Эксплуатация солнечных панелей зимой

Работа солнечных батарей зимой и способы увеличения их производительности

Солнечные панели уже давно прочно вошли в обиход многих потребителей, несмотря на то, что цена на них по-прежнему остается достаточно высокой. Однако такой экологически чистый альтернативный источник энергии является огромным достижением. Тем более, в последнее время появилось много усовершенствованных конструкций, производительность которых на порядок выше, чем у первых аккумуляторов. Многих интересует вопрос о том, можно ли использовать солнечные батареи зимой, как работают панели в условиях холода и насколько снижается их эффективность.

Свет, а не тепло

Первое, что следует понять — низкие температуры влияют по-разному на ту или иную гелиосистему. Многие люди полагают, что если на дворе стоит жаркое и солнечное лето, гелиоаккумуляторы работают максимально эффективно. Но такое мнение является ошибочным.

Для того чтобы преобразовывать энергию Солнца в электрическую, гелиосистема, прежде всего, нуждается в свете, а не в тепле. Кстати, чем выше температура воздуха, тем производительность панелей ниже, так как при нагреве всегда теряется определенное количество энергии.

Следовательно, оптимальные условия для высокой производительности панелей — яркое солнце, но прохладная погода, либо вообще низкий уровень температуры.

Безусловно, если стоит пасмурная погода, работа системы будет менее эффективной. Но если все части конструкции функционируют согласно определенным расчетам и техническим решениям, она всегда будет успевать подзаряжаться от Солнца в течение суток.

Когда Солнце располагается низко, панели получают меньше энергии. Ведь в таком случае атмосфера является для них более сложным препятствием, нежели во время высокого расположения светила над горизонтом. Поскольку зимой оно всегда находится низко, а сутки укорачиваются, количество энергии значительно уменьшается. Поэтому зимой так важен угол наклона панелей.

Солнечная батарея зимой значительно теряет свою производительность. Как правило, она становится от 2 до 8 раз меньше, в зависимости от того, в каком регионе располагается конструкция. Следовательно, солнечные батареи в Сибири (или другом холодном регионе) работать будут, но с меньшим результатом. Чтобы увеличить их эффективность, можно установить элементы, которые имеют максимальную площадь. Чем больше света собирает панель, тем больше электроэнергии для обогрева производит система.

Особенности работы в условиях холода

Если речь идет о фотоэлектрических элементах, энергию они производят и в зимнее время. Тот же вопрос можно отнести и к солнечным коллекторам. Одна из их основных задач — нагрев воды. Будут ли функционировать солнечные батареи зимой, как работают коллекторы в условиях холодов и морозов? Конечно, энергии мы получим гораздо меньше — по причине больших тепловых потерь как в самом коллекторе, так и в его трубах, которые обеспечивают его соединение с аккумуляторным баком. И если летом можно получить до 90% энергии, необходимой для горячего водоснабжения, зимой эта цифра падает до 25%.

При эксплуатации коллектора необходимо контролировать, чтобы трубки, через которые поступает жидкость, не замерзали. В действительности такой коллектор способен нагреть воду до +10-15°С и в мороз до минус 30°С, а дальнейшее нагревание уже делается с помощью других агрегатов.

При проживании в регионах с мягкой, но снежной зимой также нужно следить за тем, чтобы панели не было занесены снегом. В противном случае, они не смогут работать вообще.

Именно поэтому чаще всего их установка осуществляется только вертикально и на том месте, где присутствует сильный ветер. Небольшие объемы снега можно счищать обыкновенной щеткой.

В целях уменьшение теплопотерь аккумуляторные баки, соединенные с коллектором, рекомендуется устанавливать в теплом помещении. Таким образом, терять энергию система будет только в трубах, которые находятся снаружи. Важно иметь в виду, что они обязательно нуждаются в утеплителе. Это поможет сохранить еще больше тепла, поступающего в дом.

Оптимизация функций гелиосистем в зимнее время

Существует несколько способов, которые позволяют сделать работу гелиосистем более эффективной. Кроме того, предназначение некоторых из них — облегчить владельцу уход за панелями.

Например, канадские специалисты разработали специальный метод, действие которого основывается на силе ветра. Конструкция включает в себя четыре солнечные панели и специальное устройство, усиливающее поток воздуха. Такое изобретение получило название «эффекта Вентури». Принцип его работы заключается в том, что падающий снег просто сдувается с батарей сильным потоком воздуха . Однако если система установлена в зонах с отсутствием ветров, такой метод работать, к сожалению, не будет.

Оптимизация работы гелиосистем в разное время года включает в себя и изменение угла наклона солнечной панели или коллектора — в зависимости от высоты Солнца над горизонтом. Существуют разработки, благодаря которым имеется возможность менять наклон от 15 до 30 и от 30 до 70 градусов.

Также есть и эффективные системы слежения за Солнцем, работающие в течение дня и меняющие угол наклона элементов по мере изменения положения светила . Конечно, подобные конструкции стоят недешево, и возможность встроить их в уже имеющуюся систему есть не всегда.

Возможно ли полноценное обеспечение энергией и теплом зимой

Солнечные батареи не способны полностью обеспечить владельца энергией и теплом в холодное время года. Однако частично они могут помочь сэкономить расходы на электричество. Рассчитывать на полноценное электроснабжение с их помощью нельзя. Но они с лихвой могут окупить свою стоимость в течение ближайших десяти лет.

Кстати, на Дальнем востоке зимой уровень солнечной радиации значительно выше летнего, поэтому там возможна колоссальная экономия электричества при использовании солнечных аккумуляторов круглый год.

Итак, этот спорный, но во многом оправдывающий себя альтернативный источник энергии вполне может стать хорошим помощником в быту. Однако перед тем, как серьезно задуматься над приобретением солнечных панелей, следует изучить как специфику их работы в разное время года, так и особенности их устройства.

Источник

Эффективность солнечных батарей зимой

Солнечные батареи – это модуль со специальными фотоэлементами, при помощи которых происходит захват солнечного света и преобразование его в энергию. Срок службы солнечных панелей может достигать 50 лет, в результате чего вы сможете самостоятельно обеспечивать свой дом электроэнергией. Однако главный принцип работы панелей – это генерация тока под действием солнца. Что делать в зимнее время года? Как работает солнечная станция зимой и возможно ли получать достаточное количество электроэнергии?

Насколько эффективно использование солнечных батарей зимой

Солнечные батареи работают только при попадании на них солнечного света. В связи с тем, что продолжительность светового дня зимой сокращается и количество пасмурных дней больше, то панели уже не могут вырабатывать одинаковое количество энергии. В зависимости от региона продуктивность солнечных батарей может падать до 5 раз. Чем южнее находится ваше местоположение, тем менее ощутимой будет разница в количестве получаемой электроэнергии.

Для большего понимания возьмем стандартный набор электроприборов, которыми мы пользуемся изо дня в день – телевизор, холодильник, компьютер, две-три лампы. Летом на обеспечение этих потребностей требуется не более 1кВт электричества. Если посчитать, то это 4 батареи по 250 Вт. Для такой же задачи зимой потребуется либо увеличить количество панелей на 2 штуки или купить изначально более мощные, которые будут вырабатывать минимум 2 кВт. И то данное условие соблюдается только в случае соблюдения всех правил использования солнечной системы – она должна быть очищена от снега, грязи, пыли и соблюден угол наклона батарей. Если модули зимой засыпаны снегом, то электроэнергию они и вовсе не будут генерировать.

Принцип работы панелей

То, что солнечным батареям необходим для работы солнечный свет, это так, но вот многие ошибаются и считают, что летом они производят больше тока, чем в зимний день. Смысл эффективности батарей заключается в захватывании и преобразовании солнечного света, и какая температура на улице неважно. Наоборот, если они сильно перегреваются при высоких температурах свыше 25 градусов, то КПД снижается. Поэтому яркий солнечный день с низкой температурой – это идеальные условия для работы панелей, как раз-таки зимой.

Сразу хочется отметить, что в пасмурные дни, если через тучи проникают солнечные лучи, батареи тоже работают, однако эффективность их будет в разы меньше. Такие случаи, что система на протяжении всего дня вовсе не вырабатывает ток, встречаются крайне редко. Следует только учесть такой немаловажный фактор: зимой солнце всегда низко, а значит, лучи не попадают на панели перпендикулярно и преодолевают толщу атмосферного слоя, из-за чего много энергии рассеивается, в результате чего снова падает КПД.

Работа системы в зимнее время

В зимнее время солнечная система требует соблюдения определенных правил, которые смогут сохранить показатель эффективности на должном уровне. Итак, что нужно делать?

Зачем солнечной батарее нужен запас по напряжению

Аккумулятор является обязательной частью солнечной станции. В его функцию входит накапливание и сохранение выработанной энергии в течение дня или нескольких дней с целью использования ее в ночное время суток, в пасмурную погоду, в результате внутреннего сопротивления солнечного элемента. Запас по напряжению также требуется для обеспечения неснижаемого уровня зарядки аккумулятора – не менее 14,4В – и исключает риск просадки напряжения, когда модуль выдает максимальную мощность.

Еще один момент, который может создать проблемы в работе солнечной системы – это ток короткого замыкания. Этот процесс связан с ростом освещенности, особенно в пасмурную погоду или в зимнее время, а в результате отсутствия запаса напряжения это может привести к снижению мощности батареи и ухудшению качественных показателей аккумулятора, а в зимнее время как раз-таки риск подобной ситуации возникает наиболее часто. Чтобы обезопасить аккумулятор от полного разряда, необходимо подключить полупроводниковый диод с односторонней проводимостью. Он выполняет функцию проведения тока только в одном направлении – от солнечной батареи к аккумулирующему устройству.

Работа солнечных панелей зимой

Выбор контроллера

Чтобы в периоды слабой солнечной радиации использовать накопленную энергию, понадобится не только аккумулятор, но и контроллер. К качественным современным контролерам можно отнести 2 вида:

• PWM – с широтно-импульсной модуляцией.
• MPPT – со слежением за точкой максимальной мощности.

Первый вариант более простой и доступный. Это связано с его отдельными недоработками в системе, он недоиспользует излишнее напряжение, например, когда высокий показатель мощности у батареи и хорошее солнечное освещение. А вот второй вариант – MPPT контроллер – способен снизить излишнее напряжение даже при значительном повышении тока, сохраняя при этом мощность панели. То есть он выступает балансирующим звеном между батареей и аккумулятором. Он обеспечивает оптимальную нагрузку и тем самым исключает риски выхода системы из строя. С его помощью есть возможность получить максимальную мощность от панелей при ярком освещении, но в дни с низким показателем солнечной радиации преимущества MPPT-контроллера не реализуются.

Смена угла наклона в зависимости от сезона

Для того чтобы поддерживать максимальную эффективность в работе солнечных батарей, необходимо менять их угол наклона в зависимости от времени года – зимой он меньше, и лучи солнца уже не попадают на поверхность модулей перпендикулярно. Некоторые используют универсальные расчеты угла наклона на целый год (среднее значение между летом и зимой). При таком положении достигнуть наивысших показателей не получается, но можно поддержать необходимый объем выработки электроэнергии.

Если вы стараетесь следовать правилам и менять угол наклона, тогда с приходом зимы модули следует установить с углом 10-15 градусов. В районах с сильными снегопадами некоторым приходится устанавливать панели и вовсе вертикально, так как снег налипает на панели и не дает проникнуть солнечным лучам для генерации энергии. Независимо от того, часто выпадает снег или нет, вы должны постоянно следить за чистотой поверхности модулей, а вот вблизи расположения солнечных батарей его можно не счищать. Наоборот, снег будет охлаждать модули и тем самым не давать падать эффективности. Кроме того, окружающий панели снег обладает отражающим свойством, в результате чего модулями захватывается больше света и увеличивается производительность.

Какие солнечные батареи лучше работают зимой

Если оценить показатели панелей в разное время года, то лучше всего проявляют себя поликристаллические. Они способны выдавать большую эффективность при рассеянном свете и в пасмурную погоду, когда лучи пробираются сквозь облака. Это связано с их особым строением, а именно: кристаллы кремния ориентированы хаотично, то есть они, наоборот, в летние солнечные дни выдают на 2-3% эффективности меньше, а в зимнее время или пасмурную погоду больше, чем монокристаллические. Так же важно подобрать правильные крепления для солнечных панелей, которые позволят выбрать правильный угол наклона.

Идеальным вариантом панелей в любое время года являются модули, которые могут перерабатывать как инфракрасное излучение, так и ультрафиолетовое. Это отдельное перспективное направление в сфере солнечных батарей, которое пока еще не поставлено на конвейер и не доступно в массовом потреблении. Однако с каждым днем ведется работа, которая позволит в ближайшее время запустить в продажу такие виды модулей и получать высокий КПД даже в зимнее время.

Источник