Säteilymäärät

Suora auringonsäteily keskimäärin Varkauden alueella

Nyt voidaan tarkentaa  miten aurinkopaneeli tuottaa energiaa eri vuodenaikaan sekä miten energiaa on saatavilla vuorokauden aikana. Miten hyödynnämme aurinkosähköjärjestelmän energiatehokkuutta kun vertaamme sitä aurinkopaneelin teknisiin ominaisuuksiin ja tuottolaskelmiin.

 

Kun vertaamme säteilymääriä vuoden tai vuorokauden aikana kaikille on ominaista että ne noudattavat meidän alueella ns. sinikäyrän muotoa ja niiden yhdistäminen käytännön tai käyttötarpeen mukaan erittäin haastavan yhdistelmän. Tuotto ja tarve ei kohtaa toisiaan meidän leveyspiirillä ja erot ovat eri vuoden aikoina erittäin suuret.

 

Nyrkkisääntönä voidaan sanoa että, kevätpäiväntasauksesta - syyspäiväntasauksen välinen aikajakso on realistinen energiantuoton suhteen monissa käyttökohteissa. Tälle aikajaksolle voimme mitoittaa keskiarvoisia tuottoarvojen pohjalle perustuvia järjestelmiä kustannustehokkaasti. Jos ajattelemme esim. mökkikäyttöä tulee heti vastaan miten ja millä korvaamme puuttuvan energian tarpeen. Meidän etuna on ainoastaan kesä jolloin paisteaika on ajallisesti pitkä jota emme osaa hyödyntää riittävän tehokkaasti esim. verkkoon syöttävissä järjestelmissä.

Auringon säteily on aaltomuotoista ja puhutaan ns. UV, näkyvästä ja infrapunasäteilystä säteilystä miten teknisesti nämä alueet voidaan tehokkaasti hyödyntää paneelitekniikassa. Tänään harvempi paneelin tuottaja kertoo mille alueelle paneelin celli on rakennettu. Hyvin useasti markkinoinnissa kerrotaan että erittäin valoherkkä tai sinne päin. Yllä kuvassa on esitetty sinisellä käyrällä millä alueella paneelin cellin tulisi toimia jotta saamme tehokkaasti energian tallennettua. Tekniikka etenee tulevaisuudessa cellin rakenne perustuu hyvin pitkälle niin että celli sisältää useamman alueen tasoja. Aiemmin käytössä on ollut ns.HTI paneelitekniikka jolla pystyttiin saavuttamaan hyvät tuotto - ominaisuudet korkeissa ympäristölämpötiloissa. Mutta hyvin vähän on kehitetty tuotetta tai tuotteita jotka lisäisivät tehoa alhaisissa lämpötiloissa.

Meidän olosuhteissa on yksi merkittävä etu vielä käytettävissä kun puhutaan hajasäteilystä, kun korkeapaine kevättalvella asettuu paikoilleen on pakkasta on aurinkoista ja hajasäteilyä - saadaan merkittäviä tuloksia josta osan voisi syöttää valtakunnan verkkoon.

Koska säteilymääriin ja ilmasto-olosuhteisiin emme voi vaikuttaa niin on olemassa myös muita vaihtoehtoja kasvattaa energia tehokkuutta. Kun tiedämme että paneelin tuotto alkaa kun suora säteily ylittää  ns. valon taittokulman noin 20 ° astetta. niin asennetaan paneelit eri kulmiin. Todellisuudessa energia määrä ei varsinaisesti kasva mutta kesäaikaan saavutamme enemmän energia käyttöön. On muistettava jos esim. mökillä on käytössä jääkaappi, niin puhuisin suorasta energian käytöstä ja akkuun varauksesta ja niissä on suuri hyötysuhde ero.

 Tässä vaiheessa on myös tarkasteltava akun lataustoimintaa, kun saavutamme 80 % varausasteen, virran syöttö pienene ja jännitetaso pysyy vakiona. Jos kaikki paneelit on suunnattu saman suuntaiseksi saattaa 80 % varausaste tulla nopeasti vastaan tällöin akun kokonaiskapasiteetti jää alhaiseksi.. Tämä johtuu siitä että useimmat lataussäätimet toimivat ns. jännitetason mukaan vain MPPT säätimellä voimme kasvattaa virtamäärä jos paneelissa on riittävästi kapasiteettia.

Jos kokonaisuutta tarkastelemme on paneelin kallistuskulma  30° tai 40 ° sillä ei ole merkittävää eroa tuottoon kesäkaudella. Suurin etu saavutetaan jos voimme asentaa paneelit eri kulmiin jotta saavutamme kesällä kokonaissäteilyn maksimaalisesti aamusta iltaan noin 16 h jakson. Kun vastaavasti saman suuntaisilla paneeleilla tehokas säteilyaika jää noin 8 tuntiin. Tämä selviää parhaiten kuvasta auringon säteily Varkaudessa ( saman suuntainen  se on suunnilleen muuallakin.)

Aurinkopaneelin hyötysuhde nyt 40,4 % yksikköä

              

Siis uusi ennätys joka on mitattu ulkotiloissa kuvan mukaisin menetelmin Länsi - Australiassa. Koska kyseessä on ns. tekninen mittaus vie oman aikansa tuotteen tulemiseen markkinoille. Seuraava vaihe tulee olemaan kokonaisuuden siirtäminen käytännön olosuhteisiin, jossa kokonaisuutta päästään testaamaan. Tosin tekniikka ja sovellus antaa aihetta miten voimme omissa olosuhteissa toteuttaa säteilyä energia tehokkaasti meidän olosuhteissa

Heijastussäteily vedestä ja pilvimassasta.

Tiedostamme  kaksi asiaa suorasäteily ja lämpötilan vaikutus miten ne vaikuttavat energian tuottoon. mutta meillä ei ole tieteellisesti vakuuttavaa näyttöä miten vesiheijastuma ja alhainen lämpötila vaikuttavat paneelin energian tuottoon. Asiakkailta saatu positiivinen palaute antaa ymmärtää että totta se on mutta mitkä ovat todelliset tulokset. Jos otamme aurinkopaneelin jossa rasteroitu lasi niin uskon tuloksien olevan positiivisia. Mikä on tiedossa kun on ns. cumuluspilvinen päivä ja auringon paiste tulee äkkiä vapaasti näköpiiriin tapahtuu melkoinen energian  säteily suihku. Tämä tulee jatkossa aiheuttamaan laiterikkoja itsenäisessä järjestelmässä ja jakeluverkossa. Tämähän on jo tiedossa, kun  tulee ns. aurinkomyrsky ja siihen vielä kosminen säteily.

Hyödynnetään olemassa olevat muuttuvat olosuhteet

Kun tiedämme miten säteilymäärät vaihtelevat vuosi ja vuorokausitasoilla tulee järjestelmän säätölaitteet mitoittaa annettujen säätöarvojen mukaisiksi muuttuvissa olosuhteissa. Tämän päivän tekniikka antaa siihen oivalliset  mahdollisuudet, mutta monasti haetaan sitä maksimaalista tuottoarvoa. Tällöin useimmat laitteet menevät ns. häiriötilaan jolloin tarvitaan tarkempaa manuaalista valvontaa.