Угол наклона солнечных панелей – какие значения могут улучшить генерацию электроэнергии?

1. Почему ориентация и угол установки солнечных панелей так важны

2. Как угол падения солнечного света влияет на эффективность панелей

3. Географическое расположение как ключевой фактор

4. Сезонные изменения солнечной активности

5. Какой угол наклона солнечных панелей выбрать?

6. Как учитывать широту для базового расчета угла

7. Сезонная настройка угла наклона

8. Как настроить фиксированные панели для работы круглый год

9. Как правильно установить солнечные панели

10. Альтернативные варианты: динамические системы и трекеры

11. Советы для максимизации эффективности

12. Выводы

Угол наклона непосредственно влияет на то, насколько хорошо энергия Солнца преобразуется солнечными панелями в электрическую. Неправильная установка ведет к потере 20-30% энергии в год, если предварительно неправильно определен угол наклона солнечных панелей. Калькулятор для его расчета, формулы и факторы, влияющие на монтаж и ориентацию солнечных батарей на территории Украины, подробно рассмотрим далее.

Почему ориентация и угол установки солнечных панелей так важны

На работу солнечных электростанций влияет немало факторов, не зависящих от человека. В основном это погодные условия и количество солнечных дней в году. Эффективно воздействовать можно на угол наклона модулей и их ориентацию в пространстве. Продуманное расположение солнечных панелей дает возможность существенно улучшить генерацию электричества.

Как угол падения солнечного света влияет на эффективность панелей

Производство электроэнергии солнечными электростанциями зависит от угла инсоляции, то есть угла падения солнечных лучей на Землю. Рассчитать, сколько кВт·ч даст панель, можно по формуле:

S (площадь батареи в м2) х Е (поверхностная плотность освещенности в кВт/м2) х КПД х t (количество солнечных дней) / 1000

Очевидно, что чем длительнее и выше интенсивность солнечного освещения, тем больше энергии даст каждая панель. Из-за движения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца угол инсоляции в течение года может меняться почти на 7%, а продуктивность солнечной электростанции – уменьшаться на 15-20% при неправильном расчете угла наклона.

Географическое расположение как ключевой фактор

Угол наклона солнечных панелей в Киеве и по Украине отличается из-за разной инсоляции – суммарного количества солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность в 1 м2 за год.

Выбирая, под каким углом устанавливать солнечные панели, следует понимать, что на их производительность, помимо широты и угла инсоляции, влияет климат. Несмотря на то, что Киев на 2° севернее Ивано-Франковска, столица более солнечная. А в Ужгороде благодаря горным массивам пасмурных дней меньше, чем в Черновцах, которые южнее.

Если взять один и тот же угол наклона в Кропивницком и Ужгороде, расположенных на одной широте 48°, за год работы панели в Кропивницком смогут сгенерировать на 10-12% электричества больше.

Сезонные изменения солнечной активности

Из-за изменения сезонного наклона солнечных лучей для Украины оптимальный угол установки солнечных панелей составляет:

• угол наклона панелей зимой 70°;

• угол наклона панелей ранней весной или поздней осенью 50°;

• угол наклона панелей летом 30°.

Если панели установлены на крыше или стене здания, и конструкция неподвижна, для наилучшей генерации стоит выбирать угол между 70° и 30°.

Какой угол наклона солнечных панелей выбрать?

Оптимальное значение рассчитывается на основании:

• географической широты;

• сезона;

• наличия препятствий или тени.

На расчет также влияет установка панелей – наземная или на крыше, в один или несколько рядов.

Как учитывать широту для базового расчета угла

Базовый расчет угла установки солнечных панелей производится по формуле:

географическая широта + 20°

Например угол наклона солнечных панелей в Одессе – 46° + 20° = 66°, во Львове – 49° + 20° = 69°, в Харькове – 50° + 20° = 70°

Перед тем, как рассчитать угол наклона в градусах, следует также учесть, что расстояние от Солнца до Земли меняется в зависимости от времени года. Соответственно, и оптимальный угол наклона солнечных панелей должен меняться.

Сезонная настройка угла наклона

В летний период солнце находится выше, следовательно, угол нужно делать меньше для равномерного распределения лучей, а зимой, наоборот, панели следует поднять. Иначе трудно поймать максимальное количество низкого зимнего солнца.

В Украине угол наклона регулируется на 10-15°. Например, для Полтавы оптимальный наклон будет составлять:

• летом 49° – (10-15°) = 39-34°;

• зимой 49° + (10-15°) = 59-64°.

Можно рассчитать оптимальный угол наклона солнечной батареи в Киеве на 50°27′ северной широты точнее при помощи онлайн-калькуляторов с учетом даты. Так 11 декабря 2024 года для панелей в Киеве оптимальный угол – 64.48°. Во Львове в этот день наилучший угол наклона – 63.48°.

Как настроить фиксированные панели для работы круглый год

В Украине лучше менять угол наклона дважды в год во время равноденствия:

• весеннего – 20-21 марта;

• осеннего – 22-23 сентября.

Если изменить угол наклона солнечной панели вручную не представляется возможным, можно настроить фиксированное значение. Среднегодовой угол наклона панели выбирается примерно равным географической широте.

Как правильно установить солнечные панели

Чаще всего солнечные модули монтируют на крыше под углом 30-40°. Если крыша плоская или скат очень крутой, панели устанавливают на кронштейнах. Чтобы обеспечить надежное крепление на крышах, особенно нестандартных форм, применяют специальные каркасы из алюминиевого профиля и нержавеющей стали.

Ориентация солнечных панелей – на что обратить внимание

Считается, что в северном полушарии панели должны быть повернуты на юг, но есть важное уточнение – на географический, а не магнитный юг. В Украине он не совпадает с магнитным югом, который показывает компас, на 7-8°.

Идеальное направление ориентации панелей для Украины

Чтобы определить, под каким углом ставить солнечные панели и как их ориентировать, можно определить географический юг при помощи компаса или онлайн-карт. Поворот на юго-запад или восток может снизить продуктивность на 5-6%, на запад или восток – на 20%, а на северо-запад или восток – на 35-50%. Ориентация панелей на север снижает эффективность электростанции на 70% и нецелесообразна.

Учет местных препятствий и минимизация потерь

Препятствия в виде деревьев или зданий способны затемнять панели и снижать их эффективность практически до 0. Поэтому важно заранее определить, куда направлять солнечные панели. Если монтаж строго на юг невозможен из-за других построек, можно размещать двусторонние панели под разными углами или использовать оптимизаторы – устройства для повышения производительности модуля.

Альтернативные варианты: динамические системы и трекеры

Из-за изменения угла падения солнца оптимальными являются системы, которые способны менять свое положение. Отклонение в 5° обычно не влияет на продуктивность электростанции, но изменение на 10-15° в течение года вызывает необходимость в динамических панелях.

Что такое трекеры и как они работают

Для сохранения оптимальной ориентации используются трекеры. Они помогают отрегулировать угол солнечных панелей. Разворот группы панелей может производиться:

• одноосными трекерами – с изменением только наклона;

• двухосными – с поворотной платформой для изменения наклона и ориентации.

Электронная часть трекера считывает информацию о широте, регионе и месяце и вычисляет угол, при котором генерация будет максимальной. Механическая часть поворачивает панели.

Преимущества трекеров в сравнении с фиксированными системами

Трекеры позволяют повысить продуктивность электростанции на 20-30%. Они способствуют хорошей генерации даже зимой. Датчики трекера улавливают максимальное количество солнечных лучей, меняя положение панелей не только по сезонам, но и в течение суток.

Недостатки и ограничения использования трекеров

 Недостатками использования трекеров являются их высокая стоимость и чувствительность к осадкам и ветрам. Чтобы установить защищенную динамичную систему с трекерами, нужны существенные инвестиции. Для больших солнечных электростанций такие траты оправданы и позволяют улавливать больше солнца, чем фиксированные панели.

Как правильно выбрать трекер

Для солнечных регионов можно выбирать одноосные трекеры, а для севера Украины целесообразнее двухосные. Стоит учесть ветровую нагрузку и надежность трекера. Чем сильнее ветра в регионе, тем крепче должны быть кронштейны и поворотные механизмы.

Не стоит оснащать трекерами маломощные домашние солнечные станции. Тут действует простое правило – стоимость трекера не может составлять больше 30-40% от стоимости покупки и монтажа панелей.

Советы для максимизации эффективности

Чтобы солнечные панели генерировали максимальное количество энергии, их работу не стоит пускать на самотек. Они требуют периодических проверок и технического обслуживания.

Регулярное техническое обслуживание панелей. 

Обязательно нужно проверять целостность фотоэлектрических ячеек. Батареи необходимо очищать от снега, если угол наклона солнечных панелей не позволяет ему скатываться. Следует убирать листву и крупные ветки. Мыть панели водой можно по мере загрязнения или раз в год. При этом не стоит применять жесткие щетки и химические реагенты, достаточно смыть пыль струей воды.

Оптимизация системы в сезонные периоды. 

Если электростанция не оборудована трекером, необходимо как минимум дважды в год во время смены сезонов контролировать и корректировать наклон солнечных панелей.

Использование дополнительных решений

Можно установить инверторы с функцией оптимизации и мониторинга солнечных панелей и угла наклона. Это позволит обнаруживать неисправные модули или снижение продуктивности.

Выводы

Оптимальный угол наклона солнечной батареи и ориентация на юг позволяет преобразовать как можно больше солнечной радиации в электроэнергию. Для повышения эффективности можно использовать динамические системы с трекерами. 

Расчет угла наклона солнечных панелей достаточно простой. Его вполне можно провести самостоятельно или делегировать опытным специалистам. Чтобы на выходе получить электростанцию с оптимальным КПД, для монтажа панелей лучше обратиться к профессионалам. Они учтут не только географический юг, но и окружающую среду, рельеф и возможные препятствия.