Orientarea panourilor fotovoltaice – reguli pentru maximizarea producerii de energie

Energia soarelui este un tip de energie perpetua, gratuita si ecologica. In ultima perioada omenirea a utilizat din ce in ce mai des tehnologii, precum panourile solare si fotovoltaice, pentru a beneficia de aceasta forma de energie abundenta. Cea din urma tehnologie, cea a producerii energiei electrice direct de la soare prin intermediul unor panouri speciale, a cunoscut o dezvoltare extraordinara, atat in ceea ce priveste sistemele rezidentiale, clasate pe acoperisurile si in curtile persoanelor fizice, cat si in ceea ce priveste sistemele comerciale, de dimensiuni apreciabile, ce produc curent electric cu scopul de a-l vinde altor clienti. In ambele cazuri este esentiala utilizarea unei anumite pozitionari pentru a beneficia la maximum de razele soarelui si, implicit, pentru obtinerea unei productii apreciabile de energie electrica.  

Acest articol ofera persoanelor interesate informatii utile legate de modalitatea corecta de amplasare si de pozitionare a panourilor fotovoltaice, cu scopul de a capta cat mai eficient razele soarelui si pentru a obtine randamentul maxim al instalatiilor montate. Astfel, se va putea consulta modalitatea eficienta de pozitionare statica a panourilor fotovoltaice si modalitatea dinamica. In plus, se vor putea descoperi factorii de care trebuie sa se tina cont atunci cand se hotaraste construirea unui parc fotovoltaic. 

1. Orientarea si pozitionarea panourilor fotovoltaice

Tehnologia panourilor fotovoltaice a aparut in anii ‘60 in SUA, avand rolul de a aproviziona cu curent electric satelitii si navetele spatiale. Principiul de functionare a sistemului se bazeaza pe proprietatea unor cristale semiconductoare, ca de exemplu siliciul, de a genera energie electrica in momentul in care sunt lovite de razele soarelui. 

Din acel moment si pana in prezent, tehnologia a evoluat extrem de mult, atat in ceea ce priveste randamentul panourilor (aceasta a ajuns in prezent la procentele 25-30%), cat si in ceea ce priveste reducerea semnificativa a preturilor. Ambele caracteristici au facut din aceasta tehnologie o metoda de a inlocui arderea combustibililor fosili, precum carbunele si petrolul pentru producerea curentului electric. 

1.1. De ce este necesara orientarea panourilor fotovoltaice

Randamentul panourilor fotovoltaice depinde in mod direct de cantitatea de lumina solara ce loveste suprafata acestora. Panourile trebuie montate in asa fel incat expunerea la soare sa fie maxima. Instalatiile fotovoltaice nu trebuie umbrite semnificativ si nici sa fie montate in zonele in care nebulozitatea este des intalnita. 

Daca in privinta sistemelor rezidentiale alegerea amplasamentului nu este una care sa ofere multe posibilitati, de cele mai multe ori acestea fiind plasate pe acoperis, in privinta sistemelor comerciale, intreprinzatorii trebuie sa tina cont de cativa factori pentru a reusi sa faca profitabila afacerea: 

• Instalatiile trebuie montate in zone situate in sudul tarii, unde zilele cu cer senin sunt cele mai numeroase si, in plus, unghiul de cadere a razelor solare este mai apropiat de 90 de grade, care este unghiul optim;
• Instalatiile comerciale trebuie plasate in apropierea unei linii de transport de inalta tensiune a curentului electric pentru a se usura conexiunea cu sistemul national de transfer al energiei electrice;
• Inclinarea panourilor fotovoltaice trebuie sa fie facuta la un unghi care sa permita captarea cat mai eficienta a razelor solare. Ca regula generala, unghiul trebuie sa fie cat mai apropiat de cel al latitudinii pozitiei geografice in care va fi implementat sistemul;
• Panourile nu trebuie sa fie umbrite de obstacole naturale, precum cladirile sau pomii, dar nici unele de altele (fenomenul de autoumbrire).

1.2. Cum se realizeaza orientarea si pozitionarea panourilor fotovoltaice

Orientarea si pozitionarea panourilor fotovoltaice se realizeaza in mod diferit, in functie de destinatia sistemelor. In cazul sistemelor rezidentiale, cea mai la indemana solutie este reprezentata de folosirea acoperisului care are deja o inclinatie satisfacatoare si care ofera un spatiu neutilizat. Astfel, se va alege un acoperis inclinat spre zona de sud sau spre sud-est si sud-vest, evitandu-se pozitionarea catre nord. 

In cazul sistemelor comerciale, unde obtinerea randamentului maxim este esential, antreprenorii pot realiza mai multe demersuri care sa le asigure productia maxima. Acestia vor plasa instalatiile in zonele cu cer senin in majoritatea timpului, pe cat posibil la latitudini mai apropiate de sudul tarii si pe suporturi statice sau dinamice, care sa permita alegerea unui unghi de inclinare optim. 

1.3. Cum se calculeaza orientarea panourilor fotovoltaice

Calcularea orientarii panourilor fotovoltaice se realizeaza prin luarea in considerare a doua elemente. In primul rand, va trebui sa fie stabilit azimutul, ce se refera la unghiul de orientare pe orizontala catre un anumit punct cardinal. In al doilea rand, se va tine cont de inclinatie, care este unghiul de orientare pe verticala. Acesti doi factori trebuie sa fie luati in calcul prin trecerea prin urmatoarea procedura:

• Determinarea coordonatelor geografice ale locului in care va fi amplasat sistemul. Cu ajutorul unui aparat de tip GPS se poate identifica precis latitudinea si longitudinea spatiului;
• Stabilirea azimutului se face prin orientarea panourilor pe orizontala, in asa fel incat sa fie indreptate catre zona in care soarele sta cel mai mult pe cer. Optim este ca inclinatia sa fie realizata catre sud, insa, daca din anumite motive nu este posibil acest lucru, rezultate bune sunt oferite si de amplasarea catre sud-vest si sud-est;
• Stabilirea inclinatiei se face prin luarea in considerare a latitudinii. De exemplu, pentru Bucuresti, situat la latitudinea de 44 de grade, panourile trebuie inclinate la acest unghi;
• In cazul in care exista anumite necesitati specifice se poate ajusta unghiul (de exemplu, pentru evitarea umbririi sau pentru o productie mai mare in timpul anumitor ore, cand cererea de energie este maxima).

2. Tipuri de pozitionare si orientarea a panourilor fotovoltaice

Pozitionarea panourilor fotovoltaice poate fi realizata in doua modalitati principale, ambele cu avantaje si dezavantaje. Cea mai la indemana si mai simplu de implementat este pozitionarea statica a acestor panouri. Demersul se refera la asezarea pe anumite suporturi fixe. A doua solutie, mai complexa si mai costisitoare, este fixarea panourilor fotovoltaice pe suporturi mobile, care sa permita un randament maxim pe tot parcursul zilei si al anului.

2.1. Pozitionarea statica a panourilor fotovoltaice

Pozitionarea statica a panourilor fotovoltaice se realizeaza prin fixarea lor pe suporturi metalice, fixe, inclinate la un anumit unghi si pozitionate in asa fel incat sa ofere o productie medie satisfacatoare. Se va alege o orientare catre directia in care soarele straluceste cel mai puternic, pentru Romania punctul cardinal fiind sud. Implementarea unui anumit unghi de inclinare este obligatorie, pentru ca soarele se misca pe cer pe parcursul zilei, unghiul fata de sol al razelor solare fiind diferit si in functie de anotimp. 

Pentru majoritatea zonelor din Romania, unde este utila instalarea unui sistem fotovoltaic, unghiul ideal trebuie sa fie intre 30-40 de grade, acesta fiind o medie potrivita pentru a produce curent electric eficient, in special pentru lunile aprilie-octombrie, cand productia este maxima datorita zilelor mai lungi. 

Stabilirea pozitionarii si a unghiului de instalare poate fi realizata fie cu ajutorul unor aplicatii existente in mediul online, fie prin apelarea la firme specializate, care ofera consultanta in domeniul energiei solare. Aceasta a doua optiune este cea mai utila, pentru ca angajatii unei astfel de firme au la dispozitie instrumente de masurare de precizie maxima si detin o experienta profesionala suficienta pentru a decide cel mai bun amplasament pentru instalatia fotovoltaica comerciala. 

2.2. Pozitionarea dinamica a panourilor fotovoltaice

Pozitionarea dinamica a panourilor fotovoltaice se realizeaza prin utilizarea unor suporturi ce permit schimbarea azimutului si a inclinatiei panourilor. Aceasta caracteristica este implementata pentru a profita la maxim de razele solare, panourile miscandu-se concomitent cu miscarea soarelui pe cer. 

Exista doua tipuri principale de sisteme de urmarire a miscarii soarelui. Sistemele pe un singur ax permit miscarea panourilor fotovoltaice pe axul nord-sud printr-o miscare orizontala pentru a urmari miscarea aparenta a soarelui pe cer. Astfel, dimineata panourile se orienteaza catre est, iar pe parcursul zilei se rotesc treptat catre vest. Aceste sisteme sunt relativ simple, existand varianta miscarii manuale, cat si a celeia automate. In comparatie cu panourile fixe aceasta solutie permite o crestere a randamentului cu aproximativ 25-30%. 

Al doilea tip este reprezentat de sistemele de urmarire pe doua axe. Practic, in plus fata de prima varianta panourile se pot misca pe orizontala, dar si pe verticala. Suprafata panourilor va fi indreptata catre soare, pe tot timpul zilei randamentul productiei de energie putand creste cu aproximativ 30-40% fata de solutia panourilor fixe. Totusi, varianta presupune amenajarea unor instalatii complexe de sustinere, ce necesita o investitie apreciabila. 

3. Factori de care trebuie sa se tina cont in amplasarea panourilor fotovoltaice

Tot mai multi intreprinzatori din Romania aleg sa investeasca in realizarea unor parcuri fotovoltaice pentru a profita de cererea tot mai mare de energie electrica, atat din partea utilizatorilor casnici, cat si a celor industriali. Acest lucru face ca pretul energiei electrice sa fie la un nivel suficient pentru a permite organizarea unei afaceri profitabile. In plus, tehnologia implicata a devenit tot mai accesibila datorita prezentei a numerosi producatori care ofera panouri fotovoltaice de calitate superioara, la preturi accesibile.

Antreprenorii care vor sa realizeze astfel de proiecte trebuie sa tina cont de urmatorii factori:

• Alegerea unui spatiu geografic, care sa ofere randament maxim. Desi pare ca diferenta intre nordul, sudul, estul si vestul tarii este nesemnificativa, avand in vedere ca Romania este o tara de dimensiuni medii, totusi, studiile au demonstrat ca randamentul instalatiei poate varia mult in functie de pozitionare. De exemplu, un parc fotovoltaic de 5 MWh amplasat in sudul extrem al tarii va produce aproximativ 6 MWh in conditii optime, dar daca parcul ar fi plasat in nordul tarii, productia ar fi cu aproximativ 1MWh mai mic. Diferentele sunt mai mici in ceea ce priveste plasarea in estul tarii fata de vest, acestea, totusi, existand;

• Azimutul plasamentului trebuie sa tina cont de factori precum latitudinea amplasamentului si perioada in care se urmareste ca productia de energie sa fie maxima. Unele studii au demonstrat ca orientarea spre vest sau spre este ar fi mai profitabila comparativ cu orientarea spre sud, care este standard astazi. Motivele nu vin de la producerea maximului de energie, ci de la momentul in care este atins acest parametru. In conditiile in care aproape toate sistemele fotovoltaice sunt indreptate spre sud, varful de productie va fi la aceeasi ora, pretul energiei fiind mai scazut in acest moment. In cazul in care panourile sunt indreptate spre este sau vest, vor produce mai mult dimineata sau dupa-amiaza cand cererea ar fi mai mare si preturile pe masura;

• Inclinatia panourilor fotovoltaice este maxima la un anumit unghi, in functie de luna. De exemplu, pentru luna ianuarie productia este maxima daca panourile sunt inclinate la 60 de grade, pe cand pentru luna iunie procentul optim este de 20 de grade. Luand in considerare valoarea optima pentru fiecare luna rezulta o medie de 44 de grade ce ar permite producerea optima de energie pe tot parcursul anului. Aceasta valoare este utila la instalatiile cu amplasament static. In cazul amplasamentelor dinamice, inclinatia este variabila cu fiecare luna, intre 20 si 68 de grade;

• Umbrirea panourilor fotovoltaice este un fenomen care ar putea sa micsoreze semnificativ randamentul sistemului. Scaderea productiei de energie poate ajunge pana la procente semnificative, de aproximativ 40 la suta. Acest fenomen are si urmari asupra integritatii panourilor, deoarece pe suprafata unui panou apar anumite zone fierbinti in locurile cu umbrire permanenta, ceea ce poate duce la arderea celulelor din acea zona;

• Curatarea panourilor fotovoltaice este o activitate ce trebuie aplicata in mod constant pentru a nu permite acumularea de mizerie (praf, smog, frunze), ce ar impiedica patrunderea razelor solare catre suprafata cristalelor. 

In concluzie, orientarea si pozitionarea panourilor fotovoltaice reprezinta un factor de care trebuie sa se tina cont in vederea obtinerii unui randament maxim al unei instalatii fotovoltaice, in special daca este vorba despre varianta comerciala.

Surse foto: unsplash.com.