Оптимальный угол наклона солнечной батареи: рекомендации по установке

Установка солнечных батарей требует соблюдения определенных правил. Если выполнять все необходимые рекомендации, то вы не только будете получать максимальное количество энергии, но и сможете продлить срок службы рабочей системы. Одним из важных факторов является угол наклона. Какое должно быть направление панелей и есть ли строгие требования по отношению к углу наклона? Это вопрос необходимо изучить до начала установки и подключения солнечной системы.

Содержание статьи

Правила установки солнечных батарей

Солнечная батарея состоит из множества элементов, которые покрыты фотопленкой. Суть такой фотоэлектрической панели заключается в том, что энергия солнечного света преобразовывается в ток. Причем этот ток еще нужно преобразовать в переменный, которым мы пользуемся в бытовых условиях, с напряжением в 220В. Таким образом, чем мощнее солнечная энергия, чем прямее лучи попадают на установленную солнечную систему (батареи), тем больше тока в итоге мы получаем.

Чтобы получить максимальное количество переменного тока от солнечной панели, нужно соблюдать ряд правил:

1. Соблюдать оптимальный угол наклона в разное время года. Здесь следует придерживаться географической широты региона.
2. На солнечный модуль должно падать наибольшее количество света, при этом нужно следить, чтобы он не находился в затемнении от других объектов, зданий, деревьев.
3. Плоскость с батареями ориентировать строго перпендикулярно солнечным лучам.
4. Надежно фиксировать конструкции на крыше дома с учетом возможных погодных условий – сильный ветер, снег, который может усилить нагрузку.

Если с монтажом солнечных панелей ситуация более менее ясная, то вот с расчетом оптимального угла наклона могу возникнуть сложности, особенно у людей, которые впервые сталкиваются с подобной задачей. Тем более что угол наклона лучей солнца меняется как в течение дня, так и в разное время года. Сегодня на рынке есть солнечные батареи, которые вращаются и, соответственно, автоматически изменяют наклон, чтобы собрать максимальное количество солнечного света. Но такой вариант очень дорогостоящий. Поэтому вопрос, под каким углом должны находиться панели для получения максимума энергии, остается актуальным.

На что влияет угол наклона батареи

О принципах и важности правильного размещения солнечных батарей, а также об угле наклона мы уже сказали. Но на что может повлиять неправильная установка панели и ее углы в разное время года по отношению к солнечным лучам? Во-первых, что самое главное, неправильный наклон панели и небольшое попадание света даст плохую производительность тока, в результате чего вы не сможете покрыть все свои электрические нужды, даже если приобрели мощную батарею или сразу несколько. Во-вторых, снижается КПД самого устройства, то есть меньший эффект в сравнении с панелями, которые работают на полную.

При правильном угле установки модуля в зимний период повышается естественная очистка снега на крыше.

Если подробнее, то перпендикулярное размещение панели позволяет на 99% избежать скопления снега. А при снижении углов наклона с 53 до 14 градусов вы сможете заметить явную разницу, где снег остается на панелях, а где самостоятельно очищается. То есть, если оптимально к солнечному свету размещать панели и соблюдать постоянно угол наклона, можно получить повышение выработки энергии до 6%. Но, как показывает практика, многие владельцы солнечных станций все равно занимаются самостоятельной очисткой снега после его выпадения.

Оптимальный угол наклона

Положение солнца в летний и зимней период отличается, поэтому специалисты советуют в теплое время устанавливать панели под углом 90 градусов для перпендикулярного попадания света, а в холодный период – под наклоном. Но если у вас нет возможности изменять положение солнечных панелей, тогда следует определиться со средним углом наклона. Для правильного угла установки солнечных панелей предалагаем выбрать крепления для солнечных панелей из каталога на нашем сайте.

Летом

Ниже представлена таблица, где отражены оптимальные значения угла наклона для каждого из месяцев в теплый период.

Месяц	Угол наклона, градусы
Апрель	45
Май	18
Июнь	18
Июль	18
Август	27
Сентябрь	53

Конечно, очень сложно каждый месяц самостоятельно заниматься изменением угла наклона солнечной панели, но на основе периодических опытов специалисты зафиксировали, что если на все эти теплые месяцы установить батарею в наклоне 27 градусов, то она будет отдавать наибольшую суммарную производительность, чем под другими углами. Данное правило действует, если все 6 месяцев панель будет неподвижна.

Угол наклона солнечных батарей

Зимой

Для зимы также установлены свои показатели, которые оптимальны для размещения модулей в наклоне. Данные представлены в таблице.

Месяц	Угол наклона, градусы
Октябрь	53
Ноябрь	90
Декабрь	90
Январь	90
Февраль	53
Март	53

Если вы установите панель с погрешностью в 5-10% или солнечные лучи будут менять свою траекторию с указанным значением отклонения, это особо не скажется на общей производительности и выработки энергии.

Согласно исследованиям, в зимний период оптимальной величиной стал угол 53 градуса. Если установить панель под таким наклоном на весь зимний период, то батарея будет вырабатывать наибольшую суммарную энергию, опять-таки, в случае если регулярно происходит очистка снега (при сильных осадках) и нет возможности каждый месяц менять угол наклона. Интенсивность и общая эффективность также зависят от значения солнечной радиации, высоты солнца и как быстро тает снег с панелей.

Фиксированный угол наклона в течение года

Теперь осталось определиться с углом наклона, если у вас нет возможности его изменять каждый месяц, и вы хотите установить солнечные панели на весь год.

Месяц	Угол наклона, градусы
Октябрь	53
Ноябрь	90
Декабрь	90
Январь	90
Февраль	53
Март	53

Здесь оптимальным значением стал угол наклона 53 градуса, при котором были зафиксированы наивысшие показатели генерации энергии. Но, конечно, угол наклона панелей необходимо менять хотя бы 2 раза в год. Ориентировочными датами считаются дни весеннего и осеннего равноденствия. При этом, даже если вы будете соблюдать все правила размещения панелей, нужно понимать, что остается небольшой процент погрешности в расчете на погодные условия, местные особенности, а также частичное затемнение модулей, что не всегда возможно проконтролировать.

Чтобы избавить себя от таких сложностей, лучше всего обеспечить солнечные батареи трекером. Он будет в автоматическом режиме с соблюдением всех требований (широты, региона, месяца) регулировать угол наклона. С его помощью достигается максимальная мощность, которой нельзя добиться при самостоятельном изменении положения панелей. Однако нужно помнить про высокую стоимость таких установок, которая будет оправдана только для больших объектов.

Угол наклона солнечных панелей — получаем максимальный эффект

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:

1. Неподвижный.
2. Подвижный.

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.

Установка солнечных батарей для дома: выбор места монтажа, этапы

На чтение 5 мин. Опубликовано 22.01.2020

Этапы установки солнечных батарей

Рис. 1: устройство солнечной электростанции

• Фотоэлектрический преобразователь – позволяет генерировать электрическую энергию из солнечного излучения посредством химической реакции. Характеризуются мощностью на 1м² площади, производительностью и типом. Общее количество выбирается в зависимости от нужд потребителя и планируемых объемов выработки.
• Аккумуляторная батарея – накапливает электрический заряд, получаемый от солнечной батареи для питания приборов в темное время суток. Поэтому емкость выбирается с запасом из расчета, что в пасмурную погоду заряд будет происходить значительно хуже.
• Контроллер заряда – осуществляет перераспределение электроэнергии от солнечных батарей к аккумулятору, а при достижении ним максимума, передает избыток во внешнюю сеть. При отсутствии такой системы, снижает электрическую мощность, поступающую на аккумулятор до минимума.
• Инвертор – предназначен для преобразования постоянного электрического напряжения, поступающего от фотоэлектрического элемента, в переменное, используемое в бытовых сетях. Они же позволяют владельцам солнечных батарей продавать избыток электричества от домашней электростанции.
  Рис. 2. Принцип реализации солнечной электроэнергии
• Соединительные провода – осуществляют передачу электроэнергии по всей электрической сети солнечной установки. В зависимости от места расположения, к ним предъявляются различные требования, к примеру, прокладываемые на улице должны быть устойчивыми к воздействию внешних факторов.

Несмотря на важность каждого элемента домашнего генератора свободной энергии, особое внимание следует уделить выбору фотоэлектрического модуля, так как от этого будет зависеть и продуктивность, и качество работы всей системы.

В качестве источника электроэнергии сегодня популярны три типа солнечных батарей:

• С поликристаллическим модулем – отличаются стабильными показателями генерации, не зависимо от интенсивности солнечных лучей. Также солнечные батареи на основе поликристаллического кремния отличаются сравнительно небольшим КПД – от 9 до 18%, в зависимости от производителя. Со временем КПД не снижается, но к недостаткам поликристаллических элементов следует отнести сравнительно небольшой срок службы – порядка 10 лет.
• С монокристаллическим модулем – такие панели неравномерно вырабатывают электричество в солнечную и пасмурную погоду, теряют мощность со временем эксплуатации. Но КПД автономного электроснабжения на основе монокристаллического кремния находится в пределах от 12 до 25%. А срок службы монокристаллических панелей составляет порядка 25 лет.
  Рис. 3. поликристаллический и монокристаллический модуль
• С аморфными кристаллами – используются в гибких пластинах, отличаются довольно низким КПД – порядка 6%. Максимальная мощность, заявляемая производителем, значительно снижается со временем эксплуатации и может упасть на 20 – 40%. Срок службы довольно низкий – не более 5 лет.
  Рис. 4: аморфный модуль

Оптимальная генерация электрического тока обеспечивается при условии попадания достаточного количества солнечного света на поверхность панели, поэтому близлежащие постройки и деревья не должны ее затенять. То же касается и способа размещения их друг относительно друга – верхние или боковые панели не должны закрывать собой соседние.

Наиболее часто для установки солнечных батарей используются:

• Крыши зданий – в зависимости от угла наклона, солнечные батареи могут располагаться как непосредственно на кровле, так и на специальной конструкции. Но далеко не каждый угол наклона подойдет для получения электричества, оптимальным считается от 0° до 40°.
  Рис. 5: солнечная батарея на крыше здания
• Отдельно стоящие опоры – подходят для дома с приусадебным участком, на котором есть место под дополнительную конструкцию.
  Рис. 6: отдельно стоящие солнечные батареи
• Стены – несмотря на горизонтальное положение, панель крепиться к наклонному каркасу.
  Рис. 7: солнечная батарея на стенах зданий
• Лоджия или балкон – для покрытия фотоэлементами подходят как стены, так и крыша.
  Рис. 8: солнечная батарея на балконе

Помимо открытого пространства, не забывайте, что выбранная конструкция должна выдерживать и вес солнечной батареи. Это особенно актуально для строящихся или модернизируемых зданий, дабы та же крыша не провалилась под весом домашней электростанции, солнечного коллектора и прочего крышевого оборудования.

Заметьте, скопление на солнечном модуле пыли, снега, листьев, продуктов жизнедеятельности животных и насекомых существенно снижает эффективность их работы. Поэтому место установки должно предусматривать возможность ухода и периодического технического обслуживания.

После того, как вы заготовили все необходимое для домашней электростанции, подобрали место и составили схему расположения панелей, переходите непосредственно к установке. Для этого:

• Соберите каркас – для этого подойдут любые прочные материалы (сталь, алюминий или дерево). Желательно использовать долговечные варианты, так как электростанция прослужит вам не один год.
  Рис. 9: Соберите каркас

В зависимости от места установки их можно изготавливать и собирать отдельно от монтажной площадки, но размеры должны учитывать габариты панелей заранее. Между крышей и батареей обязательно оставляйте воздушный зазор для вентиляции.

• Если модули в панелях не спаяны между собой, обязательно произведите данную процедуру. Выполняйте ее крайне аккуратно, так как хрупкие детали можно легко повредить.
  Рис. 10: спаяйте модули

Если вы приобрели готовые панели, в которых ничего спаивать не нужно, сразу переходите к монтажу.

• Установка готовых солнечных батарей не требует дополнительных манипуляций – главное надежно зафиксировать их на каркасе.
  Рис. 11: установите панели

Если вы собираете их из модулей, изготовьте основание из диэлектрического материала с отверстиями для вентиляции, установите клеевую основу и закройте герметичной прозрачной крышкой.

• Припаяйте соединительные провода – панели между собой могут соединяться как последовательно, так и параллельно, но главное, не забудьте установить запирающий диод в цепь питания каждой из них. Это предотвратит обратный разряд аккумулятора в цепь модуля после захода солнца.
• Подключите солнечную батарею к остальным элементам домашней электростанции.

Следует отметить, что положение солнца летом и зимой кардинально отличается, поэтому весьма эффективно выполнять регулировку угла наклона. Для этого можно предусмотреть соответствующий подвижный механизм в каркасе или опорном кронштейне.

Оптимальный угол наклона солнечных батарей

Продуктивность автономной солнечной электростанции зависит от правильности установки ее элементов. Один из таких – солнечная панель.

Немаловажным фактором является наклон, под которым устраивают фотоэлектрические панели. Солнечная батарея должна наклоняться под определенным углом. Но этот угол не может быть всегда одинаковым. Положение панелей должно меняться в зависимости от особенностей климата (количества солнечных дней в году), времени года, суток, погоды.

Есть и постоянные факторы, влияющие на угол наклона панелей, – географическая широта, место монтажа, период использования (если батарея работает не круглый год). Их тоже необходимо учитывать при установке солнечной энергосистемы, чтобы попытаться «выжать» максимум энергии из того, что предлагает вам бесплатный возобновляемый ресурс – солнце.

И если вмешаться в физические процессы устройств системы не представляется возможным, то на эффективность ее работы можно повлиять напрямую при помощи определенных знаний и простых человеческих усилий.

Нельзя увеличить КПД фотоэлементов, поскольку способность синтезировать ток из энергии солнечных лучей заложена в них производителем в определенной степени. Но человеку под силу создать наилучше условия для работы панелей.

Ориентир для выбора угла наклона панелей

Наиболее комфортная среда для эффективной выработки энергии солнечной панели – когда луч бьет прямо перпендикулярно с ясного неба. Хотя и облачность для солнца не такая уж существенная преграда. Лучи проникают даже сквозь облака. И задача владельца автономной системы состоит в том, чтобы обеспечить панелям положение максимальной производительности.

Главный ориентир в этом случае, безусловно, солнце. Его положение определяет не только время суток, но и сезон. Зимой и летом Солнце находится под разным наклоном относительно Земли. В летнее время лучи бьют по поверхности прямо, зимой – несколько горизонтально. Но и в межсезонье Солнце наклоняется относительно Земли под другим определенным углом.

При установке фотоэлектрических панелей необходимо ориентироваться хотя бы на сезонность лето/зима. Оптимальный для летнего времени года угол наклона – 30-40 градусов, для зимнего периода – 70 и более градусов. Нельзя не взять во внимание еще и такие параметры, как широта местности. Как определить угол наклона для местности с определенной географической широтой, смотрите в таблице.

Географическая широта	Угол наклона
0°-15°	15°
15°-25°	Равняется значению широты
25°-30°	+5°
30°-35°	+10°
35°-40°	+15°
Более 40°	+20°

При установке фотоэлектрических панелей под определенным наклоном необходимо учитывать и то, сколько потребуется энергии в определенном месяце. Если электричество будет потребляться в больших количествах, необходимо подобрать такой угол наклона, который обеспечит нужное количество энергии.

К примеру, в летний период энергии требуется меньше – дома не отапливаются, и мощные нагревательные приборы используются реже. Соответственно, угол наклона панелей может быть уменьшен. Зимой и в межсезонье количество потребителей резко возрастает. Поэтому есть смысл увеличить угол наклона панелей в сторону оптимального значения 90 градусов.

В использовании солнечной батареи важен не только выбор модулей, но также их правильная установка. Положение панелей в частных домах и на дачах регулируют чаще всего вручную. Ведь для автоматической регулировки необходимо приобретать специальную конструкцию.

Использование солнечной батареи исключительно в определенное время года существенно сокращает частоту необходимой регулировки фотоэлектрических модулей. Тем не менее, в любом случае, отхождение от нормы 90 градусов (оптимальный угол падения солнечных лучей на поверхность панелей) чревато снижением выработки электроэнергии автономной системой.

Способы установки

Итак, монтировать солнечные панели можно тремя известными способами.

Неподвижная поверхность

На неподвижную поверхность – кровля, стены, фундамент, площадка возле дома. При этом панели можно сделать подвижными, изготовив самодельную конструкцию и закрепив модули с фотоэлементами таким образом, чтобы площадку крепления можно было поворачивать вручную.

Для изготовления самодельных конструкций применяют алюминиевые или железные профильные трубы. Чтобы такие изделия оказались стойкими и не падали под воздействием ветра, их закрепляют на бетонном фундаменте или креплениях из нержавеющей стали.

Трекеры

Это специальные конструкции с вращающимися осями. Оси могут вращаться в одной или двух плоскостях. Для изготовления трекеров применяют профиль из стали или алюминия.

Мобильные установки

Существуют также мобильные установки. Их главное преимущество – возможность транспортировки, небольшой вес. Мобильные конструкции можно сворачивать и разворачивать при необходимости. Такие установки могут быть, как трекеры, оснащены механизмом слежения за направлением солнечных лучей. Однако большой мощности от мобильных конструкций ожидать не стоит. Данный показатель ограничен небольшими габаритами и весом установки.

Самое оптимальное положение модуля – это положение, при котором солнечный луч падает на его поверхность под углом 90 градусов. Однако не всегда удается добиться такого эффекта. Постоянное положение панелей под углом 90 градусов к направлению солнца обеспечивают только дорогостоящие трекеры, которые имеют большой вес, требуют много дополнительного пространства и сами по себе тоже потребляют энергию. Такие поворотные конструкции следят за солнцем и обращают модули в нужную сторону под нужным углом автоматически.

Не каждый владелец частного дома, коттеджа или дачи может позволить себе покупку и содержание трекера. Поэтому основными местами монтажа солнечной батареи являются неподвижные конструкции.

При круглогодичном использовании солнечной батареи, когда фотомодули закреплены на статическую поверхность, избирают угол, средний по значению. То же самое делают, если используют автономную систему сезонно. Фотоэлектрические панели должны быть прочно закреплены и ориентированы на солнце.

Чем чаще происходит регулировка угла наклона фотоэлектрических модулей, тем эффективнее выработка энергии от солнечных лучей. Проще говоря, чем ближе угол между направлением солнца и рабочей поверхностью, тем быстрее аккумулятор накапливает нужный объем электрического тока.

Если вы не можете позволить себе постоянно регулировать положение панелей, направьте их в южную сторону и зафиксируйте под углом наклона с несущественными отклонениями по азимуту.

С использованием специального вращающегося трекера выработка энергии всегда будет 100%. Если не регулировать положение панелей, а просто выбрать оптимальное значение угла, производительность батареи составит 71%. При регулировке 2 раза в год эффективность будет примерно равна 75%. При регулировке 4 раза в год – 76%.

Установлено, что если регулировать наклон дважды в год, оптимальными датами для изменения положения панелей является 30 марта и 12 сентября. Для 4-разового регулирования наклона подходят даты 5 марта, 18 апреля, 24 августа и 7 октября.

Обратите внимание! Панели не должны затенять друг друга при изменении направления солнца. При установке высчитывайте расстояние между ними.

Расчеты угла наклона и эффективности работы панелей

Рассчитать оптимальное значение угла наклона можно следующими способами:

1. Умножьте широту на 0,87. Такой расчет подойдет для широты до 25 градусов.

2. Умножьте широту на 0,76 и прибавьте 3,1. Так вы получите оптимальное значение угла для местности с географической широтой 25-50 градусов.

Если солнечные панели вы уже установили, и сделали это без учета ориентира и определения угла наклона, то вы всегда можете оценить эффективность их работы и примерно высчитать возможные потери энергии. Для этого определите угол между перпендикулярно расположенным ориентиром модулей и линией направления на солнце. Затем примените формулу:

tan (|90-х|) / sin (|90-х|), где х – значение полученного угла.

Чтобы получить процент получаемой мощности, поделите 1 на полученное в расчетах значение.

Выполнить наиболее точные и правильные расчеты вам поможет только специалист. Если у вас возникнут вопросы или проблемы с выбором угла наклона солнечных панелей в Краснодаре и Краснодарском крае, обращайтесь, мы проконсультируем вас и окажем квалифицированную помощь в установке.

Угол наклона солнечных батарей: какое оптимальное значение?

Основой любой классической СЭС являются солнечные батареи. Они состоят из определенного количества жестких, полужестких или гибких панелей, смонтированных в единую схему. Полупроводниковые материалы в фотоэлектрических ячейках преобразуют солнечное излучение в электрический ток. И КПД системы в целом во многом зависит от того, как расположены по отношению к Солнцу рабочие поверхности батарей.

Угол наклона солнечных батарей: точные показатели

Первым фактором влияния на производительность является азимут, или угол наклона солнечных батарей по отношению к стороне света. В идеальном случае панели должны быть сориентированы на географический юг. Погрешность от магнитного «юга», на который указывает стрелка компаса, на широте Украины составляет около 7-8 градусов.

Если СЭС монтируется на земле, придать батареям нужный азимут не составляет труда. Если крыши зданий не имеют скатов, сориентированных настолько точно, допускается размещение системы в направлениях, близких к оптимальному показателю. Потеря эффективности в таких случаях составит:

• юго-запад и юго-восток – 5-6%;
• запад и восток – 18-23%;
• северо-запад и северо-восток – 35-50%;
• север – 70% и более.

При установке системы панелей с отклонением от идеального угла наклона более, чем на 30%, монтаж ее нецелесообразен.

Естественный угол наклона к солнцу

Второй важнейший фактор – оптимальный угол наклона солнечной батареи по отношению к Солнцу. Собственное суточное вращение Земли вызывает изменение видимого расположения светила на небе на протяжении всего светового дня. Летом солнце, которое перемещается с востока на запад, стоит над горизонтом дольше и выше, зимой – наоборот. Иначе говоря – движется по дуге разной длины и высоты.

Чтобы сохранять точную и оптимальную ориентацию в режиме реального времени, вся группа панелей должна постоянно поворачиваться. Такой разворот могут обеспечить специальные поворотные системы – трекеры. Для СЭС малой мощности их приобретение экономически невыгодно, и потому наиболее доступным вариантом для частного использования является вариант:

• располагать неподвижную группу батарей под одним и тем же оптимальным углом в 30-35 градусов;
• для частично подвижной системы изменять наклон батарей только дважды в год – уменьшать угол на 10-15 градусов летом и увеличивать на ту же величину зимой.

Важно! Если вы решили использовать трекеры, затраты на их покупку и монтаж не должны превышать 40% стоимости батарей для двухосевых моделей, и 30% — для одноосевых. Это связано с возможностями повышения трекерами эффективности системы.

Какая должна быть конструкция крыши?

Третьим важным фактором является естественное наклонение скатов к горизонту. Обычно угол наклона крыши для солнечных батарей на широте Украины в большинстве частных домов близок к требуемым цифрам в 30-40 градусов. Но для очень крутых скатов и плоских крыш рекомендуется применять крепление панелей на кронштейны.

Удовлетворительный угол наклона получить иным способом не удастся, а при игнорировании данного совета потери мощности и КПД окажутся слишком большими.

Влияет ли регион на производительность СЭС?

Четвертым фактором влияния на производительность СЭС является ее расположение в том или ином регионе. Принято считать, что эффективность батарей тем выше, чем южнее находится место их размещения. Это верно лишь отчасти, поскольку свою долю в инсоляцию вносит климат. Так, географическая широта некоторых украинских областей такова:

Область	Градусы северной широты
Крым	44-45°
Одесская, Николаевская, Херсонская	46°
Запорожская	47°
Киевская, Кировоградская, Закарпатская	48°
Винницкая, Полтавская, Тернопольская	49°
Сумская, Житомирская, Харьковская	50°
Сумская, Черниговская	51°

Но климат в восточных регионах Украины в целом более солнечный, чем в западных областях. А в Закарпатье, окруженном горами, пасмурных дней меньше, чем в Киеве. Поэтому одинаковый
угол наклона и технические характеристики солнечных батарей, размешенных в Ужгороде, дадут примерно на 10% большую годовую выработку СЭС, чем на той же широте в Украине в Кропивницком. А среднегодовая солнечная инсоляция в Харьковской области на 12-14% выше, чем в Сумах.

Какую роль играет погода и сезон?

Наибольшее долгосрочное влияние на выработку системой электроэнергии вносит сезон. Летом день вдвое дольше, а Солнце стоит выше. Поэтому батарея одной и той же мощности в июне дает примерно в 5 раз больше энергии, чем в декабре.

Стандартный, хотя и немного усредненный расчет предлагает следующий оптимальный угол наклона солнечных батарей для загородного дома практически во всех украинских областях:

• с мая по июль — 33°;
• с августа по октябрь — 44°;
• с ноября по январь — 51°;
• с февраля по апрель — 44°.

При возможности устанавливать угол вручную, посредством изменения высоты кронштейнов, специалисты советуют делать это не менее двух раз в год – в конце весны и в конце осени. Если такой возможности нет – оптимальный угол наклона должен совпадать с географической широтой местности.

Зависимость от полупроводника, использованного в батареях

В настоящий момент КПД панелей, в зависимости от применяемых в них полупроводников, для лучших заводских моделей составляет:

1. Монокристаллический кремний – 20-22%;
2. Поликристаллический кремний – 17-19%;
3. Аморфный кремний – 6-7%;
4. Теллурид кадмия – 14-18%;
5. Сульфиды индия и германия – 16-20%.

На первый взгляд, у кремниевых систем нет альтернативы – из КПД выше, а стоимость самих панелей меньше. Но проблема заключается в том, что указанная производителями эффективность рассчитывается для строго определенных физических условий. Ими является температура 25°C, и максимальный уровень освещенности в полдень – т.е. предполагается отсутствие облачности и прямое попадания потока излучения на ячейки под углом 90° с южного направления. Такие условия – да и то с большой натяжкой – можно принять соответствующими американской Калифорнии, Саудовской Аравии или центральной Австралии. Но в Украине пасмурная погода – не редкость. Так же как и отсутствие в коттедже или на даче достаточной площади скатов крыш, направленных на юг или с небольшим отклонением от него.

Лучшим решением в таких ситуациях является приобретение солнечных панелей на основе теллурида кадмия. Этот материал в разы эффективнее, чем кремний, при пасмурной погоде, при рассеянном свете, а также в утренние и вечерние часы. Для гибридных пленок данного типа угол наклона солнечных батарей менее важен, поскольку у них очень велик коэффициент поглощения. Купить такие тонкопленочные солнечные панели в Украине можно у компании Green Tech Trade (официального дилера и представителя в Украине американского гиганта First Solar).

Профессиональная и самостоятельная установка СЭС

На многочисленных сайтах в интернете предлагаются самые разнообразные инструкции по сборке и монтажу СЭС самостоятельно. И сделать примерные расчеты мощности, стоимости и набора необходимых элементов специалисту с электротехническим образованием и навыками вполне под силу. Так же, как и высчитать необходимый угол наклона солнечных батарей при сборке и установке системы своими руками.

Однако приниматься за подобную работу без привлечения профессионалов специалисты настоятельно не советуют. В лучшем случае КПД такой системы обязательно окажется ниже расчетного, поскольку для учета всех нюансов разработки проекта и монтажа нужна компания с профильным опытом в данной сфере деятельности. В худшем – малейшая ошибка или неучтенная мелочь может привести к сбоям и поломке дорогостоящего оборудования.

Проект СЭС под ключ от компании Green Tech Trade гарантирует 25 лет максимально эффективной работы системы и ее профессиональное обслуживание.

Особенности размещения солнечных панелей

При выборе оптимальной ориентации солнечных панелей следует обратить внимание на практическое использование солнечных установок разных типов. На многочисленных сайтах, которые посвящаются солнечной энергии, данный вопрос не достаточно раскрыт, а незнание может привести к понижению эффективности панелей до самого низкого уровня.

Угол попадания солнечных лучей на поверхность панелей достаточно сильно влияет на коэффициент отражения, следовательно, на долю невоспринятой солнечной энергии. Пример: для стекла при отклонении угла падения от перпендикуляра к его поверхности до 30°, коэффициент отражения почти не изменяется и составляет меньше 5%, то есть больше 95% излучения, которое попадает на поверхность, проходит внутрь. Дальше рост отражение более заметный: к 60° доля отраженного излучения увеличивается практически вдвое – до 10% и т.д.

Эффективная площадь панели является более важным фактором. Эффективная площадь равна реальной площади панели, умноженная на синус угла между плоскостью и направлением потока. Поэтому, если панель перпендикулярна потоку, то ее эффективная площадь такая же, как и реальная. Если поток отклонить на 60°, то площадь составляет половину реальной площади. Если же поток параллельный панели, то эффективная площадь приравнивается нулю. В результате видно, что отклонение потока от перпендикуляра к панели не просто увеличивает отражение, но и может снижать эффективную площадь, обуславливая снижение выработки такой энергии.

Наиболее эффективной является постоянная ориентация панели перпендикулярно к потоку солнечных лучей. Для этого потребуется изменение панели в двух плоскостях, потому что направление Солнца зависит от времени суток и сезона. Конечно, данная система технически возможна, но является достаточно сложной, поэтому дорогая и не очень надежная.

Как известно, при углах падения лучей до 30°, коэффициент отражения на поверхности стекла минимальный и не изменяется, в на протяжении всего года угол максимального подъема солнца над горизонтом отклоняется на 23°. Даже при отклонении угла от перпендикуляра на 23° эффективная площадь панели остается достаточно объемной, не меньше 92% от ее реальной площади. Поэтому следует ориентироваться на среднегодовую высоту максимального подъема Солнца, а также ограничиться вращением в одной плоскости без потери эффективности – вокруг полярной оси Земли, скоростью 1 оборот в сутки. Относительно горизонтали угол наклона вращения панели приравнивается к географической широте месторасположения объекта. Например, Москва находится на широте 56°, следовательно, ось вращения панели должна быть наклонена на север на 56° относительно поверхности. Организовать на практике такое вращение достаточно просто, но для вращения без препятствий необходимо достаточно много места. Также нужно организовать скользящее соединение, которое позволит отводить от вращающей панели всю полученную энергию, или же ограничиться гибкими коммуникациями с фиксированным соединением, но при этом необходимо автоматизировать возврат панели на исходное положение в ночное время. Иначе избежать перекручивания и обрыва отводящих коммуникаций энергию не получится. Такие решения достаточно повышают уровень сложности и снижают надежность и эффективность системы. А при возрастании мощности панели усложняются технические проблемы в геометрической прогрессии.

Исходя из вышесказанного, панели индивидуальных солнечных установок в основном монтируются в неподвижном состоянии, это обеспечит покупателю достаточно низкую цену и высокий уровень надежности такой установки. Но и здесь необходимо правильно выбрать угол наклона и размещения панели. Ниже приведен график восприятия солнечной энергии на примере Москвы.

Восприятие солнечной энергии панелями различной ориентации в Москве

Оранжевая линия показывает результаты отслеживания вращение Солнца вокруг полярной оси.
Синяя линия – неподвижная горизонтальная панель.
Зеленая линия – неподвижная вертикальная панель, направленная на юг.
Красная линия – неподвижная панель, направленная на юг под углом 40° к горизонту.

Проанализируем диаграммы инсоляции для разных углов установки панели. Не секрет, что панель, которая вращается вслед за Солнцем, является самой эффективной (оранжевая линия). Но даже в длинные летние дни эффективность такой панели под оптимальным углом (красная линия) составляет всего 30%. Но в такие дни тепла и света достаточно много. А в период с октября по февраль преимущество поворачивающейся панели над неподвижной панелью минимальное и неощутимое. В такое время дополнением наклонной панели служит вертикальная панель, а не горизонтальная (зеленая линия). Таким образом, низкие лучи солнца зимой скользят по горизонтальной панели, и отлично воспринимаются перпендикулярной им вертикальной. Следует, что эффективность перпендикулярной панели в ноябре, декабре и феврале превосходит производство наклонной панели и практически не отличается от эффективности панели, которая вращается. А в марте и октябре продолжительность дня большая, чем зимой, поэтому вращающаяся панель превосходит все неподвижные панели, но их эффективность практически одинаковая. И только в период с апреля по август, когда дни наиболее длинные, горизонтальная панель считается наиболее эффективной, нежели вертикальная. В июне горизонтальная панель превосходит вертикальную. Такой факт очевиден, поскольку летний день в Москве длится более 17 часов, а в полусфере вертикальной панели Солнце может находиться не больше 12 часов, а остальные 5 часов Солнце находится позади неё. При учете угла падения не более 60°, доля отраженного света от поверхности панели стремительно растет, а эффективность площади уменьшается больше чем в 2 раза. Тогда время эффективного восприятия солнечного излучения панелью не более 8 часов, т.е. 50% от общей продолжительности дня. Так можно объяснить факт стабилизации производительности вертикальных панелей на протяжении всего периода длинных дней, которые начинаются в марте, а заканчиваются в сентябре. Рассмотрим январь, когда производительность панелей практически одинаковая. Январь в Москве всегда пасмурный, больше 90% солнечной энергии является рассеянным. Для такого излучения совсем не имеет значения ориентация панели. Но даже несколько солнечных дней в январе способны снизить производительность горизонтальной панели на 20%.

Какой же угол наклона выбрать?

Угол наклона зависит от того, когда Вам необходима солнечная энергия. Если Вы планируете использовать ее в теплое время года, то предпочтительнее выбирать оптимальный угол наклона — перпендикулярный к среднему положению Солнца в период осеннего и весеннего равноденствия. Такой угол на 10-15° меньше географической широты для Москвы и составляет 40-45°. Если такая энергия Вам необходима круглый год, тогда нужно использовать весь максимум в зимние месяцы. Значит необходимо ориентироваться на среднее положение Солнца между осенним и весенним равноденствием, а панели размещать ближе к вертикали, т.е. на 5-15° больше географической широты.

Если согласно архитектурным соображениям невозможно выставить панель под таким углом, значит, придется выбирать между углом наклона не больше 40° или устанавливать панель вертикально. В такой ситуации более предпочтительной является вертикальная установка панели. При такой установке не страшен недобор энергии в длинные солнечные дни, поскольку в этот период Солнца достаточно много, а необходимость производительности энергии обычно не очень велика, как в холодное время года. Конечно же угол наклона панели необходимо ориентировать на юг, но даже небольшое отклонение в 10-15° на восток или запад практически ничего не изменит, поэтому небольшое отклонение допустимо.

Размещение солнечных панелей горизонтально совсем себя не оправдало и не является эффективным. Кроме сильного снижения выработки энергии в осеннее-зимний период, на горизонтальных панелях постоянно скапливается пыль, снег, вода. А согласно инструкции по уходу за панелями, все это нужно убирать только вручную. Если панель выставить под углом больше 60°, то снег практически не задерживается на ней и панель очищается сама, а пыль отлично смывает дождь.

И еще один интересный факт – если стекло поверхности является рельефным, а не гладким, то оно сможет более эффективно улавливать боковой свет, а также передавать его на рабочие элементы солнечной панели. Самым эффективным является волнообразный рельеф, с выступами и впадинами с севера на юг, а для вертикальных панелей – сверху вниз. Рифленое стекло увеличивает выработку неподвижной панели на 5-10%.

Угол наклона солнечной батареи: рекомендации по установке

Угол наклона любой солнечной батареи имеет огромное значение для ее производительности. Дело в том, что эффективнее всего гелиопанели работают только тогда, когда их поверхность ориентирована перпендикулярно падающему солнечному потоку. Иными словами, когда батарея направлена прямо на солнце. В этом случае фотоячейки поглощают максимальное количество фотонов и вырабатывают максимальный фототок.

Чтобы добиться такого эффекта, панели закрепляют на рамах или опорных конструкциях под нужным углом. Однако такое крепление подразумевает жесткую фиксацию батареи. Это означает, что в течение дня угол ее ориентации относительно солнца меняется из-за движения последнего. Таким образом образуется некоторое отклонение от оптимальных 90°.

Более того, на ориентацию панелей сильно влияет и сезонное положение солнца. Ведь зимой оно не поднимается на ту же высоту, что и летом. Значит, оптимальное положение солнечной батареи зимой должно отличаться от летнего, оно должно быть более горизонтальным. Отсюда следует, что для летнего использования батареи надо устанавливать под меньшим углом наклона, чем зимой.

Зачастую нет возможности дважды в год менять положение солнечных панелей (например, при их жесткой фиксации на крыше). В этом случае приходится идти на компромисс и выбирать промежуточный угол наклона. Его величина лежит примерно посередине между «летним» и «зимним» значениями. Причем надо помнить, что оптимальные углы напрямую зависят от географической широты места, для каждого региона они свои.

Практические рекомендации

Как правило, оптимальный угол для весны или осени принимают равным широте места установки панелей. «Зимнее» значение должно быть больше этой величины на 10-15 единиц, «летнее» — соответственно, меньше на 10-15 единиц. По сути, расхождение достаточно велико, именно поэтому угол ориентации рекомендуется менять дважды в год. Если это нереально, панели выставляют под углом, равным широте местности.

На практике также вполне допустимы отклонения от этого значения, но не более ±5°. Дело в том, что такое отклонение достаточно незначительно, и на производительность фотомодулей почти не влияет. Гораздо большее влияние на выработку энергии оказывают погодные условия.

Кроме того, очень важно учесть тип всей гелиосистемы. Например, для автономных комплексов оптимальный наклон напрямую определяется месячной инсоляцией и графиком энергопотребления дома. Это означает, что если в какой-то месяц рабочая нагрузка возрастает, то наклон подбирается именно для погодно-солнечных условий этого месяца.

Важна и ориентация панелей по сторонам света. Причем не стоит точно следовать правилу «устанавливать батареи строго на юг» в ущерб реальным условиям. К примеру, если направление на юг частично или полностью затеняет дерево (или иной объект), то батареи лучше ориентировать со смещением, допустим, на юго-запад.

Менять угол наклона на летний вариант лучше в середине апреля, на осенний – в конце августа, на зимний – в начале октября, на весенний – в начале марта.

Возможные варианты

Зачастую возможности менять наклон батарей дважды в год просто нет. В этом случае, если планируется круглогодичное использование системы, лучше всего установить два набора солнечных батарей. Один будет работать зимой, второй – летом.

Чтобы иметь возможность корректировать угол наклона, стоит монтировать гелиопанели не на крыше, а на отдельных рамах-стойках. Фирмы, выпускающие солнечные батареи, производят также и специальные рамы для их крепления. Особенность этих конструкций – возможность без труда изменить наклон панели, что позволяет повысить производительность системы фактически на 20%.