งานวิจัยใหม่ – ความสูงเหนือศีรษะและมุมสูงที่ดีที่สุดสำหรับระบบ PV บนหลังคา

ด้วยความต้องการพลังงานหมุนเวียนที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก เทคโนโลยีโฟโตวอลตาอิค (พลังงานแสงอาทิตย์) จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะส่วนประกอบสำคัญของพลังงานสะอาด และวิธีเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบ PV เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานระหว่างการติดตั้งได้กลายเป็นประเด็นสำคัญสำหรับนักวิจัยและวิศวกร การศึกษาเมื่อไม่นานนี้ได้เสนอมุมเอียงและความสูงที่เหมาะสมที่สุดสำหรับระบบ PV บนหลังคา ซึ่งให้แนวคิดใหม่ๆ สำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน PV

ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของระบบ PV
ประสิทธิภาพของระบบ PV บนหลังคาได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการ โดยปัจจัยที่สำคัญที่สุด ได้แก่ มุมของรังสีดวงอาทิตย์ อุณหภูมิโดยรอบ มุมการติดตั้ง และระดับความสูง สภาพแสงในแต่ละภูมิภาค การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และโครงสร้างหลังคา ล้วนส่งผลต่อผลการผลิตไฟฟ้าของแผง PV ในบรรดาปัจจัยเหล่านี้ มุมเอียงและความสูงเหนือศีรษะของแผง PV เป็นสองตัวแปรสำคัญที่ส่งผลโดยตรงต่อการรับแสงและประสิทธิภาพการกระจายความร้อน

มุมเอียงที่เหมาะสมที่สุด
จากการศึกษาพบว่ามุมเอียงที่เหมาะสมของระบบ PV นั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางภูมิศาสตร์และการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลเท่านั้น แต่ยังสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับสภาพอากาศในท้องถิ่นด้วย โดยทั่วไป มุมเอียงของแผง PV ควรใกล้เคียงกับละติจูดในท้องถิ่นเพื่อให้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้สูงสุด มุมเอียงที่เหมาะสมมักจะปรับได้ตามฤดูกาลเพื่อให้เข้ากับมุมแสงที่แตกต่างกันตามฤดูกาล

การเพิ่มประสิทธิภาพในฤดูร้อนและฤดูหนาว:

1. ในฤดูร้อน เมื่อดวงอาทิตย์อยู่ใกล้กับจุดสูงสุด มุมเอียงของแผง PV สามารถปรับลดลงได้ตามความเหมาะสม เพื่อรับแสงแดดที่เข้มข้นโดยตรงได้ดีขึ้น
2. ในฤดูหนาว มุมของดวงอาทิตย์จะต่ำลง การเพิ่มมุมเอียงที่เหมาะสมจะช่วยให้แผง PV จะได้รับแสงแดดมากขึ้น

นอกจากนี้ ยังพบว่าการออกแบบมุมคงที่ (โดยปกติจะคงที่ใกล้มุมละติจูด) ถือเป็นตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพสูงในบางกรณีสำหรับการใช้งานจริง เนื่องจากช่วยลดความยุ่งยากของกระบวนการติดตั้ง และยังคงให้การผลิตพลังงานที่เสถียรค่อนข้างมากภายใต้สภาพภูมิอากาศส่วนใหญ่

ความสูงเหนือศีรษะที่เหมาะสมที่สุด
ในการออกแบบระบบ PV บนหลังคา ความสูงเหนือศีรษะของแผง PV (เช่น ระยะห่างระหว่างแผง PV กับหลังคา) ยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าอีกด้วย ความสูงที่เหมาะสมจะช่วยเพิ่มการระบายอากาศของแผง PV และลดการสะสมความร้อน จึงทำให้ประสิทธิภาพความร้อนของระบบดีขึ้น การศึกษาวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่อระยะห่างระหว่างแผง PV กับหลังคาเพิ่มขึ้น ระบบจะสามารถลดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงทำให้ประสิทธิภาพดีขึ้นด้วย

ผลการระบายอากาศ :

3. หากความสูงเหนือศีรษะไม่เพียงพอ แผงโซลาร์เซลล์อาจมีประสิทธิภาพลดลงเนื่องจากความร้อนสะสม อุณหภูมิที่สูงเกินไปจะลดประสิทธิภาพการแปลงของแผงโซลาร์เซลล์ลง และอาจทำให้มีอายุการใช้งานสั้นลงด้วย
4. การเพิ่มความสูงของระยะห่างช่วยปรับปรุงการไหลเวียนของอากาศใต้แผง PV ลดอุณหภูมิของระบบ และรักษาสภาวะการทำงานให้เหมาะสมที่สุด

อย่างไรก็ตาม การเพิ่มความสูงของหลังคายังหมายถึงต้นทุนการก่อสร้างที่สูงขึ้นและความต้องการพื้นที่ที่มากขึ้นด้วย ดังนั้น การเลือกความสูงของหลังคาที่เหมาะสมต้องสมดุลตามสภาพภูมิอากาศในพื้นที่และการออกแบบเฉพาะของระบบ PV

การทดลองและการวิเคราะห์ข้อมูล
การศึกษาล่าสุดได้ระบุแนวทางการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดโดยการทดลองกับมุมหลังคาและความสูงเหนือศีรษะที่แตกต่างกัน โดยการจำลองและวิเคราะห์ข้อมูลจริงจากหลายภูมิภาค นักวิจัยสรุปได้ว่า:

5. มุมเอียงที่เหมาะสม: โดยทั่วไป มุมเอียงที่เหมาะสมสำหรับระบบ PV บนหลังคาจะอยู่ในช่วงบวกหรือลบ 15 องศาของละติจูดท้องถิ่น การปรับเฉพาะเจาะจงจะได้รับการปรับให้เหมาะสมตามการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล
6. ความสูงเหนือศีรษะที่เหมาะสม: สำหรับระบบ PV บนหลังคาส่วนใหญ่ ความสูงเหนือศีรษะที่เหมาะสมคือระหว่าง 10 ถึง 20 เซนติเมตร ความสูงที่ต่ำเกินไปอาจทำให้เกิดความร้อนสะสม ในขณะที่ความสูงที่สูงเกินไปอาจทำให้ต้นทุนการติดตั้งและการบำรุงรักษาเพิ่มสูงขึ้น

บทสรุป
ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของระบบ PV จึงกลายเป็นประเด็นสำคัญ มุมเอียงที่เหมาะสมและความสูงเหนือศีรษะของระบบ PV บนหลังคาที่เสนอไว้ในการศึกษาใหม่นี้ให้แนวทางการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีที่ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ PV ให้ดีขึ้น ในอนาคต ด้วยการพัฒนาของการออกแบบอัจฉริยะและเทคโนโลยีบิ๊กดาต้า คาดว่าเราจะสามารถบรรลุการใช้พลังงาน PV ที่มีประสิทธิภาพและประหยัดมากขึ้นผ่านการออกแบบที่แม่นยำและเป็นส่วนตัวมากขึ้น