Metody výpočtu pro rozteč polí fotovoltaických systémů s různými sklony střech
Metody výpočtu pro rozteč polí fotovoltaických systémů s různými sklony střech
Integrace fotovoltaických (PV) systémů do distribuované výroby energie, zejména na střechách, představuje stále důležitější strategii při hledání obnovitelných zdrojů energie. Vzhledem k rozmanitosti stavebních konstrukcí a konstrukcí střech musí být instalace FV systému přizpůsobeny různým architektonickým kontextům. Tento článek si klade za cíl prozkoumat metody výpočtu rozmístění fotovoltaických panelů na střechách s různými sklony s ohledem na faktory, jako je poloha slunce, materiál střechy a orientace budovy.
1. Pochopení polohy Slunce
Pro efektivní navrhování fotovoltaických systémů je klíčové porozumět poloze slunce ve vztahu k budově. V horizontálním souřadnicovém systému je poloha slunce typicky vyjádřena úhlem jeho nadmořské výšky a úhlem azimutu. Například v Pekingu lze sluneční trajektorii určit pomocí následujících parametrů:
Úhel sluneční nadmořské výšky (α): Výška slunce na obloze.
Úhel slunečního azimutu (A): Směr kompasu, ze kterého přichází sluneční světlo v konkrétním bodě v čase.
Místní zeměpisná šířka (φ): Zeměpisná šířka místa instalace.
Úhel sluneční deklinace (δ): Úhel mezi slunečními paprsky a rovinou zemského rovníku.
Hodinový úhel (ω): Míra času od slunečního poledne vyjádřená v úhlovém měření (ve stupních).
Sluneční nadmořská výška a úhly azimutu v určitých časech, jako je 9:00 nebo 3:00 o zimním slunovratu, jsou zásadní pro výpočet rozestupu FV polí. Sluneční deklinace o zimním slunovratu je -23.45° a hodinové úhly v těchto časech lze vypočítat pro určení polohy Slunce vzhledem k FV polím.
2. Rozteč PV pole na plochých betonových střechách
Pro instalace na plochých betonových střechách poskytuje „Specifikace návrhu fotovoltaické elektrárny“ vzorec pro výpočet rozmístění FV polí, aby se zabránilo stínění. Vzorec bere v úvahu délku sklonu pole a úhel panelů, jakož i zeměpisnou šířku místa projektu. Vzdálenost mezi středy polí musí být dostatečná, aby se zabránilo zastínění během špičkových slunečních hodin.
Vzorec může být uveden jako:
[D = L cdot sin(θ) + S ]
Kde:
( L ) = Délka sklonu pole
( θ ) = Úhel FV modulů
( S ) = Zeměpisná šířka lokality
Tím je zajištěno, že slunečnímu záření nebude bránit sousední řady panelů, čímž se maximalizuje potenciál zachycování energie.
3. Rozteč PV pole na šikmých střechách
Při instalaci fotovoltaických systémů na šikmé střechy, jako jsou například ty, které jsou vyrobeny z barevných ocelových tašek nebo keramických tašek, se způsob instalace obvykle řídí přirozeným sklonem střechy. V těchto případech lze vzdálenost mezi řadami panelů určit zvážením chodby pro údržbu, která usnadňuje snadný přístup pro údržbu a kontrolu.
Doporučená šířka chodby pro údržbu je mezi 500 mm až 600 mm, což umožňuje správné rozestupy bez rizika zastínění, protože panely v přední řadě nebrání slunečnímu záření v dosahu panelů v zadní řadě.
4. Rozestupy pro střechy se sklonem sever-jih
Typ 1: Svahy orientované na jih
U budov orientovaných jejich hřebeny směřujícími z východu na západ (tj. severně orientované svahy) je nezbytné vypočítat výškový rozdíl mezi přední a zadní řadou FV panelů. Koeficient sklonu ( i ) je definován jako výškový rozdíl dělený vodorovnou vzdáleností mezi nejvyšším a nejnižším bodem střechy.
Rozdíl ve výšce mezi přední částí první řady a zadní částí druhé řady lze vypočítat takto:
U střech orientovaných na jih je výškový rozdíl záporný.
U střech orientovaných na sever je výškový rozdíl kladný.
Tento výpočet zajišťuje, že zadní panely dostávají dostatečné sluneční světlo a nejsou zastíněny předními panely během špičkových slunečních hodin.
Typ 2: Orientace východ-západ s nakloněnými panely
U budov, které nemají přímou jižní orientaci, musí rozmístění FV panelů zohledňovat orientaci budovy a polohu slunce během konkrétní denní doby. Azimutový úhel budovy je rozhodující při výpočtu efektivní vzdálenosti.
Upravenou vzdálenost lze vypočítat pomocí vzorce, který zahrnuje úhel azimutu budovy a úhel slunečního azimutu v 9:00 nebo 3:00 v závislosti na tom, zda je budova orientována na východ nebo na západ. Tato metoda zajišťuje, že efektivní úhel FV panelů vůči slunci je přesně reprezentován ve výpočtech rozestupů.
5. Rozestupy pro střechy se sklonem mezi východem a západem
Typ 1: Přímé svahy východ-západ
Pokud mají budovy střechy, které se svažují přímo na východ nebo na západ, a FV moduly jsou namontovány pod úhlem, je nutné vzít v úvahu vliv sklonu střechy na zastínění. Výška panelů na vyšším konci svahu může vrhat delší stíny, což ovlivňuje rozestupy mezi řadami.
Typ 2: Nestandardní orientace
U střech, které nemají standardní východní nebo západní sklon a kde jsou FV moduly instalovány pod úhlem, je nezbytné upravit výpočty na základě úhlu azimutu budovy a solární polohy. Tím je zajištěno, že stínící efekty jsou minimalizovány a energetický výnos z FV systému je maximalizován.
Úpravy by měly vzít v úvahu následující:
U východních svahů by měly být provedeny korekce pomocí úhlu slunečního azimutu v 3:00.
Pro západní svahy by korekce měly používat úhel slunečního azimutu v 9:00.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Tento článek shrnuje různé metody pro výpočet rozteče fotovoltaických polí na střechách s různými sklony. Úvahy o návrhu betonových plochých střech a šikmých střech, ať už orientovaných na jih nebo východ-západ, zahrnují pochopení slunečních úhlů, orientace budovy a přirozeného sklonu střechy.
Zatímco důraz byl kladen na běžné typy střech, složitost architektonických návrhů znamená, že některé jedinečné konstrukce, jako jsou kupolové střechy nebo střechy ve tvaru vejce, mohou vyžadovat další úvahy. Zde uvedené metody a vzorce slouží jako reference pro profesionály ve fotovoltaickém průmyslu, podporují spolupráci a sdílení osvědčených postupů při snaze o efektivní využití solární energie.
S tím, jak se sektor obnovitelných zdrojů energie neustále vyvíjí, bude potřeba přesných výpočtů a inovativních návrhů jen narůstat, což zajistí, že fotovoltaické systémy lze efektivně integrovat do různých architektonických prostředí.