Угол наклона солнечной панели – Оптимальный угол наклона солнечной батареи: рекомендации по установке

Содержание

Оптимальный угол наклона солнечной батареи: рекомендации по установке

Установка солнечных батарей требует соблюдения определенных правил. Если выполнять все необходимые рекомендации, то вы не только будете получать максимальное количество энергии, но и сможете продлить срок службы рабочей системы. Одним из важных факторов является угол наклона. Какое должно быть направление панелей и есть ли строгие требования по отношению к углу наклона? Это вопрос необходимо изучить до начала установки и подключения солнечной системы.

Содержание статьи

Правила установки солнечных батарей

Солнечная батарея состоит из множества элементов, которые покрыты фотопленкой. Суть такой фотоэлектрической панели заключается в том, что энергия солнечного света преобразовывается в ток. Причем этот ток еще нужно преобразовать в переменный, которым мы пользуемся в бытовых условиях, с напряжением в 220В. Таким образом, чем мощнее солнечная энергия, чем прямее лучи попадают на установленную солнечную систему (батареи), тем больше тока в итоге мы получаем.

Чтобы получить максимальное количество переменного тока от солнечной панели,

нужно соблюдать ряд правил:

  1. Соблюдать оптимальный угол наклона в разное время года. Здесь следует придерживаться географической широты региона.
  2. На солнечный модуль должно падать наибольшее количество света, при этом нужно следить, чтобы он не находился в затемнении от других объектов, зданий, деревьев.
  3. Плоскость с батареями ориентировать строго перпендикулярно солнечным лучам.
  4. Надежно фиксировать конструкции на крыше дома с учетом возможных погодных условий – сильный ветер, снег, который может усилить нагрузку.

Если с монтажом солнечных панелей ситуация более менее ясная, то вот с расчетом оптимального угла наклона могу возникнуть сложности, особенно у людей, которые впервые сталкиваются с подобной задачей. Тем более что угол наклона лучей солнца меняется как в течение дня, так и в разное время года. Сегодня на рынке есть солнечные батареи, которые вращаются и, соответственно, автоматически изменяют наклон, чтобы собрать максимальное количество солнечного света. Но такой вариант очень дорогостоящий. Поэтому вопрос, под каким углом должны находиться панели для получения максимума энергии, остается актуальным.

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.

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.

Летом

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


МесяцУгол наклона, градусы
Апрель45
Май18
Июнь18
Июль18
Август27
Сентябрь53

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.

МесяцУгол наклона, градусы
Октябрь53
Ноябрь90
Декабрь90
Январь90
Февраль53
Март53

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.

МесяцУгол наклона, градусы
Октябрь53
Ноябрь90
Декабрь90
Январь90
Февраль53
Март53

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.

www.termico-solar.com

Ориентация солнечных панелей — Полезная информация — ВАРМА

Только малая доля солнечного излучения достигает поверхности земли.

1. прямая     2. поглащение      3. отражение     4. непрямая

Солнечный свет проходит свой путь от Солнца до Земли по прямой линии. Когда он достигает атмосферы, часть света преломляется, а часть достигает земли по прямой линии. Другая часть света поглощается атмосферой. Преломленный свет — это то, что обычно называется диффузной радиацией, или рассеянным светом. Та часть солнечного света, которая достигает поверхности земли без рассеяния или поглощения — это прямая радиация. Прямая радиация — наиболее интенсивная.

Солнечные модули производят электричество даже когда нет прямого солнечного света. Поэтому, даже при облачной погоде фотоэлектрическая система будет производить электричество. Однако, наилучшие условия для генерации электроэнергии будут при ярком солнце и при ориентации панелей перпендикулярно солнечному свету. Для местностей северного полушария панели должны быть ориентированы на юг, для стран южного полушария — на север.

Влияние различных световых условий на выработку фотоэлектрических модулей (в % от полной мощности)

 

Условие

% от «полного» солнца

Яркое солнце — панели расположены перпендикулярно солнечным лучам

100%

Легкая облачность

60-80%

Пасмурная погода

20-30%

За оконным стеклом, один слой, стекло и модуль перпендикулярны солнечным лучам

91%

За оконным стеклом, 2 слоя, стекло и модуль перпендикулярны солнечным лучам

84%

За оконным стеклом, один слой, стекло и модуль под углом 45° солнечным лучам

64%

Искуственный свет в офисе, на поверхности письменного стола

0.4%

Искуственный свет внутри яркого помещения (например, магазин)

1.3%

Искуственный свет внутри жилого помещения

0.2%

Солнце двигается по небу с вотока на запад. Положение Солнца на небосклоне определяется 2-мя координатами — склонением и азимутом. Склонение — это угол между линией, соединяющей наблюдателя и Солнце, и горизонтальной поверхностью. Азимут — это угол между направлением на Солнце и направлением на юг (см рисунок справа).

Следует также учитывать, что направление на магнитный юг (т.е. по компасу) не всегда совпадает с направлением на настоящий юг. Существуют истинный и магнитный полюсы, не совпадающие между собой. Соответственно этому есть истинный и магнитный меридианы. И от того и от другого можно отсчитывать направление на нужный предмет. В одном случае мы будем иметь дело с истинным азимутом, в другом — с магнитным. Истинный азимут — это угол между истинным (географическим) меридианом и направлением на данный предмет. Магнитный азимут —угол между магнитным меридианом и направлением на данный предмет. Понятно, что истинный и магнитный азимуты отличаются на ту же самую величину, на которую магнитный меридиан отличается от истинного. Эта величина называется магнитным склонением. Если стрелка компаса отклоняется от истинного меридиана к востоку, магнитное склонение называют восточным, если стрелка отклоняется к западу, склонение называют западным. Восточное склонение часто обозначают знаком «+» (плюс), западное — знаком «—» (минус). Величина магнитного склонения неодинакова в различной местности. Так, для Московской области склонение составляет +7, +8°, а вообще на территории России оно меняется в более значительных пределах.

См. также «как вычислить истинный азимут по склонению и магнитному азимуту».

На практике, солнечные панели должны быть ориентированы под определенным углом к горизонтальной поверхности. Около экватора солнечные панели должны располагаться под очень маленьким углом (почти горизонтально), для того, чтобы дождь смывал пыль и грязь с фотоэлектрических модулей.

Небольшие отклонения от этой ориентации не играют существенной роли, потому что в течение дня солнце двигается по небу с востока на запад.

Пример

Доля производства энергии фотоэлектрической системой при наклоне 45 градусов, для широты местности 52 градуса северной широты.

запад

юго-запад

юг

юго-восток

восток

78%

94%

97%

94%

78%

Выработка максимальна (100%) когда панели расположены под углом 36 градусов и ориентированы на юг. Как видно из таблицы, разница между направлениями на юг, юго-восток и юго-запад незначительна.

 

Солнечные панели наиболее эффективно работают, когда они направлены на солнце и их поверхность перпендикулярна солнечным лучам. Солнечные панели обычно располагаются на крыше или поддерживающей конструкции в фиксированном положении и не могут следить за положением солнца в течение дня. Поэтому, обычно солнечные панели не находятся под оптимальным углом (90 градусов) в течение всего дня. Угол между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью обычно называют углом наклона.

Вследствие движения Земли вокруг Солнца, имеют место также сезонные вариации. Зимой солнце не достигает того же угла, как летом. В идеале, солнечные панели дожны располагаться летом более горизонтально, чем зимой. Поэтому угол наклона для работы летом выбирается меньше, чем для работы зимой. Если нет возможности менять угол наклона дважды в год, то панели должны располагаться по оптимальным углом, значение которого лежит где-то посередине междну оптимальными углами для лета и зимы. Для каждой широты есть свой оптимальный угол наклона панелей. Только для местностей около экватора солнечные панели должны располагаться горизонтально.

Обычно принимается для весны и осени оптимальный угол наклона равным значению широты местности. Для зимы к этому значению прибавляется 10-15 градусов, а летом от этого значения отнимается 10-15 градусов. Поэтому обычно рекомендуется менять дважды в год угол наклона с «летнего» на «зимний». Если такой возможности нет, то угол наклона выбирается примерно равным широте местности.

1.солнце зимой
2.солнце летом

Оптимальный угол наклона зимой и летом

Небольшие отклонения до 5 градусов от этого оптимума оказывают незначительный эффект на производительность модулей. Различие в погодных условиях более влияет на выработку электричества. Для автономных систем оптимальный угол наклона зависит от месячного графика нагрузки, т.е. если в данном месяце потребляется больше энергии, то угол наклона нужно выбирать оптимальным именно для этого месяца. Также, нужно учитывать, какое есть затенение в течение дня. Например, если с восточной стороны у вас дерево, а с западной все чисто, то, скорее всего, имеет смысл сместить ориентацию с точного юга на юго-запад.

Потери выработки вследствие отражения
(в процентах к перпендикулярному направлению на модуль)
 

Угол падения лучей света

Потери

9

1.2%

18

4.9%

40

19.0%

45

29.0%

Пример

Оптимальный угол наклона для широты 52 градуса (северной широты) для соединенных с сетью систем составляет 36 градусов. Однако, для автономной системы с примерно равной потребностью в энергии в течение года, оптимальный угол наклона будет составлять около 65-70 градусов.

uekvarma.ru

Оптимальный угол наклона солнечных батарей

Продуктивность автономной солнечной электростанции зависит от правильности установки ее элементов. Один из таких – солнечная панель.

Немаловажным фактором является наклон, под которым устраивают фотоэлектрические панели. Солнечная батарея должна наклоняться под определенным углом. Но этот угол не может быть всегда одинаковым. Положение панелей должно меняться в зависимости от особенностей климата (количества солнечных дней в году), времени года, суток, погоды.

Есть и постоянные факторы, влияющие на угол наклона панелей, – географическая широта, место монтажа, период использования (если батарея работает не круглый год). Их тоже необходимо учитывать при установке солнечной энергосистемы, чтобы попытаться «выжать» максимум энергии из того, что предлагает вам бесплатный возобновляемый ресурс – солнце.

И если вмешаться в физические процессы устройств системы не представляется возможным, то на эффективность ее работы можно повлиять напрямую при помощи определенных знаний и простых человеческих усилий.

Нельзя увеличить КПД фотоэлементов, поскольку способность синтезировать ток из энергии солнечных лучей заложена в них производителем в определенной степени. Но человеку под силу создать наилучше условия для работы панелей.

Ориентир для выбора угла наклона панелей

Наиболее комфортная среда для эффективной выработки энергии солнечной панели – когда луч бьет прямо перпендикулярно с ясного неба. Хотя и облачность для солнца не такая уж существенная преграда. Лучи проникают даже сквозь облака. И задача владельца автономной системы состоит в том, чтобы обеспечить панелям положение максимальной производительности.

Главный ориентир в этом случае, безусловно, солнце. Его положение определяет не только время суток, но и сезон. Зимой и летом Солнце находится под разным наклоном относительно Земли. В летнее время лучи бьют по поверхности прямо, зимой – несколько горизонтально. Но и в межсезонье Солнце наклоняется относительно Земли под другим определенным углом.

При установке фотоэлектрических панелей необходимо ориентироваться хотя бы на сезонность лето/зима. Оптимальный для летнего времени года угол наклона – 30-40 градусов, для зимнего периода – 70 и более градусов. Нельзя не взять во внимание еще и такие параметры, как широта местности. Как определить угол наклона для местности с определенной географической широтой, смотрите в таблице.

Географическая широта

Угол наклона

0°-15°

15°

15°-25°

Равняется значению широты

25°-30°

+5°

30°-35°

+10°

35°-40°

+15°

Более 40°

+20°

При установке фотоэлектрических панелей под определенным наклоном необходимо учитывать и то, сколько потребуется энергии в определенном месяце. Если электричество будет потребляться в больших количествах, необходимо подобрать такой угол наклона, который обеспечит нужное количество энергии.

К примеру, в летний период энергии требуется меньше – дома не отапливаются, и мощные нагревательные приборы используются реже. Соответственно, угол наклона панелей может быть уменьшен. Зимой и в межсезонье количество потребителей резко возрастает. Поэтому есть смысл увеличить угол наклона панелей в сторону оптимального значения 90 градусов.

В использовании солнечной батареи важен не только выбор модулей, но также их правильная установка. Положение панелей в частных домах и на дачах регулируют чаще всего вручную. Ведь для автоматической регулировки необходимо приобретать специальную конструкцию.

Использование солнечной батареи исключительно в определенное время года существенно сокращает частоту необходимой регулировки фотоэлектрических модулей. Тем не менее, в любом случае, отхождение от нормы 90 градусов (оптимальный угол падения солнечных лучей на поверхность панелей) чревато снижением выработки электроэнергии автономной системой.

Способы установки

Итак, монтировать солнечные панели можно тремя известными способами.

Неподвижная поверхность

На неподвижную поверхность – кровля, стены, фундамент, площадка возле дома. При этом панели можно сделать подвижными, изготовив самодельную конструкцию и закрепив модули с фотоэлементами таким образом, чтобы площадку крепления можно было поворачивать вручную.

Для изготовления самодельных конструкций применяют алюминиевые или железные профильные трубы. Чтобы такие изделия оказались стойкими и не падали под воздействием ветра, их закрепляют на бетонном фундаменте или креплениях из нержавеющей стали.

Трекеры

Это специальные конструкции с вращающимися осями. Оси могут вращаться в одной или двух плоскостях. Для изготовления трекеров применяют профиль из стали или алюминия.

Мобильные установки

Существуют также мобильные установки. Их главное преимущество – возможность транспортировки, небольшой вес. Мобильные конструкции можно сворачивать и разворачивать при необходимости. Такие установки могут быть, как трекеры, оснащены механизмом слежения за направлением солнечных лучей. Однако большой мощности от мобильных конструкций ожидать не стоит. Данный показатель ограничен небольшими габаритами и весом установки.

Самое оптимальное положение модуля – это положение, при котором солнечный луч падает на его поверхность под углом 90 градусов. Однако не всегда удается добиться такого эффекта. Постоянное положение панелей под углом 90 градусов к направлению солнца обеспечивают только дорогостоящие трекеры, которые имеют большой вес, требуют много дополнительного пространства и сами по себе тоже потребляют энергию. Такие поворотные конструкции следят за солнцем и обращают модули в нужную сторону под нужным углом автоматически.

Не каждый владелец частного дома, коттеджа или дачи может позволить себе покупку и содержание трекера. Поэтому основными местами монтажа солнечной батареи являются неподвижные конструкции.

При круглогодичном использовании солнечной батареи, когда фотомодули закреплены на статическую поверхность, избирают угол, средний по значению. То же самое делают, если используют автономную систему сезонно. Фотоэлектрические панели должны быть прочно закреплены и ориентированы на солнце.

Чем чаще происходит регулировка угла наклона фотоэлектрических модулей, тем эффективнее выработка энергии от солнечных лучей. Проще говоря, чем ближе угол между направлением солнца и рабочей поверхностью, тем быстрее аккумулятор накапливает нужный объем электрического тока.

Если вы не можете позволить себе постоянно регулировать положение панелей, направьте их в южную сторону и зафиксируйте под углом наклона с несущественными отклонениями по азимуту.

С использованием специального вращающегося трекера выработка энергии всегда будет 100%. Если не регулировать положение панелей, а просто выбрать оптимальное значение угла, производительность батареи составит 71%. При регулировке 2 раза в год эффективность будет примерно равна 75%. При регулировке 4 раза в год – 76%.

Установлено, что если регулировать наклон дважды в год, оптимальными датами для изменения положения панелей является 30 марта и 12 сентября. Для 4-разового регулирования наклона подходят даты 5 марта, 18 апреля, 24 августа и 7 октября.

Обратите внимание! Панели не должны затенять друг друга при изменении направления солнца. При установке высчитывайте расстояние между ними.

Расчеты угла наклона и эффективности работы панелей

Рассчитать оптимальное значение угла наклона можно следующими способами:

  1. Умножьте широту на 0,87. Такой расчет подойдет для широты до 25 градусов.

  2. Умножьте широту на 0,76 и прибавьте 3,1. Так вы получите оптимальное значение угла для местности с географической широтой 25-50 градусов.

Если солнечные панели вы уже установили, и сделали это без учета ориентира и определения угла наклона, то вы всегда можете оценить эффективность их работы и примерно высчитать возможные потери энергии. Для этого определите угол между перпендикулярно расположенным ориентиром модулей и линией направления на солнце. Затем примените формулу:

tan (|90-х|) / sin (|90-х|), где х – значение полученного угла.

Чтобы получить процент получаемой мощности, поделите 1 на полученное в расчетах значение.

Выполнить наиболее точные и правильные расчеты вам поможет только специалист. Если у вас возникнут вопросы или проблемы с выбором угла наклона солнечных панелей в Краснодаре и Краснодарском крае, обращайтесь, мы проконсультируем вас и окажем квалифицированную помощь в установке.

nsia-energy.ru

Выбор оптимального угла наклона солнечных панелей

Сегодня в интернете можно найти очень большое количество статей с рекомендациями по выбору угла наклона солнечных панелей при установке солнечной энергосистемы. Как правило, установщики, пользуясь географическими данными объекта, устанавливают панели под «оптимальным» углом для данного региона, а потом возмущённый клиент начинает кричать на весь мир, что солнечная энергетика- это фуфло и развод. Подходя к вопросу выбора угла наклона и места установки панелей в первую очередь необходимо руководствоваться потребностями клиента и возможностями места для установки. Решение этого вопроса требует наличия приличного багажа знаний и практического опыта в этой области. Только настоящий профессионал способен провести глубокий анализ ситуации и выбрать оптимальное решение, которое не разочарует клиента.

Ну, впрочем, давайте по порядку. Немного теории, которая лежит в основе подобных проектов.

Угол попадания солнечных лучей на поверхность панелей достаточно сильно влияет на коэффициент отражения, следовательно, на долю не воспринятой солнечной энергии. Пример: для стекла при отклонении угла падения от перпендикуляра к его поверхности до 30°, коэффициент отражения почти не изменяется и составляет меньше 5%, то есть больше 95% излучения, которое попадает на поверхность, проходит внутрь. Дальше рост отражение более заметный: к 60° доля отраженного излучения увеличивается практически вдвое – до 10% и т.д.

Эффективная площадь панели является более важным фактором. Эффективная площадь равна реальной площади панели, умноженная на синус угла между плоскостью и направлением потока. Поэтому, если панель перпендикулярна потоку, то ее эффективная площадь такая же, как и реальная. Если поток отклонить на 60°, то площадь составляет половину реальной площади. Если же поток параллельный панели, то эффективная площадь приравнивается нулю. В результате видно, что отклонение потока от перпендикуляра к панели не просто увеличивает отражение, но и может снижать эффективную площадь, обуславливая снижение выработки такой энергии.

Наиболее эффективной является постоянная ориентация панели перпендикулярно к потоку солнечных лучей. Для этого потребуется изменение панели в двух плоскостях, потому что направление Солнца зависит от времени суток и сезона. Конечно, данная система технически возможна, но является достаточно сложной, поэтому дорогая и не очень надежная.

Производительность энергии фотоэлектрической системы, в зависимости от монтажной конструкции.

Как известно, при углах падения лучей до 30°, коэффициент отражения на поверхности стекла минимальный и не изменяется, на протяжении всего года угол максимального подъема солнца над горизонтом отклоняется на 23°. Даже при отклонении угла от перпендикуляра на 23° эффективная площадь панели остается достаточно объемной, не меньше 92% от ее реальной площади. Поэтому следует ориентироваться на среднегодовую высоту максимального подъема Солнца, а также ограничиться вращением в одной плоскости без потери эффективности – вокруг полярной оси Земли, скоростью 1 оборот в сутки. Относительно горизонтали угол наклона вращения панели приравнивается к географической широте месторасположения объекта. Например, Москва находится на широте 56°, следовательно, ось вращения панели должна быть наклонена на север на 56° относительно поверхности. Организовать на практике такое вращение достаточно просто, но для вращения без препятствий необходимо достаточно много места. Также нужно организовать скользящее соединение, которое позволит отводить от вращающей панели всю полученную энергию, или же ограничиться гибкими коммуникациями с фиксированным соединением, но при этом необходимо автоматизировать возврат панели на исходное положение в ночное время. Иначе избежать перекручивания и обрыва отводящих коммуникаций энергию не получится. Такие решения достаточно повышают уровень сложности и снижают надежность и эффективность системы. А при возрастании мощности панели усложняются технические проблемы в геометрической прогрессии.

Исходя из вышесказанного, панели индивидуальных солнечных установок в основном монтируются в неподвижном состоянии, это обеспечит покупателю достаточно низкую цену и высокий уровень надежности такой установки. Но и здесь необходимо правильно выбрать угол наклона и размещения панели. Ниже приведен график восприятия солнечной энергии на примере Москвы.

Восприятие солнечной энергии панелями различной ориентации в Москве

Оранжевая линия показывает результаты отслеживания вращение Солнца вокруг полярной оси.

Синяя линия – неподвижная горизонтальная панель.

Зеленая линия – неподвижная вертикальная панель, направленная на юг.

Красная линия – неподвижная панель, направленная на юг под углом 40° к горизонту.

Проанализируем диаграммы инсоляции для разных углов установки панели. Не секрет, что панель, которая вращается вслед за Солнцем, является самой эффективной (оранжевая линия). Но даже в длинные летние дни эффективность такой панели под оптимальным углом (красная линия) составляет всего 30%. Но в такие дни тепла и света достаточно много. А в период с октября по февраль преимущество поворачивающейся панели над неподвижной панелью минимальное и неощутимое. В такое время дополнением наклонной панели служит вертикальная панель, а не горизонтальная (зеленая линия). Таким образом, низкие лучи солнца зимой скользят по горизонтальной панели, и отлично воспринимаются перпендикулярной им вертикальной. Следует, что эффективность перпендикулярной панели в ноябре, декабре и феврале превосходит производство наклонной панели и практически не отличается от эффективности панели, которая вращается. А в марте и октябре продолжительность дня большая, чем зимой, поэтому вращающаяся панель превосходит все неподвижные панели, но их эффективность практически одинаковая. И только в период с апреля по август, когда дни наиболее длинные, горизонтальная панель считается наиболее эффективной, нежели вертикальная. В июне горизонтальная панель превосходит вертикальную. Такой факт очевиден, поскольку летний день в Москве длится более 17 часов, а в полусфере вертикальной панели Солнце может находиться не больше 12 часов, а остальные 5 часов Солнце находится позади неё. При учете угла падения не более 60°, доля отраженного света от поверхности панели стремительно растет, а эффективность площади уменьшается больше чем в 2 раза. Тогда время эффективного восприятия солнечного излучения панелью не более 8 часов, т.е. 50% от общей продолжительности дня. Так можно объяснить факт стабилизации производительности вертикальных панелей на протяжении всего периода длинных дней, которые начинаются в марте, а заканчиваются в сентябре. Рассмотрим январь, когда производительность панелей практически одинаковая. Январь в Москве всегда пасмурный, больше 90% солнечной энергии является рассеянным. Для такого излучения совсем не имеет значения ориентация панели. Но даже несколько солнечных дней в январе способны снизить производительность горизонтальной панели на 20%.

Какой же угол наклона выбрать?

Угол наклона зависит от того, когда Вам необходима солнечная энергия. Если Вы планируете использовать ее в теплое время года, то предпочтительнее выбирать оптимальный угол наклона - перпендикулярный к среднему положению Солнца в период осеннего и весеннего равноденствия. Такой угол на 10-15° меньше географической широты для Москвы и составляет 40-45°. Если такая энергия Вам необходима круглый год, тогда нужно использовать весь максимум в зимние месяцы. Значит необходимо ориентироваться на среднее положение Солнца между осенним и весенним равноденствием, а панели размещать ближе к вертикали, т.е. на 5-15° больше географической широты.

Если согласно архитектурным соображениям невозможно выставить панель под таким углом, значит, придется выбирать между углом наклона не больше 40° или устанавливать панель вертикально. В такой ситуации более предпочтительной является вертикальная установка панели. При такой установке не страшен недобор энергии в длинные солнечные дни, поскольку в этот период Солнца достаточно много, а необходимость производительности энергии обычно не очень велика, как в холодное время года. Конечно же угол наклона панели необходимо ориентировать на юг, но даже небольшое отклонение в 10-15° на восток или запад практически ничего не изменит, поэтому небольшое отклонение допустимо.

Размещение солнечных панелей горизонтально совсем себя не оправдало и не является эффективным. Кроме сильного снижения выработки энергии в осеннее-зимний период, на горизонтальных панелях постоянно скапливается пыль, снег, вода. А согласно инструкции по уходу за панелями, все это нужно убирать только вручную. Если панель выставить под углом больше 60°, то снег практически не задерживается на ней и панель очищается сама, а пыль отлично смывает дождь.

А теперь попробуем закрепить всё вышесказанное на конкретном примере.

Дано: небольшой дачный домик на участке 5 соток , двухскатная крыша 45град. восток-запад, свободного места нет вообще, проживание круглогодичное, проблема – немного не хватает выделенной мощности.

В данной ситуации необходимо достичь в первую очередь постоянства при поступлении солнечной энергии вне зависимости от времени года. Расположение панелей на крыше сразу отпадает – на 45 град. скате зимой будет подолгу задерживаться снег, сводя к нулю все попытки урвать редкие солнечные дни. На участке то же нет места, оптимальным в данной ситуации будет расположение панелей на южном фронтоне здания вертикально, это исключит заснеживание панелей и обеспечит более равномерное поступление энергии в течении года (зелёная линия на графике). Ну и для компенсации провалов по солнцу в ноябре, декабре, январе и феврале желательно дополнить систему небольшим ветрогенератором. Накопление энергии в этом случае будет неотъемлемой частью, желательно с запасом потребления на 2-3 суток. 

Напоследок хочется отметить, что любой грамотный проект основывается на следующих исходных данных:

  1. Четкие задачи и потребности клиента.
  2. Данные мониторинга существующего потребления.
  3. Подробное описание объекта (проект).

Если у Вас есть какие-либо вопросы по выбору комплектации или расчётам, звоните нашим специалистам, мы с удовольствием поможем Вам с выбором и комплектацией системы. 8-903-130-88-15.

romanov-motors.ru

Особенности размещения солнечных панелей

При выборе оптимальной ориентации солнечных панелей следует обратить внимание на практическое использование солнечных установок разных типов. На многочисленных сайтах, которые посвящаются солнечной энергии, данный вопрос не достаточно раскрыт, а незнание может привести к понижению эффективности панелей до самого низкого уровня.

Угол попадания солнечных лучей на поверхность панелей достаточно сильно влияет на коэффициент отражения, следовательно, на долю невоспринятой солнечной энергии. Пример: для стекла при отклонении угла падения от перпендикуляра к его поверхности до 30°, коэффициент отражения почти не изменяется и составляет меньше 5%, то есть больше 95% излучения, которое попадает на поверхность, проходит внутрь. Дальше рост отражение более заметный: к 60° доля отраженного излучения увеличивается практически вдвое – до 10% и т.д.

Эффективная площадь панели является более важным фактором. Эффективная площадь равна реальной площади панели, умноженная на синус угла между плоскостью и направлением потока. Поэтому, если панель перпендикулярна потоку, то ее эффективная площадь такая же, как и реальная. Если поток отклонить на 60°, то площадь составляет половину реальной площади. Если же поток параллельный панели, то эффективная площадь приравнивается нулю. В результате видно, что отклонение потока от перпендикуляра к панели не просто увеличивает отражение, но и может снижать эффективную площадь, обуславливая снижение выработки такой энергии.

Наиболее эффективной является постоянная ориентация панели перпендикулярно к потоку солнечных лучей. Для этого потребуется изменение панели в двух плоскостях, потому что направление Солнца зависит от времени суток и сезона. Конечно, данная система технически возможна, но является достаточно сложной, поэтому дорогая и не очень надежная.

Как известно, при углах падения лучей до 30°, коэффициент отражения на поверхности стекла минимальный и не изменяется, в на протяжении всего года угол максимального подъема солнца над горизонтом отклоняется на 23°. Даже при отклонении угла от перпендикуляра на 23° эффективная площадь панели остается достаточно объемной, не меньше 92% от ее реальной площади. Поэтому следует ориентироваться на среднегодовую высоту максимального подъема Солнца, а также ограничиться вращением в одной плоскости без потери эффективности – вокруг полярной оси Земли, скоростью 1 оборот в сутки. Относительно горизонтали угол наклона вращения панели приравнивается к географической широте месторасположения объекта. Например, Москва находится на широте 56°, следовательно, ось вращения панели должна быть наклонена на север на 56° относительно поверхности. Организовать на практике такое вращение достаточно просто, но для вращения без препятствий необходимо достаточно много места. Также нужно организовать скользящее соединение, которое позволит отводить от вращающей панели всю полученную энергию, или же ограничиться гибкими коммуникациями с фиксированным соединением, но при этом необходимо автоматизировать возврат панели на исходное положение в ночное время. Иначе избежать перекручивания и обрыва отводящих коммуникаций энергию не получится. Такие решения достаточно повышают уровень сложности и снижают надежность и эффективность системы. А при возрастании мощности панели усложняются технические проблемы в геометрической прогрессии.

Исходя из вышесказанного, панели индивидуальных солнечных установок в основном монтируются в неподвижном состоянии, это обеспечит покупателю достаточно низкую цену и высокий уровень надежности такой установки. Но и здесь необходимо правильно выбрать угол наклона и размещения панели. Ниже приведен график восприятия солнечной энергии на примере Москвы.


Восприятие солнечной энергии панелями различной ориентации в Москве

Оранжевая линия показывает результаты отслеживания вращение Солнца вокруг полярной оси.
Синяя линия – неподвижная горизонтальная панель.
Зеленая линия – неподвижная вертикальная панель, направленная на юг.
Красная линия – неподвижная панель, направленная на юг под углом 40° к горизонту.

Проанализируем диаграммы инсоляции для разных углов установки панели. Не секрет, что панель, которая вращается вслед за Солнцем, является самой эффективной (оранжевая линия). Но даже в длинные летние дни эффективность такой панели под оптимальным углом (красная линия) составляет всего 30%. Но в такие дни тепла и света достаточно много. А в период с октября по февраль преимущество поворачивающейся панели над неподвижной панелью минимальное и неощутимое. В такое время дополнением наклонной панели служит вертикальная панель, а не горизонтальная (зеленая линия). Таким образом, низкие лучи солнца зимой скользят по горизонтальной панели, и отлично воспринимаются перпендикулярной им вертикальной. Следует, что эффективность перпендикулярной панели в ноябре, декабре и феврале превосходит производство наклонной панели и практически не отличается от эффективности панели, которая вращается. А в марте и октябре продолжительность дня большая, чем зимой, поэтому вращающаяся панель превосходит все неподвижные панели, но их эффективность практически одинаковая. И только в период с апреля по август, когда дни наиболее длинные, горизонтальная панель считается наиболее эффективной, нежели вертикальная. В июне горизонтальная панель превосходит вертикальную. Такой факт очевиден, поскольку летний день в Москве длится более 17 часов, а в полусфере вертикальной панели Солнце может находиться не больше 12 часов, а остальные 5 часов Солнце находится позади неё. При учете угла падения не более 60°, доля отраженного света от поверхности панели стремительно растет, а эффективность площади уменьшается больше чем в 2 раза. Тогда время эффективного восприятия солнечного излучения панелью не более 8 часов, т.е. 50% от общей продолжительности дня. Так можно объяснить факт стабилизации производительности вертикальных панелей на протяжении всего периода длинных дней, которые начинаются в марте, а заканчиваются в сентябре. Рассмотрим январь, когда производительность панелей практически одинаковая. Январь в Москве всегда пасмурный, больше 90% солнечной энергии является рассеянным. Для такого излучения совсем не имеет значения ориентация панели. Но даже несколько солнечных дней в январе способны снизить производительность горизонтальной панели на 20%.

Какой же угол наклона выбрать?

Угол наклона зависит от того, когда Вам необходима солнечная энергия. Если Вы планируете использовать ее в теплое время года, то предпочтительнее выбирать оптимальный угол наклона - перпендикулярный к среднему положению Солнца в период осеннего и весеннего равноденствия. Такой угол на 10-15° меньше географической широты для Москвы и составляет 40-45°. Если такая энергия Вам необходима круглый год, тогда нужно использовать весь максимум в зимние месяцы. Значит необходимо ориентироваться на среднее положение Солнца между осенним и весенним равноденствием, а панели размещать ближе к вертикали, т.е. на 5-15° больше географической широты.

Если согласно архитектурным соображениям невозможно выставить панель под таким углом, значит, придется выбирать между углом наклона не больше 40° или устанавливать панель вертикально. В такой ситуации более предпочтительной является вертикальная установка панели. При такой установке не страшен недобор энергии в длинные солнечные дни, поскольку в этот период Солнца достаточно много, а необходимость производительности энергии обычно не очень велика, как в холодное время года. Конечно же угол наклона панели необходимо ориентировать на юг, но даже небольшое отклонение в 10-15° на восток или запад практически ничего не изменит, поэтому небольшое отклонение допустимо.

Размещение солнечных панелей горизонтально совсем себя не оправдало и не является эффективным. Кроме сильного снижения выработки энергии в осеннее-зимний период, на горизонтальных панелях постоянно скапливается пыль, снег, вода. А согласно инструкции по уходу за панелями, все это нужно убирать только вручную. Если панель выставить под углом больше 60°, то снег практически не задерживается на ней и панель очищается сама, а пыль отлично смывает дождь.

И еще один интересный факт – если стекло поверхности является рельефным, а не гладким, то оно сможет более эффективно улавливать боковой свет, а также передавать его на рабочие элементы солнечной панели. Самым эффективным является волнообразный рельеф, с выступами и впадинами с севера на юг, а для вертикальных панелей – сверху вниз. Рифленое стекло увеличивает выработку неподвижной панели на 5-10%.

arsolar.ru

Угол наклона солнечной батареи: рекомендации по установке

Угол наклона любой солнечной батареи имеет огромное значение для ее производительности. Дело в том, что эффективнее всего гелиопанели работают только тогда, когда их поверхность ориентирована перпендикулярно падающему солнечному потоку. Иными словами, когда батарея направлена прямо на солнце. В этом случае фотоячейки поглощают максимальное количество фотонов и вырабатывают максимальный фототок.

Чтобы добиться такого эффекта, панели закрепляют на рамах или опорных конструкциях под нужным углом. Однако такое крепление подразумевает жесткую фиксацию батареи. Это означает, что в течение дня угол ее ориентации относительно солнца меняется из-за движения последнего. Таким образом образуется некоторое отклонение от оптимальных 90°.

Более того, на ориентацию панелей сильно влияет и сезонное положение солнца. Ведь зимой оно не поднимается на ту же высоту, что и летом. Значит, оптимальное положение солнечной батареи зимой должно отличаться от летнего, оно должно быть более горизонтальным. Отсюда следует, что для летнего использования батареи надо устанавливать под меньшим углом наклона, чем зимой.

Зачастую нет возможности дважды в год менять положение солнечных панелей (например, при их жесткой фиксации на крыше). В этом случае приходится идти на компромисс и выбирать промежуточный угол наклона. Его величина лежит примерно посередине между «летним» и «зимним» значениями. Причем надо помнить, что оптимальные углы напрямую зависят от географической широты места, для каждого региона они свои.

Практические рекомендации

Как правило, оптимальный угол для весны или осени принимают равным широте места установки панелей. «Зимнее» значение должно быть больше этой величины на 10-15 единиц, «летнее» - соответственно, меньше на 10-15 единиц. По сути, расхождение достаточно велико, именно поэтому угол ориентации рекомендуется менять дважды в год. Если это нереально, панели выставляют под углом, равным широте местности.

На практике также вполне допустимы отклонения от этого значения, но не более ±5°. Дело в том, что такое отклонение достаточно незначительно, и на производительность фотомодулей почти не влияет. Гораздо большее влияние на выработку энергии оказывают погодные условия.

Кроме того, очень важно учесть тип всей гелиосистемы. Например, для автономных комплексов оптимальный наклон напрямую определяется месячной инсоляцией и графиком энергопотребления дома. Это означает, что если в какой-то месяц рабочая нагрузка возрастает, то наклон подбирается именно для погодно-солнечных условий этого месяца.

Важна и ориентация панелей по сторонам света. Причем не стоит точно следовать правилу «устанавливать батареи строго на юг» в ущерб реальным условиям. К примеру, если направление на юг частично или полностью затеняет дерево (или иной объект), то батареи лучше ориентировать со смещением, допустим, на юго-запад.

Менять угол наклона на летний вариант лучше в середине апреля, на осенний – в конце августа, на зимний – в начале октября, на весенний – в начале марта.

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%.

solarb.ru

Расчет угла и требуемой мощности солнечных панелей с учетом местной инсоляции

В предыдущем разделе мы рассказали об основных элементах домашней солнечной станции, режимах электроснабжения и расчете необходимой месячной производительности оборудования. Ниже пойдет речь, о том, как рассчитать угол наклона солнечных панелей и их количество, необходимое для покрытия потребностей всех электроприборов в доме.

После того, как приблизительный объем требующейся электроэнергии определен, нужно выяснить, каков потенциал инсоляции в вашей местности. Для этого вам надо получить информацию, касающуюся мощности излучения, светила в ту или иную погоду.

В ходе расчетов необходимо учесть угол, под которым будут расположены панели. Ведь от их поворота к Солнцу будет напрямую зависеть производительность системы. Обязательный минимум – расчет солнечных возможностей для двух случаев: при вертикальном и горизонтальном положении фотоэлектрических модулей. Если же вы хотите получить наиболее точное значение, то угол наклона следует представить в виде суммы географической широты, на которой вы находитесь, и 15°. Данный показатель не следует сознательно сокращать, ведь чем он будет больше, тем выработка панелей станет выше по той причине, что на них не начнет откладываться пыль или, допустим, снег.

На следующем этапе надо выяснить примерный уровень производительности солнечных батарей, т.е. посчитать, какое именно количество модулей потребуется для создания системы с заданной ранее мощностью. В подобной ситуации необходимо рассчитать данные для:

  • Самого холодного месяца в году. Как правило, им является январь;
  • Самого теплого месяца. Обычно это июль;
  • десяти месяцев, начиная с февраля и заканчивая ноябрем.

В момент произведения расчетов стандартной инсоляции вам надо будет взять какую-то определенную площадь. Оптимальное значение – 1 м², но оно приблизительное. Что касается номинальной мощности панели, то это основной параметр, заявленный производителем, который определяется при мощности освещения 1 кВт/м² с окружающей температурой 25°С.

Если учесть, что мощность излучения солнечных лучей является максимальной инсоляцией, то можно понять, что производительность панели относится к инсоляции площади в 1 м² так же, как мощность батареи к мощности излучения Солнца на поверхности нашей планеты при благоприятных погодных условиях. Таким образом, узнать уровень производительности за 30-дневный срок несложно. Для этого нужно умножить показатель инсоляции за месяц на значение, которое представлено соотношением мощностей максимальной инсоляции и панели.

Опираясь на информацию, приведенную выше, выводим следующую формулу для расчета выработки батареи:

Е (сб) = Е (инс) х Р (сб) х η/Р (инс)

Значения таковы:

Е (сб) – энергия, которую сможет выработать солнечная батарея;

Е (инс) – ежемесячная инсоляция площади в 1 м²;

Р (сб) – номинальная мощность панели;

η – коэффициент полезного действия инвертора, получаемый в момент преобразования слабого, но постоянного напряжения в постоянное. Данную величину можно исключить из расчетов, если вы допускаете возможность использования низковольтного напряжения;

Р (инс) – максимальный показатель мощности инсоляции площади в 1 м².

Помните о том, что использование этой формулы предполагает измерение инсоляции и выработки батареи в одинаковых единицах.

Значение месячной инсоляции требуется для оценки номинальной мощности панелей, которая нужна для того, чтобы была обеспечена месячная выработка. Формула такова:

Р (сб) = Р (инс) х Е (сб)/ (Е (инс) х η)

На упаковке, в которой поставляется солнечная батарея, не составит труда найти информацию о ее максимальной мощности. Отличительной чертой этого значения является то, что оно соответствует выходному напряжению, которое примерно на 15-40% превышает напряжение аккумуляторов. Бюджетные контроллеры заряда представлены огромным количеством моделей, которые отличаются друг от друга в зависимости от устройства. В одних предусмотрено прямое подключение нагрузки, что приводит к постепенному снижению выходного напряжения панелей. В других схема такова, что упомянутые ранее 15-40% сокращаются автоматически.

В связи с этим при расчете КПД необходимо учитывать данные потери, т.е. полученный результат следует уменьшить примерно на 10-15%. Одновременно с этим не стоит забывать о том, что модельный ряд контроллеров весьма разнообразен, поэтому не исключено, что в системе будет установлена модель с удержанием потерь в районе 2-5%.

В следующем разделе рассказывается о том, как подобрать комплект оборудования автономной солнечной электростанции для дома: как выбрать инвертор, батареи и контроллер.

А ниже представлено видео, как влияет угол наклона солнечных батарей на их эффективность зимой и летом:

Читайте также: Как увеличить эффективность солнечной батареи на 17% придумала Тайваньская фирма

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Loading...

ecotechnica.com.ua

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о