Не секрет, что количество энергии, вырабатываемой солнечной панелью (СП), напрямую зависит от эффективности ее освещения. При малейшем затемнении мощность солнечной станции катастрофически падает. В этой статье мы выясним, как оптимально и с минимальными расходами увеличить экспозицию солнечной батареи солнечными лучами.
- Положение солнца над горизонтом и экспозиция СП
- В разных широтах и регионах
- Нужно ли менять угол установки зимой и летом
- Варианты установки
- Неподвижная конструкция — дешево и сердито, но как выбрать оптимальный угол
- Установка солнечных батарей группами, расположенными под разными углами
- Установка на поворотной конструкции
- Солнечный трекер
Положение солнца над горизонтом и экспозиция СП
Положение солнца над горизонтом постоянно меняется как в течение дня, так и на протяжении года. Для начала выясним, по какому закону оно меняется и как от этого зависит освещенность СП, а значит, и количество вырабатываемой ею энергии. Прежде всего, несколько определений, которые будем использовать в статье:
- Склонение. Угол между линией, соединяющей наблюдателя и солнце, и линией горизонта. Измеряется в градусах.
- Азимут. Угол между направлением на солнце и направлением на юг. Измеряется в градусах.
В разных широтах и регионах
Вы наверняка замечали, что высота солнца над горизонтом, скажем, в полдень зависит от времени года. Зимой солнце расположено низко, летом – намного выше. Обусловлено это наклоном земной оси относительно солнца.
Зависит она и от широты. Здесь уже играет роль фактор сферической формы нашей планеты. В одно и то же время года в местности, расположенной ближе к экватору, солнце находится намного выше, чем в районах, которые ближе к полюсам.
Кроме местоположения «выше/ниже» солнце меняет свою позицию и в течение суток. Только угол относительно наблюдателя меняется в другой плоскости относительно угла времен года. Утром оно светит слева (смотрим на юг), вечером – справа.
Склонение зависит от широты местности и от времени года. Азимут – от времени суток. Он одинаков для любой широты, хотя по времени может не совпадать. В северных районах в одно и то же время года восход наступает позже, чем в южных, а заход – раньше.
Нужно ли менять угол установки зимой и летом
То, что склонение зависит от времени года, мы выяснили. Насколько сильно изменение высоты солнца над горизонтом влияет на выработку энергии солнечной панелью? Максимальная производительность солнечных батарей наблюдается тогда, когда солнечные лучи падают на панель отвесно, под прямым углом.
Отклонение от перпендикуляра до 5°, как показали исследования, не особо влияет на количество вырабатываемой панелью энергии. Уменьшение мощности при таком отклонении составляет порядка 0.5-1%. Но в течение года изменение склонения исчисляется десятками градусов (для широты Москвы – от 27 до 65° и более). Это приличная цифра, которая ощутимо влияет на вырабатываемую фотоэлементами мощность. Таким образом, угол наклона солнечных панелей, если это возможно, стоит менять хотя бы 2 раза в год – зимой и летом.
Под каким углом нужно располагать панели в разное время года, чтобы солнечное излучение использовалось максимально эффективно? Тут все зависит от широт, в которых элементы устанавливаются. Несмотря на кажущуюся сложность, рассчитать оптимальное расположение и угол несложно. Для этого достаточно знать широту, на которой вы находитесь. Для этого можно использовать соответствующую таблицу.
А можно спросить у Яндекса – это проще и оперативнее.
Рассчитать оптимальный угол над горизонтом (склонение) можно даже в уме:
- весна, осень – склонение = широта;
- лето – склонение = широта – 15°;
- зима – склонение = широта + 15°.
Варианты установки
Обычно установка солнечных батарей производится одним из четырех способов:
- стационарно под определенным углом;
- стационарно группами с разным углом;
- на ручных поворотных механизмах;
- на автоматических поворотных механизмах.
Рассмотрим вариант более подробно.
Неподвижная конструкция — дешево и сердито, но как выбрать оптимальный угол
Самое простое и наиболее распространенное в частном секторе решение. Этот вариант подразумевает жесткую установку панелей без возможности изменения угла наклона. Таким методом батарея крепится на крыше, если угол ее наклона оказывается подходящим и ориентирован в нужную сторону. В северных широтах для этих целей используются и стены здания.
Варианты установки станции на крыше и стенах
Если крыша по тем или иным причинам не подходит, то панели могут устанавливаться на земле на специальную неподвижную платформу, наклоненную на нужный угол и ориентированную на географический (не магнитный) юг. Устанавливать, обслуживать и очищать от снега такую батарею проще, но она займет место (и немалое) на участке. Кроме того, на земле риск повредить элементы намного выше, чем на крыше.
Размещение элементов на земле
Любопытно, что снег, покрывающий панель, уменьшает выход энергии лишь на несколько процентов (от 1 до 5 в зависимости от толщины слоя). Именно поэтому чаще всего снег с элементов не счищают, особенно если это затруднительно из-за их расположения.
Если батареи небольшие, то нередко их монтаж производят на мачтах. Это позволяет освободить приличную площадь участка. Хотя он окажется слегка затенен, не особо светолюбивым растениям света более чем достаточно.
Размещение панелей на стойках
Поскольку угол при таком виде монтажа не регулируется, то возникает вопрос – какой наклон выставить при сборке? Необходимо выбрать золотую середину между зимой, когда солнце низко, и летом, когда оно в апогее. Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что оптимальным склонением будет угол, устанавливаемый для осени и весны. То есть склонение равно широте местности.
На самом деле это не совсем так, поскольку среднестатистическое количество солнечных дней в межсезонье неодинаково. Но оно поддается прогнозированию. Основываясь на статистике, специалисты сделали расчеты и пришли к следующему выводу: при стационарной установке солнечных панелей для их максимально эффективной среднегодовой работы склонение должно быть:
- на широтах до 25° склонение = широта х 0.87;
- на широтах более 25° склонение = широта х 0.76 + 3.1°.
Справедливости ради заметим, что такие расчеты улучшат среднегодовой выход энергии незначительно. Поэтому если вы в своем частном доме выставите склонение по широте, больших потерь не будет.
Установка солнечных батарей группами, расположенными под разными углами
Такой метод подразумевает стационарную установку панелей, но они разбиты на группы. Каждая группа имеет свой угол наклона относительно горизонта. Таким образом, максимальную отдачу зимой мы получаем от группы с меньшим склонением, летом – с большим. Весной и осенью в полную силу работают секции со средним углом. При такой конструкции батарея одинаково эффективна круглый год.
Такая станция одинаково эффективна круглый год
Есть ли выигрыш в производительности у такого варианта? Практически нет, поскольку вся панель в полную силу не работает никогда. Но такая установка имеет один большой плюс. В некоторых случаях важна равномерность выработки энергии независимо от времени года. Если вам нужна постоянная мощность круглый год, то такое размещение панелей наиболее оптимально.
Установка на поворотной конструкции
Такой монтаж подразумевает возможность изменения угла наклона с летнего на зимний вручную. Обычно подобные панели устанавливают на земле, поскольку на мачтах и крышах регулировать угол сложно – необходимы верхолазные работы. Без сомнения, возможность регулировки склонения существенно повышает энергоотдачу системы, а потому используется часто.
Варианты ручных механизмов регулировки склонения
Солнечный трекер
В этом варианте установка оптимального угла возложена на автоматику – трекер. Набор фотоэлементов, расположенных под разными углами, снимает показания освещенности и передает данные на контроллер. Последний обрабатывает эти данные и устанавливает панель под нужным углом. Нередко роль следящих элементов играют сами панели.
Здесь наклон элементов по склонению возложен на автоматику
Без сомнения, это очень удобно и эффективно, но монтаж такой системы сложный и под силу только квалифицированному специалисту. Еще один минус – высокая стоимость. Системный блок, двигатели, фотоэлементы – все стоит немалых денег. И, конечно, обслуживание. За правильной работой подвижных механизмов нужно следить, периодически проводить их регулировку и обслуживать – смазывать, подтягивать, подкручивать. Это тоже стоит немало.
Именно поэтому трекеры в частном секторе используются редко. В основном их можно увидеть на промышленных установках и больших солнечных электростанциях, где их применение оправдано финансово.
Часто трекеры используют для изменения угла наклона панелей по азимуту. Вручную это сделать практически невозможно, приходится довольствоваться золотой серединой – ориентировать элементы на географический юг. Трекер же, поворачивая панели вслед за солнцем, существенно повышает энергоотдачу системы.
Варианты трекеров, изменяющих угол наклона по азимуту
Вот и все о способах оптимального расположения солнечных панелей для их максимальной освещенности. Надеемся, тем, кто решил построить собственную солнечную электростанцию, информация будет полезной.
Сейчас читают:
