Кут нахилу сонячних панелей – які значення можуть покращити генерацію електроенергії?

1. Чому важливі орієнтація та кут установки сонячних панелей
2. Як кут падіння сонячного світла впливає на ефективність панелей
3. Географічне розташування як ключовий фактор
4. Сезонні зміни сонячної активності
5. Який кут нахилу сонячних панелей вибрати
6. Як враховувати широту для базового розрахунку кута
7. Сезонне налаштування кута нахилу
8. Як налаштувати фіксовані панелі для роботи цілий рік
9. Як правильно встановити сонячні панелі
10. Альтернативні варіанти: динамічні системи та трекери
11. Поради для максимізації ефективності
12. Висновки

Кут нахилу безпосередньо впливає на те, як добре енергія Сонця перетворюється сонячними панелями на електричну. Неправильне встановлення веде до втрати 20-30% енергії на рік, якщо попередньо неправильно визначено кут нахилу сонячних панелей. Калькулятор для його розрахунку, формули та фактори, що впливають на монтаж та орієнтацію сонячних батарей на території України, докладно розглянемо далі.

Чому важливі орієнтація та кут установки сонячних панелей 

На роботу сонячних електростанцій впливає чимало чинників, які не залежать від людини. В основному це погодні умови та кількість сонячних днів на рік. Ефективно впливати можна на кут нахилу модулів та їхню орієнтацію у просторі. Продумане розташування сонячних панелей дає можливість суттєво покращити генерацію електрики.

Як кут падіння сонячного світла впливає на ефективність панелей

Виробництво електроенергії сонячними електростанціями залежить від кута інсоляції, тобто кута падіння сонячних променів на Землю.

S (площа батареї в м2) х Е (поверхнева щільність освітленості кВт/м2) х ККД х t (кількість сонячних днів) / 1000

Очевидно, що чим триваліша і вища інтенсивність сонячного освітлення, тим більше енергії дасть кожна панель. Через рух Землі навколо своєї осі та навколо Сонця кут інсоляції протягом року може змінюватись майже на 7%, а продуктивність сонячної електростанції – зменшуватись на 15-20% при неправильному розрахунку кута нахилу.

Географічне розташування як ключовий фактор

Кут нахилу сонячних панелей у Києві та по Україні відрізняється через різну інсоляцію – сумарну кількість сонячної радіації, що падає на горизонтальну поверхню в 1 м2 за рік.

Вибираючи, під яким кутом встановлювати сонячні панелі, слід розуміти, що на їхню продуктивність, крім широти та кута інсоляції, впливає клімат. Не зважаючи на те, що Київ на 2° на північ від Івано-Франківська, столиця сонячніша. А в Ужгороді завдяки гірським масивам похмурих днів менше, ніж у Чернівцях, які лежать південніше.

Якщо взяти той самий кут нахилу в Кропивницькому та Ужгороді, розташованих на одній широті 48°, за рік роботи панелі у Кропивницькому зможуть згенерувати на 10-12% електрики більше.

Сезонні зміни сонячної активності

Через зміну сезонного нахилу сонячних променів для України оптимальний кут установки сонячних панелей складає:

• кут нахилу панелей взимку 70°;

• кут нахилу панелей ранньою весною або пізньою осінню 50°;

• кут нахилу панелей влітку 30°.

Якщо панелі встановлені на даху або стіні будівлі, і конструкція нерухома, для кращої генерації варто вибирати кут між 70 і 30°.

Який кут нахилу сонячних панелей вибрати?

Оптимальне значення розраховується на підставі:

• географічної широти;

• сезону;

• наявності перешкод чи тіні.

На розрахунок також впливає встановлення панелей – наземне або на даху, в один або кілька рядів.

Як враховувати широту для базового розрахунку кута

Базовий розрахунок кута встановлення сонячних панелей проводиться за формулою:

географічна широта + 20 °

Наприклад, кут нахилу сонячних панелей в Одесі – 46° + 20° = 66°, у Львові – 49° + 20° = 69°, у Харкові – 50° + 20° = 70°

Перед тим, як розрахувати кут нахилу в градусах, слід врахувати, що відстань від Сонця до Землі змінюється залежно від пори року. Відповідно, й оптимальний кут нахилу сонячних панелей має змінюватися.

Сезонне налаштування кута нахилу

У літній період Сонце знаходиться вище, отже, кут потрібно робити менше для рівномірного розподілу променів, а взимку, навпаки, панелі слід підняти. Інакше важко зловити максимальну кількість низького зимового сонця.

В Україні кут нахилу регулюється на 10-15°. Наприклад, для Полтави оптимальний нахил складатиме:

• влітку 49° – (10-15°) = 39-34°;

• взимку 49° + (10-15°) = 59-64°.

Можна розрахувати оптимальний кут нахилу сонячної батареї на 50°27′ північної широти точніше за допомогою онлайн-калькуляторів з урахуванням дати. Так, 11 грудня 2024 року для панелей у Києві оптимальний кут – 64.48°. У Львові цього дня найкращий кут нахилу – 63.48°.

Як налаштувати фіксовані панелі для роботи цілий рік

В Україні краще змінювати кут нахилу двічі на рік під час рівнодення:

• весняного – 20-21 березня;

• осіннього – 22-23 вересня.

Якщо змінити кут нахилу сонячної панелі вручну неможливо, можна налаштувати фіксоване значення. Середньорічний кут нахилу панелі вибирається приблизно рівним географічній широті.

Як правильно встановити сонячні панелі

Найчастіше сонячні модулі монтують на даху під кутом 30-40°. Якщо дах плоский або скат дуже крутий, панелі встановлюють на кронштейнах. Щоб забезпечити надійне кріплення на дахах, особливо нестандартних форм, застосовують спеціальні каркаси з алюмінієвого профілю та нержавіючої сталі.

Орієнтація сонячних панелей – на що звернути увагу

Вважається, що у північній півкулі панелі мають бути повернені на південь, але є важливе уточнення – на географічний, а не магнітний південь. В Україні він не збігається з магнітним півднем, який показує компас, на 7-8°.

Ідеальний напрямок орієнтації панелей для України

Щоб визначити, під яким кутом ставити сонячні панелі та як їх орієнтувати, можна визначити географічний південь за допомогою компаса чи онлайн-карт. Поворот на південний захід чи схід може знизити продуктивність на 5-6%, захід чи схід – на 20%, а на північний захід чи схід – на 35-50%. Орієнтація панелей на північ знижує ефективність електростанції на 70% та недоцільна.

Врахування місцевих перешкод та мінімізація втрат

Перешкоди у вигляді дерев або будівель здатні затемнювати панелі та знижувати їхню ефективність практично до 0. Тому важливо заздалегідь визначити, куди спрямовувати сонячні панелі. Якщо монтаж строго на південь неможливий через інші споруди, можна розміщувати двосторонні панелі під різними кутами або використовувати оптимізатори – пристрої для підвищення продуктивності модуля.

Альтернативні варіанти: динамічні системи та трекери

Через зміну кута падіння променів Сонця оптимальними є системи, які здатні змінювати своє положення. Відхилення в 5° зазвичай не впливає на продуктивність електростанції, але зміна на 10-15° протягом року викликає необхідність у динамічних панелях.

Що таке трекери та як вони працюють

Для збереження оптимальної орієнтації використовуються трекери. Вони допомагають налаштувати кут нахилу сонячних панелей. Розворот групи панелей може здійснюватися:

• одновісними трекерами – зі зміною лише нахилу;

• двовісними – з поворотною платформою для зміни нахилу та орієнтації.

Електронна частина трекера зчитує інформацію про широту, регіон та місяць і обчислює кут, при якому генерація буде максимальною. Механічна частина повертає панелі.

Переваги трекерів у порівнянні з фіксованими системами

Трекери дозволяють збільшити продуктивність електростанції на 20-30%. Вони сприяють гарній генерації навіть узимку. Датчики трекера вловлюють максимальну кількість сонячних променів, змінюючи положення панелей не лише за сезонами, а й протягом доби.

Недоліки та обмеження використання трекерів

Недоліками використання трекерів є їхня висока вартість та чутливість до опадів та вітрів. Щоб встановити захищену динамічну систему із трекерами, потрібні суттєві інвестиції. Для великих сонячних електростанцій такі витрати виправдані і дають змогу вловлювати більше сонця, ніж фіксовані панелі.

Як правильно вибрати трекер

Для сонячних регіонів можна вибирати одновісні трекери, а для півночі України доцільніші двовісні. Варто врахувати вітрове навантаження та надійність трекера. Чим сильніші вітри в регіоні, тим міцнішими повинні бути кронштейни та поворотні механізми.

Не варто оснащувати трекерами малопотужні сонячні домашні станції. Тут діє просте правило – вартість трекера не може становити більше 30-40% вартості купівлі та монтажу панелей.

Поради для максимізації ефективності

Щоб сонячні панелі генерували максимальну кількість енергії, їхню роботу не слід пускати на самоплив. Вони вимагають періодичних перевірок і технічного обслуговування.

Регулярне технічне обслуговування панелей

Обов’язково потрібно перевіряти цілісність фотоелектричних комірок. Батареї необхідно очищати від снігу, якщо кут нахилу сонячних панелей не дозволяє йому скочуватися. Варто прибирати листя і великі гілки. Мити панелі водою можна у міру забруднення або щорічно. При цьому не варто застосовувати жорсткі щітки та хімічні реагенти, достатньо змити пил струменем води.

Оптимізація системи у сезонні періоди

Якщо електростанція не обладнана трекером, необхідно щонайменше двічі на рік під час зміни сезонів контролювати та коригувати нахил сонячних панелей.

Використання додаткових рішень

Можна встановити інвертори з оптимізації та моніторингу сонячних панелей і кута нахилу. Це дозволить виявляти несправні модулі чи зниження продуктивності.

Висновки

Оптимальний кут нахилу сонячної батареї та орієнтація на південь дозволяє перетворити якнайбільше сонячної радіації в електроенергію. Для підвищення ефективності можна використовувати динамічні системи із трекерами.

Розрахунок кута нахилу сонячних панелей досить простий. Його цілком можна провести самостійно або делегувати досвідченим фахівцям. Щоб на виході отримати електростанцію з оптимальним ККД, для монтажу панелей краще звернутися до професіоналів. Вони врахують як географічний південь, так і довкілля, рельєф і можливі перешкоди.