Расчет угла для солнечных панелей

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

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.

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.

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.

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.

Источник

Расчет угла для солнечных панелей

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) – 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:

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Источник