Impact of changes in the azimuth angle on solar power production in Finland

Abstract

The amount of solar PV installations has increased many folds in the last few years due to decreases in the price of PV. Most of these installations are small scale production but industrial solar parks are also currently being developed and built, and they will soon overtake in terms of capacity. Because of solar power production’s intermittency, it requires energy storage systems to distribute the production more evenly throughout the day. This master's thesis investigates the impact of different azimuth angles on the production profile of solar panel installations in industrial solar parks.

Solar power production in three different locations in Finland were simulated and analysed. Production volumes and profiles of different azimuth installations were compared to azimuth angle of 0° which is considered to be the optimum azimuth angle in the northern hemisphere. Additionally, the examination of azimuth angle that produces the best profile correlating with electricity consumption was done.

The results of the simulations show that the optimum azimuth angle deviates from 0° by few degrees at all three locations. With azimuth angles up to 30° and 45° the yearly production doesn’t decrease significantly but after this the decrease in production is more pronounced. The production profiles shift by 2 minutes per rotated degree. With orientations towards the east the production is obtained earlier, and with orientations towards the west it is obtained later. Production with azimuth angles of 15° to 30° in east direction were observed to correlate best with the electricity consumption.

Aurinkosähköasennusten määrä on moninkertaistunut viime vuosina aurinkosähkön hinnan laskun ansiosta. Suurin osa näistä asennuksista on pientuotantoa, mutta parhaillaan kehitetään ja rakennetaan myös teollisia aurinkopuistoja, jotka pian ohittavat pientuotannon kapasiteetin osalta. Koska aurinkoenergian tuotanto on jaksoittaista, se vaatii energian varastointijärjestelmiä, jotta tuotanto jakautuisi tasaisemmin koko päivän ajalle. Tässä maisterintutkielmassa tutkitaan erilaisten atsimuuttikulmien vaikutusta teollisten aurinkopuistojen aurinkopaneeliasennusten tuotantoprofiiliin.

Aurinkosähkön tuotantoa simuloitiin ja analysoitiin kolmessa eri paikassa Suomessa. Eri atsimuuttiasennusten tuotantomääriä ja -profiileja verrattiin atsimuuttikulmaan 0°, jota pidetään optimaalisena atsimuuttikulmana pohjoisella pallonpuoliskolla. Lisäksi pyrittiin löytämään atsimuuttikulma, jonka tuottama profiili korreloi parhaiten sähkönkulutuksen kanssa.

Simulointien tulokset osoittavat, että optimaalinen atsimuuttikulma poikkeaa 0°:sta muutamalla asteella kaikissa kolmessa paikassa. Atsimuuttikulmilla 30°:een ja 45°:een asti vuotuinen tuotanto ei laske merkittävästi, mutta tämän jälkeen tuotannon lasku on voimakkaampaa. Tuotantoprofiilit muuttuvat 2 minuuttia käännettyä astetta kohti. Itään päin suuntautuneilla paneeleilla tuotantoa saadaan aikaisemmin ja länteen päin suuntautuneilla paneeleilla myöhemmin. Atsimuuttikulmilla 15°-30° saatavan tuotannon havaittiin korreloivan parhaiten sähkönkulutuksen kanssa.