A Nap látszólagos járása: magasság, azimut és a napidő

Röviden: a Nap látszólagos mozgását a Föld tengely körüli forgása okozza. A napelem teljesítményét nagyban befolyásolja, hogy a napsugarak milyen szögben érik a panelt. A Nap helyzetének pontos számításához napidőre van szükség, nem a polgári időre.

Miért számít a Nap szöge?

A Föld egy rögzített pontjáról nézve a Nap az égen mozogni látszik. Helyzete attól függ, hol vagyunk a Földön, mennyi az idő, és melyik évszak van. A látszólagos mozgás jelentős hatással van arra, mennyi teljesítményt kap egy napelem.

Ha a napsugarak merőlegesek a felületre, a felület teljesítménysűrűsége megegyezik a beeső sugárzás teljesítménysűrűségével. Ahogy változik a Nap és a felület közötti szög, a felületre jutó intenzitás csökken. Ha a modul párhuzamos a napsugarakkal (a modul normálisa és a sugarak szöge 90°), a fény intenzitása lényegében nullára esik. A köztes szögeknél a relatív teljesítménysűrűség cos(θ), ahol θ a napsugarak és a modul normálisa közti szög.

A Nap szögét egy rögzített helyen a hely, az évszak és a napszak határozza meg. A napkelte és a napnyugta időpontja is függ a földrajzi hosszúságtól. A teljes modellezéshez ezért a szélességi és hosszúsági fok, az év napja és a napszak is kell.

Két kulcsszög

A modulok tájolásához két fő szöget használnak: a napdélkori azimutot és a magasságot (elevation). A Nap helyzetének napközbeni követéséhez azonban mindkét szöget ki kell számítani az egész napra.

Napidő és polgári idő

A számításokhoz a „napidőt” (local solar time, LST) használják. A hagyományos időszámításban a Föld régiói időzónákra vannak osztva, de ezekben a dél nem feltétlenül esik egybe azzal, amikor a Nap a legmagasabban jár. A napkelte is úgy van meghatározva, hogy az időzóna egyik részén kel fel a Nap, a távolság miatt pedig máshol eltérhet a hivatalosan megadott időponttól. Ezek a megállapodások szükségesek, különben két szomszédos ház között is eltérne az idő néhány másodperccel. A napidő viszont minden hosszúsági körhöz egyedi.

A napidő szerint a nap 12:00-kor jár a legmagasabban. A helyi polgári idő (LT) ettől rendszerint eltér, mert a Föld pályája excentrikus, és mert emberi korrekciók, például időzónák és nyári időszámítás is beleszólnak.

A korrekcióhoz két tényezőt használnak. Az időegyenlet (EoT, percben) a Föld pályájának excentricitását és tengelyferdeségét korrigálja. A teljes időkorrekciós tényező a hosszúsági különbségeket is tartalmazza, és a 4 perces szorzó abból jön, hogy a Föld 4 percenként 1°-ot fordul.

Óraszög

Az óraszög megmutatja, hány fokot tett meg a Nap az égen a napdélhez képest. Definíció szerint az óraszög napdélkor 0°. Mivel a Föld óránként 15°-ot fordul, a napdéltől mért minden óra 15°-os szögelmozdulásnak felel meg. Délelőtt az óraszög negatív, délután pozitív.

Mit érdemes megjegyezni?

A napelemes termelés napi és évszakos ingadozása részben a Nap szögéből adódik. Ha egy panel tájolásán vagy dőlésszögén gondolkodsz, a hatásról a dőlt felületre érkező napsugárzásról szóló cikkben olvashatsz. A cellák működésének hátteréhez a fotovoltaikus hatásról szóló írás szolgál, a budapesti havi termelési adatokat pedig a Mit termel egy 800 W-os rendszer Magyarországon cikk mutatja.