Обычно солнечные панели домашних электростанций закреплены на крыше дома в неподвижном положении. Часто при установке руководствуются только одним принципом: расположить панель на солнечной стороне, а не теневой. Понятно, что батареи должны находиться со стороны максимально долгого пребывания солнца, однако есть определенные углы, при которых производительность электростанции будет максимальной.
Если же посмотреть на работу солнечных электростанций, вырабатывающих электроэнергию в промышленных масштабах, их панели часто подвижны, поворачиваются вслед за движением солнца, словно головки цветов-подсолнухов. Зачем это сделано и почему столь разный подход?
При каком угле наклона к лучам солнца солнечная панель наиболее эффективна
Принцип работы солнечных батарей подразумевает, что наибольшей эффективности можно добиться при перпендикулярном падении лучей солнца на поверхность панели. При таких условиях можно получить максимальную инсоляцию – степень облучения поверхности. С теорией все понятно, но как узнать, под каким углом падают лучи?
Прежде всего угол падения лучей солнца на землю зависит от положения населенного пункта на поверхности земного шара. На экваторе он близок к 90 градусам. Чем ближе к полюсам, тем больше меняется угол. Значения будут одинаковыми для населенных пунктов, расположенных на одной и той же широте.
Расчет угла падения лучей солнца в конкретном населенном пункте достаточно трудоемкий, да и не нужный. Обычно его принимают равным широте. То есть, например, Москва находится на 55 широте, следовательно, угол наклона – 55 градусов.
При покупке солнечной станции в специализированной компании можно заказать монтаж, для которого все необходимые сведения рассчитают профессионалы. Для самостоятельной установки эту информацию также предоставят.
Если по вертикали определить угол установки достаточно просто, то угол по горизонтали часто задается только положением крыши дома. Если скаты крыши дома расположены с южной и северной стороны, то проблем не возникает. Если же с западной и восточной, то производительность солнечной станции резко снизится. В такой ситуации часто приходиться размещать панели на специально смонтированной стойке, ориентированной на юг. Стойки делают и на плоской кровле. Во-первых, так увеличивается инсоляция. Во-вторых, меньше риска затенения панелей из-за осадков, попадания посторонних предметов, например, листьев деревьев.
Потери энергии из-за неправильной установки солнечных панелей
Выдержать идеальные параметры установки солнечных батарей не всегда удается из-за конструктивных особенностей крыши дома или расположения здания. Тогда производительность солнечной станции оказывается ниже, чем заявленная в паспорте. Потери производительности в зависимости от ориентации на сторону света составят:
- на юго-восток или юго-запад – порядка 5%;
- на запад или восток – 20-23%;
- на северо-восток или северо-запад – 40-50%;
- на север – 70%.
Отклонение от требуемого угла наклона до 5% может считаться погрешностью и особых потерь не вызовет. Однако при увеличении отклонения до 10 градусов потеря энергии станет приблизительно равной 1%, до 20 градусов – 5%, а при 40 градусах – 20%.
Почему солнечные панели для дома устанавливают неподвижно
Чтобы следовать за движением солнца круглый год, солнечные панели должны двигаться вокруг своей оси в двух направлениях: вверх-вниз и вправо-влево. Положение солнца зависит от локации, времени суток и конкретной даты. Зимой оно находится значительно ниже, чем летом.
Настраивать панели вручную, постоянно отслеживая движение солнца, невозможно. Заниматься этим должен компьютер и специальная система управления панелями. Ее покупка и установка для небольшой домашней электростанции пока нерентабельна из-за высокой стоимости – она удорожает станцию минимум на 40%. Цена солнечной электростанции без того высокая.
Разработки ученых и производственных предприятий не стоят на месте, поэтому, возможно, уже через несколько лет управляемые солнечные панели станут обычными на частном рынке. Пока панели-подсолнухи двигаются вслед за солнцем в основном на крупных коммерческих электростанциях.
Как повысить эффективность солнечных батарей стационарных систем
Если солнечные панели закреплены и не способны двигаться сами, дважды в год можно подкорректировать их ориентацию, оптимизировав положение под зимний и летний сезон. Достаточно летом уменьшать угол наклона на 10-15 градусов относительно показателя широты, а зимой – увеличивать. Если опять взять в пример Москву, то зимой угол должен быть 65-70 градусов, а летом – 45-60.
Монтаж в положение «по-зимнему» или «по-летнему» можно приурочить к дням весеннего и осеннего равноденствия: 21 марта и 23 сентября. В эти дни день равен ночи, а потом начинает пребывать или убывать.
Если изменять положение солнечных панелей не получается, и предполагается круглогодичное использование электростанции, лучше сразу выбрать промежуточное положение между зимним и летним, то есть четко установить градус, заданный широтой. Летом инсоляции и так достаточно, потери из-за отклонения от оптимального угла будут небольшими, зато зимой разница станет ощутимой, а осенью и весной угол наклона будет оптимальным.