Lapszámok

Absztrakt

Napelemes rendszerek esetén a napelemek termelését számos paraméter befolyásolja. A termelhető energia mennyisége elsősorban a földrajzi helytől, a tájolástól és a dőlésszögtől függ. Napelemek esetén azonban fontos teljesítménycsökkentő tényező az árnyékoltság is, amelyet alapvetően két típusra lehet felosztani: az első a környező épületek, növényzet, tereptárgyak árnyéka, a második pedig több napelem sor esetén az egymásra vetett árnyék. Az árnyékhatáson kívül érdemes még megemlíteni a napelemek felületének a szennyeződését is, ami szintén egy jelentős teljesítménycsökkentő tényező lehet.

Jelen cikkben egy hosszabb távú kutatás előkészítő lépéseként egy napelemes mérőálláshoz tartozó mért adatokat dolgozunk fel, és teszünk javaslatot a mérőállás korrekciójára.

Kulcsszavak: globálsugárzás számítás, napelemek, tájolás, dőlésszög, árnyékhatás

1. Bevezetés

A napelemes rendszerek termelése számos paramétertől függ, amelyek vizsgálatával már számtalan publikációban foglalkoztak. Jelen cikkben a Megújuló Energiaparkban elhelyezett mérőálláson kapott adatok kiértékelésének eredményeit mutatjuk be. A végzett mérések bizonyos technikai korlátai miatt célunk annak megvizsgálása volt, hogy a kapott adatok mennyire tükrözik a kizárólag a tájolásból eredő termelési különbségeket, valamint milyen esetleges hibát okoznak az épített és természetes környezetből származó zavaró hatások. Végső soron a cél annak megvizsgálása volt, hogy a mérőállás és a mérési mód jelenlegi formájában alkalmas-e csupán a tájolás különbségéből eredő termelési különbségek vizsgálatára. 

Ennek keretében a napelemek árnyékolásból eredő teljesítménycsökkenésének a kihasználásával határozzuk meg az esetleges árnyékoló objektumok helyzetét. A vizsgálat során napelemek termelési adatait vetjük össze a számított direkt sugárzási adatokkal és a kapott adatokból teszünk becslést az egyes napelemeket árnyékoló objektumok helyzetére.

2. Mért és számított adatok

2.1. A mérőelrendezés

A mérőelrendezés Debrecenben, a Megújuló Energiaparkban (4031 Debrecen, Kishegyesi út 187.) található. A globálsugárzást egy Campbell CM3 típusú piranométerrel mérik, amely 4 m-es magasságban van telepítve. A sugárzásmérő egy Campbell CR 1000 adatgyűjtőre van kapcsolva, amely 1 másodperces mintavételezés mellett 10 perces átlagadatokat rögzít és etherenet interface (NL120) segítségével egy szerverre továbbítja az adatokat.

A helyszínen ebben a mérésben összesen 7 napelemen történik adatrögzítés. A napelemek azonos típusúak: Istar Solar^® IS4000P, P_csúcs = 210 W. Egy napelem vízszintesen került elhelyezésre, három-három napelemet pedig 45, illetve 90 fokos dőlésszöggel, keleti, déli és nyugati tájolással telepítettek. A napelem termelés-mérés kezdő időpontja 2014. szeptember 20. 0:00 óra. Annak érdekében, hogy a napelemek teljesítményét ne üresjárási állapotban mérjék, a rendszerbe teljesítmény-ellenállásokat építettek be. A terhelések méretezését a konkrét napelemekhez kalibrálták a hiteles mérési eredmények érdekében. A teljesítmény adatok rögzítése a napelemek esetén is 10 perces időintervallumokban történik, a sugárzásméréssel egy időpontban.

A cikk készítéséhez a 2014. szeptember 20. 0:00 óra és 2016. január 31. közötti időszak mérési adatait használtuk fel. A mérési adatok néhány időpontban hiányosak voltak, ezeket az időszakokat a vizsgálatoknál nem vettük figyelembe.

2.2. A globálsugárzás számítása

Számos globálsugárzás számító modellt dolgoztak már ki. Ezek közül sok modell nagyon hasonló egymáshoz, csupán a diffúz sugárzáskomponens számításában mutatnak eltéréseket [1]. E modellek közül hármat budapesti helyszínen mért adatokkal már teszteltünk [2]. A magyarországi helyszínre elvégzett vizsgálat alapján a Liu-Jordan modell adta a legjobb közelítést déli tájolású, 45°-os dőlésszögű felület esetén, ezért jelen esetben is ezt a modellt használtuk fel a számítások elvégzéséhez. A számítások során a direkt sugárzás az (1) és (2), a diffúz sugárzás a (3), a visszavert sugárzás pedig a (4) egyenletek alapján számítható. E sugárzási komponensek ismeretében a globálsugárzás az (5) egyenlet szerint számítható [2]:

ahol
G_t   – a globálsugárzás a döntött felületen [kW/m²],
I_t    – a direkt sugárzás a döntött felületen [kW/m²],
D_t   – a diffúz sugárzás a döntött felületen [kW/m²],
R_t   – a visszavert sugárzás a döntött felületen [kW/m²],
G    – a globálsugárzás a vízszintes felületen [kW/m²],
D    – a diffúz sugárzás a vízszintes felületen [kW/m²],
R_b   – a direkt sugárzás aránya a döntött felületen a
         vízszintes felülethez viszonyítva,
α_M   – a dőlésszög [°],
α_S   – a napmagasság [°],
A    – az albedó értéke [–].

További részletek lapunk 2016/5-ös számának nyomtatott változatában található, illetve a teljes cikk pdf-formátumban is rendelkezésre áll regisztráltaknak havonta egy alkalommal, előfizetőknek korlátlanul).