A napraforgóktól jött az ötlet: magyar kutatók vizsgálták a napelemhatékonyságot

Akár 5 százalékos energiatöbblet érhető el a napelemeknél az a módszer, amelyet az ELTE Biológiai fizika tanszékének kutatói publikáltak a Royal Society Open Science folyóiratban nemrégiben megjelent tanulmányukban.

Az egyetem közleménye szerint Horváth Gábor és munkatársai még 2020-ban kerestek és találtak magyarázatot arra, hogy egy idő után miért nem követi a Nap „járását” a napraforgó (Helianthus annuus) virágzata, és hogy mi az oka annak, hogy az érett tányérok nem a logikusnak látszó déli, hanem a keleti irányba fordulnak. Szerintük a jelenséget az adott termesztési terület fényviszonyai okozzák.

A kutatók csillagászati, meteorológiai és növényfiziológiai adatok felhasználásával pontosan meghatározták az érett napraforgófej virágzata és hátoldala által elnyelt fényenergiát a virágképzés kezdete és a magok teljes érése között időszakban. Megállapításuk szerint 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 azért lehetett minden korábbinál teljesebb, mert figyelembe vette a napraforgó háziasításának észak-kelet-amerikai területére jellemző felhősödési viszonyokat is

– tudatja közleményében az ELTE.

Horváth és munkatársai drónos technológiával idén márciusban bizonyították, hogy a napraforgóvirágzatok fényenergia-maximalizáló, ideális iránya a földrajzi kelet – legalábbis ott, ahol a délelőttök átlagosan kevésbé felhősek a délutánoknál a napraforgók tenyészidejében. Az is kiderült, 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 el vizsgálni, vajon igaz lehet-e a napraforgókon tett megfigyelésük a napelemekre is. Az északi féltekén a rögzített napelemtáblák hagyományosan dél felé néznek, mert az uralkodó vélemény szerint a déli irány biztosít maximális napenergiát. A kutatók előfelvetése szerint azonban a napraforgókhoz hasonlóan a napelemeknél is igaz lehet, hogy a fénymaximalizálást is meghatározhatja a felhőzöttség délelőtt-délutáni eltérése.

A napjárás csillagászati és az elmúlt évtizedre átlagolt meteorológiai fénysugárzásmérési adatai alapján az ELTE kutatói meghatározták, hogy egy rögzített napelem egységnyi felülete mennyi fényenergiát nyel el egy év alatt. A vizsgálatot a napraforgó domesztikációjában kulcsszerepet betöltő észak-kelet-amerikai Boone County, Tennessee és Georgia városokra, valamint Közép-Olaszországra, Közép-Magyarországra és Dél-Svédországra terjesztették ki.

Horváth és munkatársai 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.

Az ELTE közleménye szerint „a napelemtáblák rögzítésekor érdemes figyelembe venni a helyi felhőzöttségi viszonyokat is, és a táblákat annak megfelelően beállítani, mivel így az akár 42o-os keletre fordulásból származó energiatöbblet elérheti az 5 százalékot is egy hagyományosan dél felé tájolt napelemhez képest”.