Optymalne nachylenie paneli słonecznych w Polsce
Kąt nachylenia modułów fotowoltaicznych względem poziomu wpływa bezpośrednio na ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ogniw w ciągu roku. Dla stałych instalacji w Polsce dobór odpowiedniego kąta jest kompromisem między uzyskiem letnim i zimowym.
Podstawy geometryczne
Promieniowanie padające na pochyloną płaszczyznę składa się z trzech komponentów: promieniowania bezpośredniego, rozproszonego (dyfuzyjnego) i odbitego od podłoża. Przy optymalizacji kąta nachylenia uwzględnia się przede wszystkim sumę roczną wszystkich trzech składowych.
Środkowa Polska leży na szerokości geograficznej ok. 51°–52°N. Dla tej szerokości słońce w zenicie osiąga maksymalną wysokość ok. 62° (czerwiec) i minimalną ok. 15° (grudzień). Optymalne nachylenie modułu dla rocznego uzysku zazwyczaj wynosi mniej więcej szerokość geograficzna minus kilka stopni, co dla 52°N daje wartości w zakresie 30°–36°.
Zakres wartości optymalnych dla środkowej Polski
Narzędzie PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) opracowane przez Wspólne Centrum Badawcze Komisji Europejskiej pozwala na wyznaczenie optymalnego kąta nachylenia dla dowolnej lokalizacji. Dla reprezentatywnych punktów w środkowej Polsce (Warszawa, Łódź, Kielce) wartości optymalne dla rocznego uzysku mieszczą się w przedziale 33°–36°.
Orientacyjne wartości dla środkowej Polski (ok. 52°N)
- Kąt optymalny dla uzysku rocznego: 33°–36°
- Kąt dla maksimum produkcji letniej: 15°–20°
- Kąt dla wyrównania produkcji sezonowej: 38°–45°
- Minimalne nachylenie zalecane technicznie: 10°–15°
Źródło: PVGIS – JRC Komisji Europejskiej (re.jrc.ec.europa.eu)
Instalacje dachowe a naziemne
W przypadku instalacji dachowych kąt nachylenia jest wyznaczony przez pochylenie połaci dachowej. Typowe dachy dwuspadowe w Polsce mają nachylenie 30°–45°, co pokrywa się z zakresem optymalnym. W sytuacji gdy nachylenie dachu odbiega od optimum, korekty nie zawsze uzasadniają zastosowanie specjalnych podkonstrukcji.
Instalacje naziemne dają pełną swobodę doboru kąta. Tutaj dokładna optymalizacja przez wybór kąta 33°–36° względem poziomej płaszczyzny przy orientacji na południe jest technicznie bezproblemowa.
Wpływ odchyleń od kąta optymalnego
Według danych z narzędzia PVGIS dla lokalizacji w środkowej Polsce odchylenie o ±5° od kąta optymalnego skutkuje stratą rocznego uzysku poniżej 0,5%. Odchylenie o ±15° powoduje stratę rzędu 1–2%. Oznacza to, że dla instalacji dachowych z pochyleniem 25°–45° i orientacją zbliżoną do południa uzysk jest bliski optymalnemu.
Metoda obliczeniowa PVGIS
Narzędzie PVGIS jest bezpłatnie dostępne online pod adresem re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/. Pozwala na wprowadzenie współrzędnych geograficznych, kąta nachylenia i azymutu, a następnie oblicza szacowany roczny uzysk energii dla modułu o podanej mocy. Funkcja automatycznego wyznaczania kąta optymalnego jest dostępna bezpośrednio w interfejsie narzędzia.
Podsumowanie
Dla stałych instalacji fotowoltaicznych w środkowej Polsce nachylenie modułów w zakresie 30°–36° przy orientacji na południe zapewnia uzysk zbliżony do maksymalnego rocznego. Odchylenia od tych wartości wynikające z ograniczeń dachowych lub terenowych zazwyczaj nie przekraczają kilku procent straty i są technicznie akceptowalne.
Szczegółową analizę dla konkretnej lokalizacji można przeprowadzić za pomocą narzędzia PVGIS lub Global Solar Atlas.
Powiązane artykuły: Orientacja i kąt nachylenia ogniw fotowoltaicznych · Wpływ zacienienia na wydajność instalacji PV