Оптимальный угол наклона для повышения эффективности фотоэлектрической системы в недорогих зданиях
Аккумулятор Challenger A12-55
Исследователи показали, что теоретический оптимальный угол наклона для производства солнечной энергии на крышах недорогих зданий в Нигерии составляет примерно 5,67°. Их моделирование предполагает использование крыш, выходящих на юг, для производства фотоэлектрической энергии на Глобальном Юге.
Ученые из Технологического университета Дурбана в Южной Африке исследовали оптимальные углы наклона крыши для интеграции фотоэлектрических систем в недорогие здания.
«На Глобальном Юге (GS) доступ к недорогому и надёжному электроснабжению остаётся проблемой, особенно в районах с низким уровнем дохода. Солнечные фотоэлектрические системы являются наиболее подходящим вариантом возобновляемой энергетики, использующим высокую солнечную радиацию и масштабируемость для удовлетворения энергетических потребностей в сельской и городской местности, — заявили авторы исследования. — Это исследование направлено на устранение пробелов в доступе к энергии, её доступности и экологичности в районах с низким уровнем дохода путём оценки чистых источников электроэнергии, их ограничений и пригодности для интеграции в экономически эффективные и экологичные жилищные проекты».
Группа разработала компьютерную модель с использованием программного обеспечения для моделирования PVSOL, в которой они исследовали эффективность фотоэлектрических систем в различных условиях. Система была смоделирована для работы в сельской местности на юге Нигерии.
В экспериментальных условиях интенсивность облучения составляла 140–165 кВт⋅ч/м²/месяц, а глобальная горизонтальная интенсивность облучения (GHI) — 1926,01 кВт⋅ч/м²/год при средней температуре 25,9 °C. Предполагалось, что дом имеет двускатную крышу площадью 140 м² и в нём проживает семья из пяти человек, потребляющая 5000 кВт⋅ч/год. На крыше можно было разместить фотоэлектрические модули мощностью от 80 до 300 Вт: 40 модулей с северной стороны и 40 с южной. Общая мощность составляла 24 кВт.
По словам исследователей, для размещения 80 фотоэлектрических модулей требуется минимальный наклон в 25°. Поэтому угол наклона крыши был смоделирован в диапазоне от 25° до 45°. Кроме того, исследователи рассмотрели случаи, когда фотоэлектрические модули установлены только на одном фронтоне (на северной или южной стороне крыши) или на обоих.
«Угол наклона крыши влияет на полезную площадь для установки фотоэлектрических панелей, особенно на крутых крышах. Теоретически оптимальный угол наклона для выработки энергии в этом месте составляет примерно 5,67°. Однако при угле наклона 25° остаётся достаточно места для 80 панелей (по 300 Вт каждая) для достижения проектной мощности 24 кВт», — заявили учёные.
Было установлено, что крыши, обращённые на юг, получают на 8% больше солнечной радиации (1845,93 кВт⋅ч/м2), чем крыши, обращённые на север (1710,12 кВт⋅ч/м2), при этом коэффициент полезного действия крыш, обращённых на север, немного выше (87,04% против 86,09%). Кроме того, группа исследователей обнаружила, что на южной стороне крыши вырабатывается больше энергии — 19 082,96 кВт⋅ч в год, что на 6,8% больше, чем на северной стороне — 17 873,97 кВт⋅ч в год.
Кроме того, моделирование показало, что система позволяет ежегодно сокращать выбросы CO2 примерно на 18 703 кг на один дом, что в сумме составляет 1 870 300 кг/год для комплекса из 100 домов. В связи с этим команда рекомендовала политикам на Глобальном Юге внедрять фотоэлектрические системы на крышах в недорогом жилье.
«В первую очередь ориентируйте панели на юг, чтобы обеспечить максимальное воздействие солнечного излучения», — заключили исследователи. «При двустороннем монтаже обеспечьте более эффективное использование мощности на южной стороне крыши. Это можно учесть в плане здания на этапах планировки и проектирования».