Правильное положение солнечных батарей летом и зимой
Чтобы выработка электричества была максимальной, необходимо правильно выбрать положение солнечных батарей относительно Солнца. Если подобрать угол неправильно, то КПД установки заметно снизится, а выработка электроэнергии будет идти по минимуму. Ниже мы узнаем, каким должно быть положение солнечных панелей зимой и летом, что следует учесть человеку при монтаже батарей.
На что влияет угол наклона батареи?
Выработка электричества панелями осуществляется за счет светового облучения. При этом чем выше будет плотность светового потока, тем выше будет выработка электроэнергии. На первый взгляд из этих слов можно сделать простой вывод — нужно располагать батареи под Солнцем строго перпендикулярно по уровню горизонта, чтобы получить максимальную мощность электростанции. Однако этот вывод будет справедлив только для… экватора!
Дело в том, что Земля имеет форму шара, поэтому в северных или южных широтах вдали от экватора Солнце будет проходить под углом, а чем северней или южней Вы живете, тем больше будет этот угол отклонения. Поэтому панели нужно будет наклонять, чтобы словить больше Солнца. Расчеты и эмпирические исследования показывают, что для компенсации энергопотерь нужно располагать панели под углом, который совпадает с географической широтой.
Начинающие электрики часто игнорируют это правило, располагая солнечные фотоэлементы просто на крыше дома без учета угла наклона. Чем это чревато:
- Из-за неправильного расположения батарей будет падать солнечное освещение фотоэлементов, поэтому выработка электричества будет пропорционально падать.
- Уровень падения будет сильно зависеть от текущего угла наклона с учетом сезонных факторов, а спрогнозировать уровень потерь будет достаточно сложно.
- Практика показывает, что из-за неправильного положения солнечных батарей уровень падения мощности в среднем составляет 20-40%, что является значимым показателем.
Обратите внимание!
При установке панелей нужно также правильно определиться с их ориентацией в зависимости от того, по какой траектории движется Солнце. Узнать эту траекторию можно путем прямых наблюдений либо у местных метеорологов.
Влияние снега на выработку электроэнергии
На количество вырабатываемого электричества также может повлиять пасмурная погода, поскольку тучи будут заслонять Солнце. А как же быть со снегом? Может ли налипший снег нарушать выработку электроэнергии? Ответ будет следующим:
- Комья снега могут налипать на поверхности фотоэлементов, что будет нарушать прохождение света. Как следствие — выработка электричества будет падать, а чем больше снега будет на панелях, тем выше будет падение выработки электроэнергии.
- Определенную проблему также представляют обильные снегопады — дешевые недорогие батареи могут выдерживать лишь небольшой уровень нагрузки. Поэтому перед выбором устройства лучше уточнить максимальный уровень нагрузки и прикинуть, сможет ли он выдержать зимние осадки.
- В силу двух предыдущих факторов рекомендуется очищать батареи от снега, чтобы нормализовать выработку электроэнергии и защитить их от деформации. Для удаления снега рекомендуется применять щетку с мягким ворсом. В случае большой электростанции следует купить щетку с длинной ручкой.
Рекомендации по установке солнечных панелей
В заключение давайте рассмотрим несколько советов относительно выбора угла наклона и монтажа панелей:
- Неподвижные подставочные платформы можно поставить на крыше дома (однако их нужно правильно закрепить, чтобы они не съезжали). А вот трекеры располагать на крышах не рекомендуется — в случае сильного ветра панели могут свалиться с них, что выведет устройство из строя.
- Если нет возможности купить трекеры, то можно сделать платформы с разными углами наклона: одни под «зимнюю выработку», другие — под «летнюю». Особенно полезен этот подход в северных регионах, где падение выработки электричества зимой особенно критично.
Заключение
В заключение хотим добавить, что многие продавцы панелей часто предлагают услуги по расчету оптимального угла наклона за небольшую доплату. В подобных услугах зачастую нет большой практической пользы, поскольку можно самому посчитать эти углы на основании широты с учетом сезонных особенностей. Однако если есть лишние деньги, а подсчеты осуществляются на основании фоточувствительного оборудования, то в заказе такой услуги может быть практическая польза.
Схемы и способы подключения солнечных батарей: как правильно провести монтаж солнечной панели
Альтернативный источник энергии на базе солнечных батарей – отличный вариант для организации независимого энергоснабжения. Он обеспечит высокую энергетическую эффективность не только в знойные деньки, но и в пасмурную погоду. Было бы неплохо иметь такое устройство у себя дома, не так ли?
Для этого нужно лишь грамотно подобрать технические компоненты и произвести монтаж. Сделать это может каждый, зная схемы и способы подключения солнечных батарей. Мы расскажем, как сооружается производительная система, перерабатывающая «зеленую энергию» в электричество, необходимое для питания бытового оборудования.
Кроме того, вы узнаете, как выбрать место для установки гелиопанелей и как совместить их со стационарной электросетью. Полезные советы и важные рекомендации окажут действенную помощь домашним мастерам. Для упрощения восприятия приведены тематические фотографии, схемы и видеоролики.
Устройство солнечной батареи
Планируя выполнить подключение солнечных панелей собственноручно, необходимо иметь представление, из каких элементов состоит система.
Солнечные панели состоят из комплекта батарей на фотоэлектрических элементах, основное предназначение которых – преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Сила тока системы зависит от интенсивности света: чем ярче излучения, тем больший ток генерируется.
Галерея изображений
Солнечные батареи — составные части мини электростанции, способной частично снабдить электроэнергией частный дом
Использование солнечной энергии предоставит возможность сократить расходы на содержание автономных объектов и забыть о перерывах в поставке в регионах с нестабильно работающей электросетью
Количество солнечных батарей, объединяемых в мини-электростанцию, подбирают, исходя из решаемых задач и потребности в электроэнергии
В сооружении автономных солнечных электростанций используют панели из моно- и поликристаллических фотоэлектрических ячеек. Они отличаются производительностью и ценой
Для получения, хранения, распределения и поставки заряда к электроприборам солнечные панели снабжают аппаратурой
Аккумуляторы необходимы для накопления заряда, полученного в солнечное время, и расхода его в вечерние часы и пасмурные дни
Контроллеры нужны для поддержки постоянного напряжения на выходе перед подачей в приборы и для защиты технических устройств от перегрева
Инвертор в схеме с солнечными батареями требуется для преобразования постоянного тока в переменный, необходимый для питания бытового оборудования и оргтехники
Схема подключения солнечных батарей: к контроллеру, к аккумулятору и обслуживаемым системам
Автономные системы электроснабжения загородных объектов позволяют жить в комфорте даже вдалеке от централизованных коммуникаций. Нередко наряду с традиционными схемами используют альтернативные, основанные на использовании энергии солнца.
Чтобы гелиосистема функционировала правильно, необходима грамотно составленная схема подключения солнечных батарей. Потребуется комплект качественного оборудования, способный справляться с возложенными обязанностями.
Мы расскажем, как грамотно спланировать размещение компонентов мини-электростанции. Вы узнаете, как выбрать технические устройства для сборки системы и как их правильно подключить. С учетом наших советов вы сможете соорудить эффективно действующую установку.
Схема устройства солнечной электростанции
Рассмотрим, как устроена и работает гелиосистема для загородного дома. Главное ее назначение – преобразовать энергию солнца в электричество 220 В, которое является основным источником питания для домашних электроприборов.
Основные части, из которых состоит СЭС:
- Батареи (панели), преобразующие солнечное излучение в ток постоянного напряжения.
- Контроллер, регулирующий заряд АКБ.
- Блок аккумуляторных батарей.
- Инвертор, преобразующий напряжение АКБ в 220 В.
Конструкция батареи продумана таким образом, что позволяет оборудованию функционировать в различных погодных условиях, при температуре от -35ºС до +80ºС.
Выходит, что правильно установленные солнечные батареи будут работать с одинаковой производительностью и зимой, и летом, но при одном условии – в ясную погоду, когда солнце отдает максимальное количество тепла. В пасмурную эффективность работы резко снижается.
Эффективность СЭС в средних широтах велика, но не настолько, чтобы полностью обеспечивать электричеством большие дома. Чаще гелиосистема рассматривается как дополнительный или резервный источник электроэнергии
Вес одной батареи на 300 Вт равен 20 кг. Чаще всего панели монтируют на крышу, фасад или специальные стойки, установленные рядом с домом. Необходимые условия: разворот плоскости в сторону солнца и оптимальный наклон (в среднем 45° к поверхности земли), обеспечивающий перпендикулярное падение солнечных лучей.
При возможности устанавливают трекер, отслеживающий движение солнца и регулирующий положение панелей.
Верхняя плоскость батарей защищена закаленным противоударным стеклом, которое легко выдерживает удары града или тяжелые снежные наносы. Однако необходимо следить за целостностью покрытия, иначе поврежденные кремниевые пластины (фотоэлементы) перестанут работать
Контроллер выполняет насколько функций. Кроме основной – автоматической регулировки заряда АКБ, контроллер регулирует подачу энергии от солнечных батарей, предохраняя тем самым аккумулятор от полной разрядки.
При полном заряде контроллер автоматически отключает АКБ от системы. Современные устройства оборудованы панелью управления с дисплеем, показывающим напряжение батарей.
Для самодельных гелиосистем лучшим выбором являются гелевые аккумуляторы, отличающиеся сроком бесперебойного функционирования 10-12 лет. После 10-летней работы их емкость уменьшается примерно на 15-25 %. Это необслуживаемые и абсолютно безопасные устройства, не выделяющие вредных веществ.
Зимой или в пасмурную погоду панели также продолжают работать (если их регулярно очищать от снега), но выработка энергии снижается в 5-10 раз
Задача инвертеров — преобразовывать постоянное напряжение от АКБ в переменное напряжение 220 В. Они отличаются такими техническими характеристиками, как мощность и качество получаемого напряжения. Синусовое оборудование способно обслуживать наиболее «капризные» к качеству тока приборы – компрессоры, бытовую электронику.
Обзор бытовой СЭС:
Галерея изображений
Подсчитано, что на 1м² поверхности планеты падает примерно1кВт солнечной энергии, а 1м² батареи на фотоэлементах преобразует около 160-200 Вт. Следовательно, КПД равняется 16-20%. При правильном устройстве этого вполне хватает, чтобы снабдить электричеством все маломощные приборы в доме
Контроллер показывает заряд батарей в процентном обозначении. Если 24-вольтовое оборудование демонстрирует заряд аккумуляторов в 27 В, значит они заполнены на все на 100%
Пара мощных гелевых аккумуляторов 200 А-ч с (показатель мощности 4,8 кВт). Это сутки работы электроприборов при безостановочном потреблении 180-200 Вт. Накопители энергии морозоустойчивы, то есть их можно устанавливать на чердаке, а так как безопасны – то и рядом с жилыми помещениями
На цифровом дисплее инвертора обычно показаны два параметра: потребляемая мощность и общее напряжение энергосистемы. Дополнительная опция зарядного устройства позволяет подключать электрогенератор и оперативно заряжать АКБ (если нет солнца)
Оптимальный угол установки солнечной батареи для максимальной выработки энергии в северных широтах
Очень часто владельцы солнечных батарей задаются вопросом — а под каким углом наклона их нужно устанавливать для того, чтобы получить максимальное количество энергии от солнечных панелей в нашем климате. У нас на сайте есть специальная статья по этому поводу — Угол наклона и направление солнечных батарей. В дополнение к этому материалу мы нашли статью об экспериментальном исследовании зависимости выработки энергии солнечными панелями в зависимости от угла их установки, которые были проведены в Канаде, в Северной Альберте. Широта местности (53-57 градусов с.ш.) примерно совпадает с широтой Москвы, климат также примерно такой же, поэтому можно использовать данные исследования при определении оптимального угла установки солнечных батарей.
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.
- 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.
До расчистки от снега
После очистки от снега
Выводы о влиянии угла наклона и снега
См. ниже ссылку на приложенный отчет с последними данными
Следующие выводы можно сделать по результатам обработки данных от солнечной батареи.
Влияние снега
Рекомендуем почитать по теме:
Руководство покупателя солнечных батарей
Основы фотоэнергетики
При повышении угла наклона повышается способность к естественной очистке от снега. При угле 90° снега на панелях нет в течение 99.5% зимы. При снижении угла наклона с 53° до 14° замечается увеличивающаяся разница в выработке энергии между очищенными и неочищенными от снега модулями.
Стоит ли чистить от снега модули для повышения производительности солнечных панелей?
Испытательная СБ продемонстрировала, что очистка панелей дает прибавку в выработке энергии от 0.85% до 5.31% в зависимости от угла наклона.
Обычно владельцы соединенных с сетью систем не чистят модули в течение зимы. Это поведение зависит от типа системы; при наземном монтаже очищать СБ от снега легче, чем в случае с крышной солнечной батареей.
Владельцы автономных солнечных электростанций обычно чистят регулярно свои СБ от снега, однако это обычно решение, которое принимает владелец самостоятельно.
Каков оптимальный летний угол установки солнечной батареи?
- Угол наклона 27° показал максимальную производительность СБ в период с 1 апреля по 30 сентября
| Месяц | Оптимальный угол наклона(°) |
|---|---|
| Апрель | 45 |
| Май | 18 |
| Июнь | 18 |
| Июль | 18 |
| Август | 27 |
| Сентябрь | 53 |
Каков оптимальный зимний угол наклона?
- Угол наклона 53° показал максимальную производительность СБ в период с 1 октября по 31 марта при условии очистки снега
- Уголы наклона 90° и 53° показали максимальную производительность СБ в период с 1 апреля по 30 сентября без очистки снега.
| Месяц | Оптимальный угол наклона (°) |
|---|---|
| Октябрь | 53 |
| Ноябрь | 90 |
| Декабрь | 90 |
| Январь | 90 |
| Февраль | 53 |
| Март | 53 |
Каков оптимальный угол наклона для года?
- за год СБ с углом наклона 53° генерировала максимум энергии при условии очистки панелей от снега
- за год СБ с углом наклона 53° генерировала максимум энергии без очистки панелей от снега
В автономной системе с солнечными батареями лучше всего менять угол наклона 2 раза в год во время весеннего и осеннего равноденствия. Конечно, решение по регулярному изменению угла наклона СБ принимает владелец системы электроснабжения.
| Угол наклона (°) | Увеличение выработки при очистке от снега (%) |
|---|---|
| 14 | 5.28 |
| 18 | 5.31 |
| 27 | 4.14 |
| 45 | 1.99 |
| 53 | 1.63 |
Дополнительные факторы, которые надо учитывать:
- Опасность проведения работ зимой на крыше
- Во время теплых солнечных периодов зимой снег тает и слезает с панелей. Интенсивность этого процесса зависит от угла наклона панелей.
- Зимой в месяцы с максимальным снегом приход солнечной радиации минимальный, высота солнца над горизонтом также минимальная и света тоже меньше всего.
Предсказание производительности
Испытательная солнечная батарея NAIT показала разницу в производстве энергии в 17% в течение первой и второй зимы. Это показывает, что выработка энергии бывает существенно разной от года к году. Этот проект позволит получить более достоверные статистические данные по мере накопления истории наблюдений в последующие годы.
Показатели: Наиболее интересные цифры за 2013-2014
- Пиковая мощность одного модуля = 226 Вт
- Пиковая выработка энергии за один день одним модулем = 1.82 кВт*ч 27 мая при угле наклона 18°
- Пиковая месячная выработка энергии солнечной батареей = 442 кВт*ч в мае 2013
- Самая низкая температура за время наблюдений = -31°C 6 декабря 2013
- Самая высокая температура инвертора = 46°C 2 июля 2013
Для дополнительной информации см. приложенный отчет Northern Alberta Institute of Technology Solar Photovoltaic Reference Array Report – March 31, 2015. Project funded by NAIT and the City of Edmonton.
Reference: Northern Institute of Technology (Tim Matthews). (2014). Solar photovoltaic reference array report. Alternative Energy Program. Last update: August 18, 2015
Приложение:
Эта статья прочитана 40415 раз(а)!