפשרות יעילה ביותר במקרים מסוימים עבור יישומים מעשיים, מכיוון שהוא מפשט את תהליך ההתקנה ועדיין מספק ייצור חשמל יציב יחסית ברוב תנאי האקלים.

גובה אופטימלי מעל הראש
בתכנון מערכת פוטו-וולטאית על גג, גובהם העליון של פאנלי ה-PV (כלומר, המרחק בין פאנלי ה-PV לגג) הוא גם גורם חשוב המשפיע על יעילות ייצור החשמל. גובה נכון משפר את האוורור של פאנלי ה-PV ומפחית הצטברות חום, ובכך משפר את הביצועים התרמיים של המערכת. מחקרים הראו שכאשר המרחק בין פאנלי ה-PV לגג גדל, המערכת מסוגלת להפחית ביעילות את עליית הטמפרטורה ובכך לשפר את היעילות.

אפקט אוורור:

3. בהיעדר גובה תקורה מספיק, פאנלים פוטו-וולטאיים עלולים לסבול מביצועים מופחתים עקב הצטברות חום. טמפרטורות גבוהות מדי יפחיתו את יעילות ההמרה של פאנלים פוטו-וולטאיים ואף עלולות לקצר את חיי השירות שלהם.
4. הגדלת גובה המרווח מסייעת בשיפור זרימת האוויר מתחת לפאנלים הפוטו-וולטאיים, מורידה את טמפרטורת המערכת ושומרת על תנאי הפעלה אופטימליים.

עם זאת, עלייה בגובה התקרה משמעותה גם עלויות בנייה גבוהות יותר ודרישות שטח גדולות יותר. לכן, בחירת גובה התקרה המתאים צריכה להיות מאוזנת בהתאם לתנאי האקלים המקומיים ולתכנון הספציפי של מערכת הפוטו-וולטאית.

ניסויים וניתוח נתונים
מחקרים אחרונים זיהו כמה פתרונות עיצוב אופטימליים על ידי ניסויים בשילובים שונים של זוויות גג וגבהים עיליים. על ידי סימולציה וניתוח נתונים בפועל ממספר אזורים, החוקרים הגיעו למסקנה:

5. זווית הטיה אופטימלית: באופן כללי, זווית ההטיה האופטימלית עבור מערכת פוטו-וולטאית על גג היא בטווח של פלוס מינוס 15 מעלות מקו הרוחב המקומי. התאמות ספציפיות ממוטבות בהתאם לשינויים עונתיים.
6. גובה אופטימלי של גג: עבור רוב מערכות פוטו-וולטאיות על גגות, גובה אופטימלי של גג הוא בין 10 ל-20 סנטימטרים. גובה נמוך מדי עלול להוביל להצטברות חום, בעוד שגובה גבוה מדי עלול להגדיל את עלויות ההתקנה והתחזוקה.

מַסְקָנָה
עם ההתקדמות המתמשכת של טכנולוגיית האנרגיה הסולארית, כיצד למקסם את יעילות ייצור החשמל של מערכות פוטו-וולטאיות הפכה לנושא חשוב. זווית ההטיה האופטימלית וגובה התקרה של מערכות פוטו-וולטאיות על גגות, המוצעים במחקר החדש, מספקים פתרונות אופטימיזציה תיאורטיים המסייעים בשיפור נוסף של היעילות הכוללת של מערכות פוטו-וולטאיות. בעתיד, עם פיתוח של תכנון חכם וטכנולוגיית ביג דאטה, צפוי שנוכל להשיג ניצול יעיל וחסכוני יותר של אנרגיה פוטו-וולטאית באמצעות תכנון מדויק ומותאם אישית יותר.