Interaktivní mapa
obnovitelných zdrojů energie

Navigace

Putování Slunce po obloze

Od doby, kdy Země přestala být placatá a pan Kepler ji přestěhoval na oblohu mezi ostatní planety, vykonává zeměkoule mnoho různých pohybů. Pro účely fotovoltaiky lze s klidným svědomím zanedbat různé precesní a nutační poruchy a soustředit se jen na dva hlavní pohyby: rotaci Země a obíhání zeměkoule kolem Slunce.

Putování Slunce po obloze v průběhu dne

Žijeme na velikém setrvačníku, který se otočí jednou za čtyřiadvacet hodin (ve skutečnosti je to o zhruba čtyři minuty méně - rozdíl proti dvaceti čtyřem hodinám je způsoben tím, že Země zároveň obíhá kolem Slunce a během jednoho dne se na své dráze dokáže posunout o docela slušný kus - jednu třistapětašedesátinu dne, tedy právě čtyři minuty). Díky zemské rotaci se střídá den a noc. Během jednoho dne tedy Slunce "obkrouží" pozemského pozorovatele o 360 stupňů - tedy o celý kruh.

Kružnici, kterou Slunce na obloze zdánlivě opisuje, nevidíme v našich zeměpisných šířkách nikdy celou. To by se nám mohlo podařit pouze v polárních oblastech v období polárního dne (v létě). U nás vidíme z této kružnice vždy jen část - v létě větší a v zimě menší díl.

Putování Slunce po obloze v průběhu roku

Dalším významným pohybem, se kterým je nutné ve fotovoltaice počítat, je obíhání Země kolem Slunce. Zemská rotační osa je vůči rovině oběžné dráhy (ekliptice) skloněná zhruba o třiadvacet stupňů.

Dráha slune po zimní obloze

Když je na severní polokouli zima, je severní polokoule odkloněná od Slunce (největší odklon je v období zimního slunovratu, o vánocích) - Slunce se pohybuje nad obratníkem kozoroha, třiadvacet stupňů na jih od rovníku. Maximální výška nad obzorem, na kterou se Slunce dostane v době zimního slunovratu, v době nejdelších nocí, je pouhých sedmnáct stupňů.

Dráha slunce po letní obloze

V létě (na severní polokouli), v období kolem letního slunovratu, se Slunce pohybuje nad obratníkem raka, třiadvacet stupňů na sever od rovníku. V našich zeměpisných šířkách vystoupá v létě až na šedesát tři stupně nad obzor.

V průběhu roku se tedy výška Slunce pohybuje přibližně v rozmezí čtyřiceti sedmi stupňů. U nás, na padesátém stupni severní šířky, se zimní Slunce dostane v poledne pouze 17 stupňů nad obzor, v létě vystoupá až na 63 stupňů.

Pevné natočení panelu - teorie

Množství světelné energie, které dopadá na fotovoltaický panel a kterou může panel přeměnit na elektřinu, závisí v prvé řadě na úhlu, pod jakým je panel osvětlený. Dopadá-li světelné záření na panel kolmo, je výkon fotovoltaického panelu maximální.

Výkon kolmo osvětleného panelu

V případě, že panel není osvětlený kolmo, je množství světelné energie dopadající na panel nižší:

Výkon šikmo osvětleného panelu

Dopadající energie tedy závisí na úhlu osvětlení a řídí se funcí sinus. Výkon pevně nainstalovaného panelu se v průběhu dne i roku mění, ale v zásadě jde vždy (přibližně) o část sinusoidy:

Výkon pevně nainstalovaného panelu

Zajistíme-li, aby se fotovoltaický panel natáčel za Sluncem, můžeme využít sluneční záření v průběhu celého dne na sto procent. Panel bude vyrábět maximální množství energie od východu až do západu Slunce. V grafu je výkon natáčeného panelu označen modrou plochou:

Výkon otočně nainstalovaného panelu

Na dalším obrázku je vyznačený i výkon pevně nainstalovaného fotovoltaického panelu. Množství vyrobené energie pevně nainstalovaným panelem odpovídá ploše pod částí sinusoidy, množství energie vyrobené otočným panelem odpovídá ploše modře vybarveného obdélníka - poměr ploch je π/2 (přibližně 1,68). Fotovoltaický panel tedy může teoreticky vyrobit více než o padesát procent větší množství energie než panel nainstalovaný napevno. Tato úvaha platí pouze pro dny jarní a podzimní rovnodennosti, v průběhu roku se podmínky mění. Za celý rok je zisk o cosi málo nižší - natáčený panel dovede vyrobit jen asi 1,57× více energie než pevně nainstalovaný panel. Toto ovšem vychází z čistě geometrických poměrů. K těmto číslům bychom se mohli dostat pouze ve vakuu, například na Měsíci či oběžné dráze kolem Země.

Výkon otočně nainstalovaného panelu po započtení vlivu atmosféry s čistou oblohou

Tracker vykazuje nevyšší zisk v ranních a večerních hodinách, kdy je pevný panel osvětlený pouze difuzní složkou záření (rozptýleným zářením oblohy). V té době ovšem prochází přímé sluneční záření i mnohonásobně větší vrstvou atmosféry a je tím pádem silně utlumené. Výhoda trackeru klesá. Po započtení vlivů ideálně jasné oblohy (celý rok bez mráčku) a difuzního a odraženého záření se energetický zisk natáčeného panelu proti panelu pevně nainstalovanému sníží zhruba na 45 procent.

Další vlivy se modelují špatně a dají se odhadnout pouze z dlouhodobých statistik. Zatažená obloha způsobuje, že se natáčený i pevný panel chovají stejně, rozdíly mezi oběma systémy se stírají. Podle statistik tak v delším časovém horizontu dokáže vyrobit panel natáčený ve dvou osách ve středoevropských podmínkách jen asi o jedenáct procent více energie, než panel pevně nastavený. Lepších výsledků lze dosáhnout pouze v jižněji položených lokalitách, kde bývá vyšší počet slunečních dní a nad difuzní složkou převládá přímá složka slunečního záření.