Với nhu cầu năng lượng tái tạo ngày càng tăng trên toàn cầu, công nghệ quang điện (mặt trời) đã được sử dụng rộng rãi như một thành phần quan trọng của năng lượng sạch. Và cách tối ưu hóa hiệu suất của các hệ thống PV để cải thiện hiệu quả năng lượng trong quá trình lắp đặt đã trở thành một vấn đề quan trọng đối với các nhà nghiên cứu và kỹ sư. Các nghiên cứu gần đây đã đề xuất các góc nghiêng và độ cao tối ưu cho các hệ thống PV trên mái nhà, cung cấp những ý tưởng mới để cải thiện hiệu quả phát điện PV.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống PV
Hiệu suất của hệ thống PV trên mái nhà bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, trong đó quan trọng nhất bao gồm góc bức xạ mặt trời, nhiệt độ môi trường, góc lắp đặt và độ cao. Điều kiện ánh sáng ở các vùng khác nhau, biến đổi khí hậu và cấu trúc mái đều ảnh hưởng đến hiệu quả phát điện của tấm pin PV. Trong số các yếu tố này, góc nghiêng và chiều cao trên đỉnh của tấm pin PV là hai biến quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả tiếp nhận ánh sáng và tản nhiệt của chúng.
Góc nghiêng tối ưu
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng góc nghiêng tối ưu của hệ thống PV không chỉ phụ thuộc vào vị trí địa lý và sự thay đổi theo mùa mà còn liên quan chặt chẽ đến điều kiện thời tiết tại địa phương. Nhìn chung, góc nghiêng của các tấm pin PV phải gần với vĩ độ tại địa phương để đảm bảo tiếp nhận tối đa năng lượng bức xạ từ mặt trời. Góc nghiêng tối ưu thường có thể được điều chỉnh phù hợp theo mùa để thích ứng với các góc sáng theo mùa khác nhau.
Tối ưu hóa vào mùa hè và mùa đông:
1. Vào mùa hè, khi mặt trời ở gần thiên đỉnh, góc nghiêng của tấm pin quang điện có thể được hạ xuống một cách thích hợp để thu được ánh sáng mặt trời trực tiếp mạnh hơn.
2. Vào mùa đông, góc chiếu của mặt trời thấp hơn và việc tăng góc nghiêng một cách thích hợp sẽ đảm bảo các tấm pin PV nhận được nhiều ánh sáng mặt trời hơn.
Ngoài ra, người ta còn phát hiện ra rằng thiết kế góc cố định (thường cố định gần góc vĩ độ) cũng là một lựa chọn hiệu quả cao trong một số trường hợp đối với các ứng dụng thực tế, vì nó đơn giản hóa quá trình lắp đặt và vẫn cung cấp nguồn điện tương đối ổn định trong hầu hết các điều kiện khí hậu.
Chiều cao trên cao tối ưu
Trong thiết kế hệ thống PV trên mái nhà, chiều cao trên đỉnh của các tấm PV (tức là khoảng cách giữa các tấm PV và mái nhà) cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất phát điện của hệ thống. Độ cao thích hợp giúp tăng cường khả năng thông gió của các tấm PV và giảm sự tích tụ nhiệt, do đó cải thiện hiệu suất nhiệt của hệ thống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi khoảng cách giữa các tấm PV và mái nhà tăng lên, hệ thống có thể giảm hiệu quả sự gia tăng nhiệt độ và do đó cải thiện hiệu suất.
Hiệu ứng thông gió:
3. Nếu không có đủ chiều cao trên đầu, các tấm pin quang điện có thể bị giảm hiệu suất do tích tụ nhiệt. Nhiệt độ quá cao sẽ làm giảm hiệu suất chuyển đổi của các tấm pin quang điện và thậm chí có thể rút ngắn tuổi thọ của chúng.
4. Tăng chiều cao chân đế giúp cải thiện lưu thông không khí bên dưới các tấm pin PV, giảm nhiệt độ hệ thống và duy trì điều kiện vận hành tối ưu.
Tuy nhiên, việc tăng chiều cao trên cao cũng có nghĩa là chi phí xây dựng cao hơn và yêu cầu không gian lớn hơn. Do đó, việc lựa chọn chiều cao trên cao phù hợp cần được cân bằng theo điều kiện khí hậu địa phương và thiết kế cụ thể của hệ thống PV.
Thí nghiệm và Phân tích dữ liệu
Các nghiên cứu gần đây đã xác định một số giải pháp thiết kế tối ưu bằng cách thử nghiệm các kết hợp khác nhau của góc mái và chiều cao trên đầu. Bằng cách mô phỏng và phân tích dữ liệu thực tế từ một số khu vực, các nhà nghiên cứu đã kết luận:
5. góc nghiêng tối ưu: nhìn chung, góc nghiêng tối ưu cho hệ thống PV trên mái nhà nằm trong phạm vi cộng hoặc trừ 15 độ vĩ độ địa phương. Các điều chỉnh cụ thể được tối ưu hóa theo sự thay đổi theo mùa.
6. Chiều cao trên cao tối ưu: đối với hầu hết các hệ thống PV trên mái nhà, chiều cao trên cao tối ưu là từ 10 đến 20 cm. Độ cao quá thấp có thể dẫn đến tích tụ nhiệt, trong khi độ cao quá cao có thể làm tăng chi phí lắp đặt và bảo trì.
Phần kết luận
Với sự tiến bộ liên tục của công nghệ năng lượng mặt trời, làm thế nào để tối đa hóa hiệu suất phát điện của các hệ thống PV đã trở thành một vấn đề quan trọng. Góc nghiêng tối ưu và chiều cao trên đỉnh của các hệ thống PV trên mái nhà được đề xuất trong nghiên cứu mới cung cấp các giải pháp tối ưu hóa lý thuyết giúp cải thiện hơn nữa hiệu suất tổng thể của các hệ thống PV. Trong tương lai, với sự phát triển của thiết kế thông minh và công nghệ dữ liệu lớn, chúng ta hy vọng rằng chúng ta sẽ có thể đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng PV hiệu quả và tiết kiệm hơn thông qua thiết kế chính xác và cá nhân hóa hơn.
Thời gian đăng: 13-02-2025