A napelemek teljesítménye leginkább attól függ, milyen szögben éri őket a napfény.
Mindeddig vitán felül állt, hogy a legtöbb energiát a földrajzi dél felé fordítva termelik. Hiszen a napfény ereje délben a legnagyobb. Magyar kutatók mégis úgy látják, hogy hazánkban a napelemtáblákat nem délre, hanem a dőlésszögüktől függően többé-kevésbé kelet felé kell tájolni. Ha így teszünk, akkor ez akár 5%-os energiatöbbletet is eredményezhet. De merre fordítsuk a napelemtáblákat Magyarországon? Erre a kérdésre a napraforgók adnak választ.
Azt már régen megfigyelték, hogy a napraforgók érett virágai kelet felé néznek. A jelenséget sokan sokféleképpen magyarázták az idők során, de egyik feltételezés sem nyert kísérleti bizonyítást. 2020-ban az ELTE kutatói elsőként vetették fel, hogy a virágzat keleti irányát a növény tenyészhelyének fényviszonyai okozhatják. Horváth Gábor és munkatársai csillagászati, meteorológiai és növényfiziológiai adatok felhasználásával meghatározták az érett napraforgófej virágzata és hátoldala által elnyelt fényenergiát a virágképzés kezdete és a magok teljes érése között. Megállapították: ha a tenyészidőben a délutánok átlagban felhősebbek a délelőttöknél, akkor a keletre néző napraforgóvirágzat nyeli el a legtöbb fényenergiát. Az energiatöbblet előnyökkel jár a napraforgó számára. Serkenti a magok fejlődését, gyorsítja a virágzatra lecsapódott harmat reggeli elpárolgását, ami csökkenti a gombásodás veszélyét, és magához vonzza a délelőtt aktív beporzókat. A fényenergia maximalizására építő fotobiológiai és környezetoptikai magyarázat minden korábbinál teljesebb. Ugyanis figyelembe vette a napraforgó háziasításának észak-kelet-amerikai területére jellemző felhősödési viszonyokat is.
Vajon a napraforgóvirágok a földrajzi kelet felé, vagy a napkelte folyamatosan változó aktuális azimutirányába (a földrajzi északtól mért irányba) néznek?
Annak eldöntésére, hogy e két lehetőség közül melyik igaz, 14 napraforgótábla érett virágzatú növényeiről készítettek drónfényképeket. Majd 2800 napraforgóvirág azimutszögének átlagát és szórását határozták meg a képek kiértékelésével. Azt találták, hogy a virágzatok átlagos azimutszöge gyakorlatilag megegyezik a földrajzi keleti iránnyal, és jelentősen eltér a helyi napkelte azimutszögétől. Ez a mérési eredmény igazolta a 2020-as elméleti jóslatot is. Eszerint a napraforgóvirágzatok fényenergia-maximalizáló, ideális iránya a földrajzi kelet – legalábbis ott, ahol a délelőttök átlagosan kevésbé felhősek a délutánoknál a napraforgók tenyészidejében.
A drónos vizsgálat azt is megmutatta, hogy a kutatók jó irányba indultak el, amikor környezetoptikai magyarázatot kerestek a jelenségre. A 14 vizsgált napraforgótábla közül ugyanis kettőben azt találták, hogy a virágzatok azimutiránya többé-kevésbé eltért a síkvidéki virágzatok keletre nézésétől. E táblák domboldalon feküdtek, a dombos helyek fényviszonyai pedig eltérnek a síkvidékiekéitől. Egy domboldalt más szögekben ér a közvetlen napsugárzás, mint egy vízszintes területet. A kutatók egy olyan napraforgótáblára is bukkantak, amelyben a virágzatok kelet helyett a földrajzi dél felé néztek. Ezek a napraforgók napkelte után és napnyugta előtt 5-5 óra hosszat a környező fák árnyékában voltak. A számítások szerint ilyen fényviszonyok között a délre néző virágzatok kaptak maximális fényenergiát a nap folyamán. E megfigyelések jól szemléltetik, hogy az érett napraforgóvirágzatok ideális iránya erősen függ a felhőzet, domborzat és környező növényzet által befolyásolt helyi megvilágítási viszonyoktól.
Miután a kutatók számára bizonyítást nyert a napraforgók fénymaximalizáló viselkedése, azt kezdték vizsgálni, hogy igaz lehet-e a napraforgókon tett megfigyelésük a napelemekre is.
Az északi féltekén a rögzített (tehát állandó dőlésű és azimutirányú) napelemtáblák hagyományosan dél felé néznek, mert az uralkodó vélemény szerint a déli irány biztosít maximális napenergiát. Azonban a napraforgókhoz hasonlóan a napelemek fénymaximalizálását is meghatározza a felhőzöttség délelőtt-délutáni eltérése. Míg a növekvő napraforgóvirágzatok, az egyre gyarapodó súlyuk miatt, fokozatosan lefelé hajlanak és csak a néhány hónapos nyári tenyészidejük alatt gyűjtik a fényt, addig a rögzített napelemek dőlésszöge állandó, és egész évben éri őket a nap- és égfény.
A napjárás csillagászati ismereteinek és az elmúlt évtizedre átlagolt meteorológiai fénysugárzásmérési adatok felhasználásával az ELTE kutatói meghatározták, hogy egy rögzített napelem egységnyi felülete mennyi fényenergiát nyel el egy év alatt. A vizsgálatot az észak-kelet-amerikai Boone County, Tennessee és Georgia városokra (amerre annak idején a Helianthus annuus napraforgót háziasították), valamint három európai régióra (Közép-Olaszország, Közép-Magyarország, Dél-Svédország) terjesztették ki. Azt találták, hogy a napelemtáblák ideális iránya egyedül Dél-Svédországban a hagyományos földrajzi dél. Mégpedig azért, mert ott a délelőttök és délutánok évi átlagban egyformán felhősek. A többi területen viszont megfelelőbb a napelemtáblákat kissé a földrajzi kelet felé fordítani, mivel e régiókban a délutánok éves átlagban felhősebbek a délelőttöknél. Merre fordítsuk a napelemtáblákat?
Ezek szerint azokon a területeken, ahol éves átlagban a délelőttök felhősebbek a délutánoknál, a napelemek ideális iránya kicsit nyugat felé fordul.
A kutatók tehát arra jutottak, hogy a napelemtáblák rögzítésekor érdemes figyelembe venni a helyi felhőzöttségi viszonyokat is. A táblákat pedig annak megfelelően beállítani. Így az akár 42o-os keletre fordulásból származó energiatöbblet elérheti az 5%-ot is egy hagyományosan dél felé tájolt napelemhez képest.
No Comment