Güneş Paneli Ortalama Gücü

Güneş ışınları gün boyunca farklı açılardan geldiği için yukarı doğru bakan dik bir yüzeyin aldığı ışıma miktarı da gün boyunca değişiklik gösterir. Bu durum güneş paneli montajı gibi uygulamalarda dikkate alınması gereken önemli bir husustur. En ideali panellerin bir ayçiçeği gibi güneşi gün boyunca takip etmesidir ki birçok kara uygulamasında bu yöntem kullanılır. Panelleri döndürmek için harcanan enerji kazanılan enerjinin yanında küçük kalır, dolayısıyla bunu yapmak için harcanan masrafa kat kat değer.

Ancak elbette bu detaylı bir sistemdir ve daha düşük bütçeli uygulamalarda sabit paneller kullanılır. Bu durumda da yine gün boyu ışımayı maksimize edecek şekilde coğrafi enleme göre açılar ayarlanır. Mesela bu sebepten dolayı ülkemizde evlerin çatılarına konan sabit güneş panelleri bir miktar güney ufkuna doğru yatırılır. 

Tekneler gibi hareketli vasıtaların taşıdığı güneş panellerinde ise seçilmiş bir yön bulmak imkansızdır dolayısıyla güneş panelleri tam yukarı bakacak şekilde monte edilir. İşte bu durumda ortalama güneşlenme miktarı nasıl hesaplanır onu göstermek istiyorum. 

Tek yapmamız gereken güneşin göğün tepe noktasıyla (zenit) yaptığı açının kosinüsünün zaman ortalamasını almaktır. Malumunuz güneş saatleri ile ilgilendiğimden zenit açısını veren formül elimin altındaydı:

   (1)

Burada  güneşin zenit ile yaptığı açı,  enlem,  güneşin deklinasyonu ve h de saat açısı dediğimiz zamana bağlı açıyı verir. Dünya saatte 15 derece döndüğünden istenirse h = 15.t olarak da yazılabilir.

(1) numaralı denklemde belli bir enlemde belli bir gün boyunca deklinasyonun değişimini ihmal edersek tek değişken h'dir. Dolayısı ile h üzerinden bu denklemin ortalamasını almak için aşağıdaki integralli ifadeyi hesaplamak gerekir:

          (2)

(2) nolu ifadede eşitliğin sol tarafındaki < > ifadesi ortalama anlamındadır. Eşitliğin sağ tarafında integral sınırında ve paydada geçen  ifadesi ise güneşin battığı ana karşılık gelen ve zenit açısını 90 derece yapan h değeri anlamındadır. Bu değer (1) nolu denklemin soluna 0 koyarak aşağıdaki gibi kolayca hesaplanabilir. 

       (3)

(2) nolu ifadeye geri dönecek olursak paydaki integraldeki kosinüs yerine (1) nolu denklem yazılarak kolayca hesaplanabilir ve sonuç olarak aşağıdaki ifade elde edilir. 

Şimdi bu formülü kullanarak istenilen enlemde istenilen tarihte zenit açısının ortalama kosinüs değeri bulunabilir. Aşağıda ülkemizin değişik enlemlerindeki şehirleri için bu ortalama değerler hesaplanmıştır. Tabloda verilen deklinasyon değerleri yanında yazan ayların 15'inci günü için verilmiştir.

Bu tablo güneş panelleri bağlamında şöyle kullanılabilir. Mesela 100 Watt'lık bir güneş paneliniz olsun ve gökyüzüne tam dik olarak bakacak şekilde monte edilsin. Bu durumda Şubat ayında İzmir'de bu panelin ürettiği güç günlük ortalama olarak 40 Watt kadar olacaktır. 

(Unutulmamalıdır ki Şubat ayında günler de ciddi oranda kısadır. İsteyen gün uzunluğunu bu değerle çarparak aküye aktarılabilecek şarj miktarını da hesaplayabilir.)

Tablodan görüldüğü gibi ülkemizde bu katsayı %30 ile %60 arasında değişiklik göstermektedir. Uzun lafın kısası 200 Watt'lık bir paneli Türkiye'de kullanırken ortalamada %50 gibi düşünüp gerçekte 100 Watt veren bir üreteç gibi düşünmek lazımdır.