Csúcsnapsütéses órák és a „tipikus meteorológiai év”: honnan jönnek a napelemes adatok?

Röviden: a napelemes tervezés alapja a helyi napsugárzás ismerete. Egyszerű számításhoz elég a havi napi átlag, pontosabb szimulációhoz a hely „tipikus meteorológiai éve” (TMY) kell, amelyet többéves, óránkénti mérésekből állítanak össze.

Mit jelent a csúcsnapsütéses óra?

A napi átlagos besugárzást kWh/m²/nap egységben szokták megadni, és ezt néha „csúcsnapsütéses óraszámnak” (peak sun hours) nevezik. A fogalom azt a besugárzást jelenti, amelyet egy hely akkor kapna, ha a Nap meghatározott számú órán át a legnagyobb erejével sütne. Mivel a legnagyobb napsugárzás 1 kW/m², a csúcsnapsütéses órák száma számszerűen megegyezik a napi átlagos besugárzással. Egy példa a forrásból: az a hely, amely naponta 8 kWh/m²-t kap, olyannak tekinthető, mintha napi 8 órán át 1 kW/m² erővel sütött volna rá a Nap. A szám azért hasznos, mert a panelek névleges teljesítményét is 1 kW/m²-es bemenetre adják meg.

Az átlagos napi sugárzás gyakran elegendő az alapvető rendszerelemzéshez. Az adat mérhető vízszintes felületen vagy a sugárzásra merőlegesen (ez a napot követő rendszernek felel meg), és mindkét esetben figyelembe kell venni a modul dőlésszögét is, hogy megkapjuk a panelre jutó sugárzást.

Mi az a TMY?

A helyi napsugárzási éghajlat leírásának leggyakoribb módja a tipikus meteorológiai év (Typical Meteorological Year, TMY). Elkészítéséhez több éven át óránként végeznek különféle meteorológiai méréseket. Az egyszerű éves átlag alulbecsli az ingadozást, ezért minden hónapnál azt az évet választják, amelynek az adott hónapja a leginkább reprezentatív: amelyiknek a havi átlagos sugárzása a legközelebb esik az egész mérési időszak havi átlagához. A kiválasztott hónapokat összeillesztik, így kapnak egy teljes évnyi óránkénti adatot.

A TMY-adatokra nincs szigorú szabvány, ezért a felhasználónak kell az adatot az alkalmazáshoz igazítania, és különös gonddal kell kezelni a mintavételi időszakokat. Az adatok következetlenségei miatt az amerikai adatkészleteket 1994-ben, majd 2008-ban frissítették. A TMY-fájlok sok olyan adatot tartalmaznak, ami a napelemeknél nem kell, általában csak az időt és a besugárzási adatokat használják, a fejlettebb modellek viszont a hőmérsékletet és a szélsebességet is.

Mire jó a TMY a tervezéshez?

A modul által egy időszakban felvett napsugárzás a napelemes rendszer tervezésének egyik fő előfeltétele. A Nap helyzetéből és a légköri tömegből is lehet becsülni, de ez nem alkalmas valós rendszertervezésre, mert nem tartalmazza a helyi időjárás ingadozását, amely drámaian megváltoztathatja a sugárzás erősségét. Ezért használják a helyszínhez közeli meteorológiai állomás mért adataiból összeállított, nyilvánosan elérhető adatkészleteket.

A forrás szerint a TMY-fájlban a közvetlen és a szórt összetevő is megtalálható. A rögzített helyzetű rendszerek, amelyek a legtöbbet jelentik, nem forognak, ezért a közvetlen napfénynek csak egy részét kapják, amelyet a hely, a dőlésszög és a tájolás határoz meg. A szórt összetevő számítása egyszerűbb: az egyszerű modell az egész égboltról egyenletes sugárzást feltételez.

Az egyszerű modell a sivatagi helyeken jól működik, de jelentős felhőzetű helyeken hibát visz a számításba, ott speciális égbolt-modellek kellenek. Egy példa a forrásból: a függőleges, keletre néző épületfalba integrált modulok körülbelül fele annyi energiát termelnek, mint a délre néző, a szélességi fokkal azonos szögben döntött modulok.

Napsütéses órák

Ha nincs sugárzásmérés, egyszerűbb módszer a napsütéses órák mérése. A régebbi módszernél a fényt egy regisztrálólapra fókuszálják, és ha a napsütés kb. 200 W/m²-nél nagyobb, nyom keletkezik a lapon. A napsütéses órák számából és a helyi légköri viszonyok ismeretéből megbecsülhető a havi átlagos napsugárzás.

Mit érdemes megjegyezni?

A termelési számok mögött mindig egy adott helyre és évre vonatkozó sugárzási adat áll. A magyarországi értékekhez a Mit termel egy 800 W-os rendszer Magyarországon cikk a PVGIS-adatokat használja. A dőlésszög és a tájolás hatásáról a dőlt felületről szóló írásban olvashatsz, a szabványos AM1.5 spektrumról pedig a légköri tömegről szóló cikkben.

Lásd még: A napsugárzásból számított termelés összehasonlításáról az éves hozamról szóló cikkben olvashatsz (megnyitás).