Júlia, Rita, Emil2022. május 22., vasárnap
Tudomány

Napelemek hatékonyabb energiatermelése

2022.05.15.NG
National Geographic Magyarország

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 azonban most másként látják.

Forrás: Getty images

 

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. Ennek ismeretében hazai kutatók arra jutottak, hogy érdemes lenne a napelemtáblákat a dőlésszögüktől függően többé-kevésbé kelet felé tájolni, ami függőleges táblák esetén akár 5 százalékos többletenergiát is eredményezhet – olvasható az ELTE weboldalán.

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, és megállapították: ha a tenyészidőben a délutánok átlagban felhősebbek a délelőttöknél, akkor a keletre néző napraforgó virágzata nyeli el a legtöbb fényenergiát. Az energiatöbblet előnyökkel jár a napraforgó számára: serkenti a magvak fejlődését, gyorsítja a virágzatra lecsapódott harmat reggeli elpárolgását, ami csökkenti a gombásodás veszélyét, és magához vonzza a délelőtt aktív beporzókat.

A kutatók következő kérdése az volt, 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 drónfelvételeket, majd 2800 napraforgóvirág azimutszögének átlagát és szórását határozták meg e képek kiértékelésével. Azt találták, hogy a virágzatok átlagos azimutszöge gyakorlatilag megegyezik a földrajzi keleti iránnyal, és jelentősen eltér a helyi napkelte azimutszögétől. E mérési eredmény igazolta a 2020-as elméleti jóslatukat, miszerint a napraforgó-virágzatok 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, hiszen 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 napraforgó-virágzatok ideális iránya erősen függ a felhőzet, domborzat és környező növényzet által befolyásolt helyi megvilágítási viszonyoktól.

(A) Egy sződi virágzó napraforgótábláról 80 m magasságból készült drónfelvétel (Bernáth Balázs fényképe). A fehér kerületű téglalapbeli érett virágzatok délre néznek, ellentétben a keletre irányuló többivel. Napkelte után 5 órahosszat a délre néző napraforgók az 1. facsoport árnyékában voltak, míg napnyugta előtt 5 órahosszat a 2. facsoport vetett rájuk árnyékot. (B) A drónfelvételen délre néző 100 napraforgó-virágzat normál vektora (a földrajzi északtól az óramutató járásával egyezően mért) α azimutszögének N(α) eloszlása.
Forrás: elte.hu

Miután a kutatók számára bizonyítást nyert a napraforgók fénymaximalizáló viselkedése, azt kezdték el vizsgálni, vajon 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. De vajon mennyire? Hiszen, míg a növekvő napraforgó-virágzatok 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 adatoknak a 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 felhősebben a délelőttöknél. Ebből az is következik, hogy 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, és a táblákat annak megfelelően beállítani, mivel így az akár 42o fokos keletre fordulásból származó energiatöbblet elérheti az 5 százalékot – eredményeikről  a Frontiers oldalán számoltak be.

Hozzászólások

A maják fogdíszei gyógyhatásúak is lehettek

A maják fogdíszei gyógyhatásúak is lehettek

Számos olyan maja fog maradt fenn, amelyeket ékkövekkel díszítettek, egy új kutatás szerint ennek nemcsak esztétikai, hanem gyógyító szerepe is lehetett.

Komplex ökoszisztémát alkottak a prekambriumi állatok

Komplex ökoszisztémát alkottak a prekambriumi állatok

Bolygónk élővilágában az egyik legdrámaibb fordulatot az jelentette, amikor, pár milliárd évnyi tisztán mikrobiális élet után, az ediacara időszak végén, mintegy 580 millió évvel ezelőtt megjelentek bolygónk első összetett, többsejtű állatai.

Stonehenge élősködői

Stonehenge élősködői

A Stonehenge építőinek falujaként ismert helyszínen talált maradványok azt mutatták, az ősi kőépítmény alkotóit a téli lakomák során a nem megfelelően megfőzött állati eredetű élelem miatt paraziták kínozhatták.

Új rákkutatási eljárás hazai kutatóktól

Új rákkutatási eljárás hazai kutatóktól

Az ELKH Szegedi Biológiai Kutatóközpont Horváth Péter által vezetett kutatócsoportja a sejteken belüli rendellenes fehérjeváltozások pontos leírására alkalmas, világviszonylatban is újdonságnak számító, mesterséges intelligenciára épülő képfeldolgozásos eljárást fejlesztett ki.

Gyerekbarát kütyük és korai diagnosztika

Gyerekbarát kütyük és korai diagnosztika

„Az ELTE Innovációs Központja nagy hangsúlyt fektet az

National Geographic 2022. májusi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

11 600 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlapNational Geographic 2020. októberi címlapNational Geographic 2020. novemberi címlapNational Geographic 2020. decemberi címlapNational Geographic 2021. januári címlapNational Geographic 2021. februári címlapNational Geographic 2021. márciusi címlapNational Geographic 2021. áprilisi címlapNational Geographic 2021. májusi címlapNational Geographic 2021. júniusi címlapNational Geographic 2021. júliusi címlapNational Geographic 2021. augusztusi címlapNational Geographic 2021. szeptemberi címlapNational Geographic 2021. októberi címlapNational Geographic 2021. novemberi címlapNational Geographic 2021. decemberi címlapNational Geographic 2022. januári címlapNational Geographic 2022. februári címlapNational Geographic 2022. márciusi címlapNational Geographic 2022. áprilisi címlapNational Geographic 2022. májusi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket