Угол установки солнечных батарей

Угол установки солнечных батарей: рекомендации специалистов для повышения КПД устройств

Дата публикации: 9 января 2020

Общая схема работы солнечных батарей не вызывает вопросов. Лучи, улавливаемые фотоэлектрическими элементами панелей, преобразуются в бесплатную электроэнергию, которая направляется в местную сеть для питания бытовой техники и прочих энергозависимых устройств. Единственный вопрос, который обычно возникает у пользователя, — выбор угла установки батарей, чтобы их поверхность получала максимальное количество солнечного света. Попробуем подробнее разобраться в этом вопросе.

Точные расчеты угла наклона

Понятие угла установки солнечных панелей складывается сразу из нескольких показателей с учетом двухмерного пространства. Это горизонтальный наклон по отношению к одной из сторон света и вертикальный поворот относительно направления падения лучей светила.

Угол наклона по отношению к сторонам горизонта

Из школьного курса известно, что наибольшее количество солнечного света наблюдается на географическом юге. Определить его можно с помощью компаса, не забыв, что в разных частях земного шара существует незначительная погрешность между магнитным и географическим направлением. Так, для юга России она составляет приблизительно 7-8 градусов.

При проведении монтажных работ на поверхности земли владельцу устройства будет несложно правильно выбрать угол наклона солнечных панелей, ориентируясь на показания компаса. Если же установка осуществляется на скатной крыше, соблюсти требование по ориентации на юг может быть затруднительным. Поэтому допускаются некоторые отклонения, не оказывающие существенного влияния на КПД автономной электростанции:

• батарея, сориентированная на юго-восток или юго-запад, потеряет всего 5% мощности;
• при повороте на запад или восток собственник недополучит около 20-23% энергии;
• ориентация на север снизит КПД батарей на 70%;
• поворот на северо-восток или северо-запад станет причиной снижения КПД на 40-50%.

Несложно подсчитать: отклонение угла наклона солнечного коллектора на 30% и более от рекомендованного южного положения считается нецелесообразным, т.к. расходы на приобретение батареи не окупятся бесплатной электроэнергией.

Угол наклона по отношению к солнцу

Угол установки солнечных батарей относительно солнца обусловлен разной высотой светила над горизонтом в течение суток, а также сменой его сезонного положения. Летом светило находится выше, чем в зимнее время года, утром и вечером – ниже, чем в полдень, когда оно достигает апогея на небесном своде. Вывод: панели должны постоянно поворачиваться, реагируя на малейшие изменения угла падения солнечного света. Осуществить столь смелое техническое решение на практике помогают специальные трекеры – поворотные системы для автономных электростанций. Но их приобретение эффективно только для батарей большой площади, рассчитанных на значительные объемы выработки электроэнергии. Для более мелких бытовых устройств их покупка нерентабельна. В последнем случае стоит выбрать один из вариантов:

• Для неподвижной группы батарей выбрать оптимальный угол установки солнечных панелей — 30-35 градусов;
• Для частично подвижной конструкции осуществлять смену положения на 10-15 градусов: летом – в сторону уменьшения, зимой – в сторону увеличения.

Если вы все же решили приобрести трекеры, их стоимость вместе с ценой установки не должна составлять больше 40% цены батарей. В противном случае расходы на покупку дорогостоящего устройства не оправдают себя, и увеличить панели до номинального показателя прибыли не удастся.

Обратите внимание: для повышения КПД солнечных батарей имеет значение наклон скатной крыши по отношению к горизонту. Если угол составляет больше 40 или меньше 30 градусов, имеет смысл устанавливать конструкцию панелей на кронштейны. Иных вариантов решения проблемы не существует, а монтаж батарей на крышу с недостаточным или избыточным уклоном резко сокращает КПД системы.

Дополнительные практические рекомендации

Специалисты по монтажу солнечных панелей советуют выбирать угол установки с учетом следующих соображений:

• Оптимальное положение установки должно рассчитываться таким образом, чтобы угол солнечной панели составлял 90 градусов к направлению потока лучей. Перпендикулярно падающий свет дает высокий КПД. Поэтому перед монтажными работами целесообразно провести мониторинг положения Солнца над горизонтом, чтобы подобрать под батарею подходящую опорную конструкцию и приблизить угол падения к требуемым 90 градусам.
• Летом в связи с высоким положением Солнца над горизонтом панели лучше укладывать ниже, чем в зимнее время. Если выполнять демонтаж и повторную установку системы в начале сезона невозможно, рекомендуется выбрать среднее значение, дающее максимальный КПД при любом положении светила над горизонтом.
• Подсказкой для выбора оптимального угла наклона солнечных панелей станет широта региона проживания. Осенью и весной это значение идеально для получения максимально доступного солнечного излучения. Зимой нужно добавить к нему около 10-15 градусов, а летом – отнять столько же, чтобы адаптировать положение панелей к направлению естественного света.

Отклонение от рекомендуемого угла наклона солнечных панелей в Подмосковье до 5 градусов считается незначительным. Но, если расхождение составляет около 10%, батарея теряет около 1% энергии. При увеличении разницы до 18 градусов потери достигают 5%, а при 40 градусах отклонения батарея недополучает около 20% солнечного света.

• Кто и как производит солнечные панели?
• Трехглазое «чудище», питающееся солнечной энергией
• Прожекторы выходят на борьбу с темнотой
• Еще об электромобилях на солнечной энергии

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Угол наклона и ориентация солнечных батарей для максимальной производительности

Главная » Статьи » Солнечные панели

12232 0 Опубликовано 1 ноября 2018

Солнечная панель сделана из фотоэлектрических элементов. Принцип работы фотоэлектрического модуля – преобразование энергии солнца в электрическую энергию.

Чем больше энергии несет падающий на фотоэлектрическую ячейку луч солнца, тем больше электричества она вырабатывает. Электроэнергия, которую можно снять с контактов модуля, во многом зависит от ориентации солнечной батареи.

Для повышенного получения КПД от солнечных панелей необходимо правильно подбирать угол наклона, по горизонту, по азимуту и прочим параметрам

Конечно, хотелось бы получать максимальную возможную электрическую мощность, которую способна выработать панель. К сожалению, не на все параметры, определяющие выработку электричества, возможно повлиять.

Солнечный свет освещает поверхность земли неравномерно, что объясняется шарообразной формой Земли. На экваторе энергия, передаваемая солнечным лучом, будет гораздо выше, чем, например, на полюсах. Это не означает, конечно, что нельзя использовать солнечные элементы, находясь в широтах, удаленных от экватора. Просто нужно внимательно отнестись к способу их ориентации в пространстве.

Что важно учесть при монтаже солнечной панели

Чтобы «собрать» максимальное количество солнечной энергии, нужно выполнить следующие условия:

• обеспечить максимально возможную освещенность фотоэлементов, без малейшего их затемнения окружающими объектами, например, деревьями или конструкциями зданий;
• ориентировать плоскость фотоэлектрических ячеек строго перпендикулярно солнечным лучам.

Если с первым пунктом обычно не возникает особых проблем, так как типовая установка панели предполагает монтаж на крыше зданий, то точно выполнить второй пункт оказывается не слишком просто.

От правильно выбранного угла наклона солнечных панелей зависит КПД и эффективность получения электроэнергии, так как в разное время года и суток оно неодинаковое

Угол падения солнечных лучей меняется как в течение дня, так и при смене времен года. Значит, идеальная солнечная панель должна тоже постоянно менять свой угол наклона, поворачиваясь к солнцу. Другой вопрос, насколько сильно изменится производительность реальной панели при некоторых отличиях от идеальной, вызванных конструктивными ограничениями установки.

На что влияет угол наклона батареи

О принципах и важности правильного размещения солнечных батарей, а также об угле наклона мы уже сказали. Но на что может повлиять неправильная установка панели и ее углы в разное время года по отношению к солнечным лучам? Во-первых, что самое главное, неправильный наклон панели и небольшое попадание света даст плохую производительность тока, в результате чего вы не сможете покрыть все свои электрические нужды, даже если приобрели мощную батарею или сразу несколько. Во-вторых, снижается КПД самого устройства, то есть меньший эффект в сравнении с панелями, которые работают на полную.

При правильном угле установки модуля в зимний период повышается естественная очистка снега на крыше.

Если подробнее, то перпендикулярное размещение панели позволяет на 99% избежать скопления снега. А при снижении углов наклона с 53 до 14 градусов вы сможете заметить явную разницу, где снег остается на панелях, а где самостоятельно очищается. То есть, если оптимально к солнечному свету размещать панели и соблюдать постоянно угол наклона, можно получить повышение выработки энергии до 6%. Но, как показывает практика, многие владельцы солнечных станций все равно занимаются самостоятельной очисткой снега после его выпадения.

Способы установки

Фотоэлектрические модули, исходя из способов их использования можно разделить, во-первых, на два основных типа:

• стационарные, постоянной установки;
• мобильные, передвигаемые по мере необходимости с места на место.

И хотя использование мобильных модулей набирает обороты, их все шире используют в полевых условиях туристы, геологи, их размещают на крышах трейлеров и передвижных домов, самым распространенным является первый вариант — стационарный. Такие элементы могут быть установлены:

• на крыше зданий и сооружений, сюда же относятся козырьки и навесы;
• на стенах домов;
• на земле.

Каждый и способов имеет свои преимущества и недостатки, например, модуль, стоящий на земле, дешевле в установке и более прост в обслуживании, но зато отнимает полезную площадь участка, а также может затеняться находящимися рядом объектами. Крышные же сооружения сложней смонтировать и обслужить, зато риск повреждения панели гораздо меньше.

Варианты конструкций

На практике, видов расположения солнечной панели всего два:

При неподвижной установке фотоэлектрического модуля обеспечить следование модуля за солнцем практически невозможно. Самый простой пример такой установки – монтаж солнечных панелей в плоскости крыши. Чуть более продвинутый вариант, позволяющий поймать больше солнечной энергии – установка на кронштейны, обеспечивающие заранее рассчитанный оптимальный угол. Иногда такое устройство позволяет вручную менять угол наклона фотоэлементов два раз в год – зимой и летом.

Подвижные устройства для монтажа модулей называются трекеры. Это платформы, которые могут вращаться в одной или двух плоскостях, следуя за солнцем. Такой способ установки максимально близок к идеальному, однако имеет свои подводные камни: трекеры дороги в установке и эксплуатации и потребляют электрическую энергию. Вполне возможно, что в случае применения в частном доме, повышение производительности солнечной батареи будет в стоимостном выражении меньше, чем стоимость содержания трекера.

Возможные варианты

Зачастую возможности менять наклон батарей дважды в год просто нет. В этом случае, если планируется круглогодичное использование системы, лучше всего установить два набора солнечных батарей. Один будет работать зимой, второй – летом.

Чтобы иметь возможность корректировать угол наклона, стоит монтировать гелиопанели не на крыше, а на отдельных рамах-стойках. Фирмы, выпускающие солнечные батареи, производят также и специальные рамы для их крепления. Особенность этих конструкций – возможность без труда изменить наклон панели, что позволяет повысить производительность системы фактически на 20%.

Практические исследования

Теоретические рассуждения хороши, когда они подтверждены практикой. В Канаде провели масштабное исследование зависимости выработки электроэнергии солнечными батареями в зависимости от углов наклона.

Батарея расположена в местности, широта которой близка к широте Москвы, и имеет похожий климат. Результаты исследований очень интересны, и могут с успехом быть применены в наших условиях, так как кроме всего прочего, исследовалось влияние снега на выработку электроэнергии. Исходные данные опытных батарей были следующими:

• батареи ничем не затенялись;
• ориентация фотоэлементов строго южная;
• шесть пар солнечных элементов были установлены на разные углы;
• минимальный угол установки солнечных батарей был 14 градусов, максимальный – 90 градусов;
• промежуточные углы были близки к популярным углам наклона крыш;
• исследовался также угол 53 градуса, равный широте местности;
• для изучения влияния снега на одной из панелей с одинаковым углом наклона снег удалялся, а на другой нет.

Самый удивительный результат исследований заключается в том, что чистка панелей от снега дала прибавку в выработке энергии не более, чем 5,31%, и это на самых производительных панелях.

Исследования угла наклона солнечных панелей показали, что:

• самый производительный угол наклон летом (в период с 01.04 по 31.09) – 27 градусов;
• самый производительный угол зимой (в период с 01.10 по 31.03) — 53 градуса;
• самый производительный угол по году — 53 градуса.

Оптимальный угол наклона

Положение солнца в летний и зимней период отличается, поэтому специалисты советуют в теплое время устанавливать панели под углом 90 градусов для перпендикулярного попадания света, а в холодный период – под наклоном. Но если у вас нет возможности изменять положение солнечных панелей, тогда следует определиться со средним углом наклона. Для правильного угла установки солнечных панелей предалагаем выбрать крепления для солнечных панелей из каталога на нашем сайте.

Летом

Ниже представлена таблица, где отражены оптимальные значения угла наклона для каждого из месяцев в теплый период.

Месяц	Угол наклона, градусы
Апрель	45
Май	18
Июнь	18
Июль	18
Август	27
Сентябрь	53

Конечно, очень сложно каждый месяц самостоятельно заниматься изменением угла наклона солнечной панели, но на основе периодических опытов специалисты зафиксировали, что если на все эти теплые месяцы установить батарею в наклоне 27 градусов, то она будет отдавать наибольшую суммарную производительность, чем под другими углами. Данное правило действует, если все 6 месяцев панель будет неподвижна.

Угол наклона солнечных батарей

Зимой

Для зимы также установлены свои показатели, которые оптимальны для размещения модулей в наклоне. Данные представлены в таблице.

Месяц	Угол наклона, градусы
Октябрь	53
Ноябрь	90
Декабрь	90
Январь	90
Февраль	53
Март	53

Если вы установите панель с погрешностью в 5-10% или солнечные лучи будут менять свою траекторию с указанным значением отклонения, это особо не скажется на общей производительности и выработки энергии.

Согласно исследованиям, в зимний период оптимальной величиной стал угол 53 градуса. Если установить панель под таким наклоном на весь зимний период, то батарея будет вырабатывать наибольшую суммарную энергию, опять-таки, в случае если регулярно происходит очистка снега (при сильных осадках) и нет возможности каждый месяц менять угол наклона. Интенсивность и общая эффективность также зависят от значения солнечной радиации, высоты солнца и как быстро тает снег с панелей.

Фиксированный угол наклона в течение года

Теперь осталось определиться с углом наклона, если у вас нет возможности его изменять каждый месяц, и вы хотите установить солнечные панели на весь год.

Месяц	Угол наклона, градусы
Октябрь	53
Ноябрь	90
Декабрь	90
Январь	90
Февраль	53
Март	53

Здесь оптимальным значением стал угол наклона 53 градуса, при котором были зафиксированы наивысшие показатели генерации энергии. Но, конечно, угол наклона панелей необходимо менять хотя бы 2 раза в год. Ориентировочными датами считаются дни весеннего и осеннего равноденствия. При этом, даже если вы будете соблюдать все правила размещения панелей, нужно понимать, что остается небольшой процент погрешности в расчете на погодные условия, местные особенности, а также частичное затемнение модулей, что не всегда возможно проконтролировать.
Чтобы избавить себя от таких сложностей, лучше всего обеспечить солнечные батареи трекером. Он будет в автоматическом режиме с соблюдением всех требований (широты, региона, месяца) регулировать угол наклона. С его помощью достигается максимальная мощность, которой нельзя добиться при самостоятельном изменении положения панелей. Однако нужно помнить про высокую стоимость таких установок, которая будет оправдана только для больших объектов.

Рекомендации по установке

В том случае, если скат крыши дома ориентирован на юг и имеет угол наклона, близкий к широте местности, самый простой способ – установка фотоэлементов непосредственно на плоскость крыши. Это стоит недорого, просто в обслуживании, и потери энергии будут незначительными.

Если параметры крыши далеки от идеальных, или планируется установка солнечных батарей на землю, можно применить такой способ расчета лучшего угла наклона:

1. Для широт, находящихся в диапазоне до 25 градусов, значение широты нужно умножить на коэффициент 0,87. Это будет лучший угол по году, если не планируется его менять.
2. Для широт, находящихся в диапазоне от 25 до 50 градусов, значение широты нужно умножить на коэффициент 0,76 и добавить 3,1 градуса.

Если конструкция для ориентации солнечных панелей предполагает изменение угла наклона вручную, можно применить такой способ:

• весной и осенью выставляют угол наклона солнечной панели, равный широте местности;
• зимой к широте прибавляем 10-15 градусов;
• летом от широты отнимается 10-15 градусов.

Следует понимать, что максимальное количество энергии обеспечивает все же трекер. Но выработка установок без трекера, ориентированных правильно (на юг, с соблюдением угла наклона по широте) составляют 70-75 % от выработки установок с трекером. Конечно, для установок большой мощности применение трекеров оправдано. А вот солнечная панель для личных потребностей может быть смонтирована простым способом, так как применение трекера не окупит себя.

Испытательная солнечная батарея

Солнечная батарея разработана и установлена в Институте технологий Северной Альберты (NAIT) с целью получения достоверной информации об оптимальном угле установки солнечных батарей для проектировщиков солнечных электростанций и для всех, кто устанавливает солнечные батареи. Исследовалось влияние угла установки солнечных панелей и количества снега на солнечных панелях на производительность солнечной электростанции.
Испытательный стенд установлен на крыше NAIT и состоит из 6 пар солнечных панелей. Основной кампус NAIT находится по адресу 11762 106 Street NW, Edmonton, Alberta.

Характеристики эталонной солнечной батареи:

• Солнечная батарея имеет 100% доступ к солнечному свету (нет деревьев и зданий, затеняющих солнечную батарею)
• Модули ориентированы точно на юг и установлены на широте 53°
• Каждая пара модулей установлена под различным углом от 14° до 90°
• Снег удалялся с западной (левой) стороны каждый раз после окончания снегопада
• Фотографии сделаны непосредственно перед и сразу же после очистки от снега
• Микроинверторы записывали состояние работы каждые 5 минут. Записывались параметры: время, напряжение переменного тока, напряжение постоянного тока, постоянный ток, температура инвертора и выработка мощности инвертором.

Четыре угла наклона были выбраны потому, что они являются популярными углами наклона скатов крыш (14°, 18°, 27°, 45°). Дополнительно были выбраны углы 53° (широта местности Эдмонтона) и 90° (вертикальная установка на стене).

Конструкция испытательной солнечной батареи.

Начиная с 2012 года расчистка солнечных батарей от снега проводилась в среднем 24 раза за зимний сезон. Расчищались панели на западной стороне. Наиболее удобным инструментом для расчистки оказался 2-метровый автомобильный скребок-щетка. Телескопическая рукоятка щетки исключает необходимость в лестницах и повышает безопасность при проведении работ.

Источник