Mit der weltweit wachsenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien hat sich die Photovoltaik (Solar)-Technologie als wichtiger Bestandteil sauberer Energie etabliert. Die Optimierung der Leistung von PV-Anlagen zur Verbesserung der Energieeffizienz während der Installation ist zu einem wichtigen Thema für Forscher und Ingenieure geworden. Jüngste Studien haben optimale Neigungswinkel und Aufstellhöhen für PV-Dachanlagen vorgeschlagen und liefern neue Ideen zur Verbesserung der Effizienz der PV-Stromerzeugung.
Faktoren, die die Leistung von PV-Systemen beeinflussen
Die Leistung einer PV-Dachanlage wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Zu den wichtigsten zählen Sonneneinstrahlung, Umgebungstemperatur, Montagewinkel und Höhe. Die Lichtverhältnisse in verschiedenen Regionen, der Klimawandel und die Dachkonstruktion beeinflussen die Stromerzeugungsleistung von PV-Modulen. Neigungswinkel und Überkopfhöhe von PV-Modulen sind zwei wichtige Variablen, die sich direkt auf deren Lichtempfang und Wärmeableitung auswirken.
Optimaler Neigungswinkel
Studien haben gezeigt, dass der optimale Neigungswinkel einer PV-Anlage nicht nur vom geografischen Standort und saisonalen Schwankungen abhängt, sondern auch eng mit den lokalen Wetterbedingungen zusammenhängt. Generell sollte der Neigungswinkel der PV-Module dem lokalen Breitengrad entsprechen, um eine maximale Sonneneinstrahlung zu gewährleisten. Der optimale Neigungswinkel kann in der Regel je nach Jahreszeit angepasst werden, um sich an unterschiedliche saisonale Lichteinfallswinkel anzupassen.
Optimierung im Sommer und Winter:
1. Im Sommer, wenn die Sonne nahe dem Zenit steht, kann der Neigungswinkel der PV-Module entsprechend verringert werden, um das intensive direkte Sonnenlicht besser einzufangen.
2. Im Winter ist der Sonnenwinkel niedriger und eine entsprechende Erhöhung des Neigungswinkels sorgt dafür, dass die PV-Module mehr Sonnenlicht erhalten.
Darüber hinaus hat man herausgefunden, dass eine Konstruktion mit festem Winkel (normalerweise in der Nähe des Breitengrads fixiert) in manchen Fällen auch für praktische Anwendungen eine äußerst effiziente Option darstellt, da sie den Installationsprozess vereinfacht und dennoch unter den meisten klimatischen Bedingungen eine relativ stabile Stromerzeugung ermöglicht.
Optimale Überkopfhöhe
Bei der Planung einer PV-Aufdachanlage ist auch die Überkopfhöhe der PV-Module (d. h. der Abstand zwischen den PV-Modulen und dem Dach) ein wichtiger Faktor für die Stromerzeugungseffizienz. Eine geeignete Höhe verbessert die Belüftung der PV-Module und reduziert den Wärmestau, wodurch die thermische Leistung der Anlage verbessert wird. Studien haben gezeigt, dass ein größerer Abstand zwischen den PV-Modulen und dem Dach den Temperaturanstieg effektiv reduzieren und somit die Effizienz steigern kann.
Belüftungseffekt:
3. Bei unzureichender Deckenhöhe kann es aufgrund von Hitzestaus zu Leistungseinbußen bei PV-Modulen kommen. Übermäßige Temperaturen verringern den Wirkungsgrad der PV-Module und können sogar ihre Lebensdauer verkürzen.
4. Eine Erhöhung der Abstandshöhe trägt dazu bei, die Luftzirkulation unter den PV-Modulen zu verbessern, die Systemtemperatur zu senken und optimale Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.
Eine größere Überkopfhöhe bedeutet jedoch auch höhere Baukosten und mehr Platzbedarf. Daher muss die Wahl der geeigneten Überkopfhöhe unter Berücksichtigung der örtlichen klimatischen Bedingungen und der spezifischen Auslegung der PV-Anlage erfolgen.
Experimente und Datenanalyse
Jüngste Studien haben durch Experimente mit verschiedenen Kombinationen von Dachwinkeln und Deckenhöhen optimierte Designlösungen identifiziert. Durch Simulation und Analyse realer Daten aus verschiedenen Regionen kamen die Forscher zu folgendem Schluss:
5. Optimaler Neigungswinkel: Der optimale Neigungswinkel für eine PV-Dachanlage liegt im Allgemeinen im Bereich von plus/minus 15 Grad der lokalen Breite. Spezifische Anpassungen werden entsprechend den saisonalen Veränderungen optimiert.
6. Optimale Überdachungshöhe: Für die meisten PV-Dachanlagen liegt die optimale Überdachungshöhe zwischen 10 und 20 Zentimetern. Eine zu geringe Höhe kann zu Hitzestau führen, während eine zu hohe Höhe die Installations- und Wartungskosten erhöhen kann.
Abschluss
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Solartechnologie ist die Maximierung der Stromerzeugungseffizienz von PV-Anlagen zu einem wichtigen Thema geworden. Der in der neuen Studie vorgeschlagene optimale Neigungswinkel und die optimale Überkopfhöhe von PV-Dachanlagen bieten theoretische Optimierungslösungen, die dazu beitragen, die Gesamteffizienz von PV-Anlagen weiter zu verbessern. Mit der Entwicklung intelligenter Designs und Big-Data-Technologien wird zukünftig eine effizientere und wirtschaftlichere Nutzung von PV-Energie durch präziseres und personalisiertes Design möglich sein.
Veröffentlichungszeit: 13. Februar 2025