Bateria słoneczna została opracowana i zainstalowana w Northern Alberta Institute of Technology (NAIT) w celu uzyskania wiarygodnych informacji o optymalnym kącie instalacji dla projektantów elektrowni słonecznych i wszystkich, którzy instalują panele słoneczne. Zbadano wpływ kąta montażu paneli słonecznych i ilości śniegu na panelach słonecznych na wydajność elektrowni słonecznej.

Stół do prób dachowych NAIT i składa się z 6 par paneli słonecznych. Główny kampus NAIT znajduje się przy 11762 106 Street NW, Edmonton, Alberta.

Charakterystyka referencyjnej baterii słonecznej:

• Panel słoneczny ma 100% dostęp do światła słonecznego (brak drzew i budynków zasłaniających panel słoneczny)
• Moduły są zorientowane dokładnie na południe i zainstalowane na szerokości 53 °
• Każda para modułów jest instalowana pod różnymi kątami od 14 ° do 90 °
• Śnieg był usuwany z zachodniej (lewej) strony za każdym razem po śniegu
• Zdjęcia są robione bezpośrednio przed i bezpośrednio po odśnieżaniu
• Mikroinwertery rejestrowały stan pracy co 5 minut. Zarejestrowano parametry: czas, napięcie prądu przemiennego, napięcie prądu stałego, prąd stały, temperaturę falownika i moc wyjściową falownika.

Wybrano cztery kąty pochylenia, ponieważ są popularnymi kątami pochylenia dla połaci dachowych (14 °, 18 °, 27 °, 45 °). Ponadto wybrano kąty 53 ° (szerokość geograficzna obszaru Edmonton) i 90 ° (pionowy montaż na ścianie).

Projekt testowej baterii słonecznej.

Od 2012 roku śniegowe panele słoneczne były usuwane średnio 24 razy w sezonie zimowym. Panele po zachodniej stronie zostały wyczyszczone. Najwygodniejszym narzędziem do czyszczenia była 2-metrowa skrobak do szczotki samochodowej. Teleskopowy uchwyt szczotki eliminuje potrzebę schodów i zwiększa bezpieczeństwo podczas pracy.

Wnioski dotyczące wpływu kąta nachylenia i śniegu

Z przetwarzania danych z baterii słonecznej można wyciągnąć następujące wnioski.

Efekt śniegu

Wraz ze wzrostem kąta nachylenia wzrasta zdolność naturalnego odśnieżania. Pod kątem 90 ° na panelach nie ma śniegu podczas 99,5% zimy. Gdy kąt nachylenia zmniejsza się z 53 ° do 14 °, obserwuje się rosnącą różnicę w wytwarzaniu energii między modułami oczyszczonymi i odśnieżonymi.

Czy moduły należy czyścić ze śniegu, aby zwiększyć wydajność paneli słonecznych?

Test SB wykazał, że czyszczenie panelu powoduje wzrost produkcji energii z 0,85% do 5,31% w zależności od kąta nachylenia.

Zwykle właściciele systemów sieciowych nie czyszczą modułów w okresie zimowym. To zachowanie zależy od rodzaju systemu; w instalacji naziemnej łatwiej jest usunąć SB ze śniegu niż w przypadku dachowej baterii słonecznej.

Właściciele autonomicznych elektrowni słonecznych zwykle regularnie oczyszczają swoje lampy SB ze śniegu, ale zwykle jest to decyzja, którą właściciel podejmuje samodzielnie.

Jaki jest optymalny letni kąt nachylenia?

• Kąt pochylenia 27 ° pokazał maksymalną wydajność SB w okresie od 1 kwietnia do 30 września

Jaki jest optymalny zimowy kąt pochylenia?

• Kąt nachylenia 53 ° pokazał maksymalną wydajność SB w okresie od 1 października do 31 marca, w zależności od odśnieżania
  
• Kąty pochylenia 90 ° i53 °   pokazał maksymalną wydajność SB w okresie od 1 kwietnia do 30 września bez odśnieżania.
  

Jaki jest optymalny kąt pochylenia na rok?

• rocznie SB o kącie nachylenia 53 ° wytwarzał maksimum energii, pod warunkiem, że panele były oczyszczone ze śniegu
  
• rocznie SB z kątem nachylenia 53 ° wytwarzał maksimum energii bez czyszczenia paneli ze śniegu

W autonomicznym systemie z panelami słonecznymi najlepiej jest zmieniać kąt pochylenia 2 razy w roku podczas równonocy wiosennej i jesiennej. Oczywiście decyzję o regularnej zmianie kąta nachylenia SB podejmuje właściciel systemu zasilania.

Dodatkowe czynniki do rozważenia:

• Niebezpieczeństwo zimowej pracy dachu
• Podczas ciepłych słonecznych okresów zimowych śnieg topnieje i złuszcza się z paneli. Intensywność tego procesu zależy od kąta nachylenia paneli.
• W miesiącach zimowych z maksymalnym śniegiem napływ promieniowania słonecznego jest minimalny, wysokość słońca nad horyzontem jest również minimalna, a światło jest również najmniejsze.
  

Prognozowanie wydajności

Testowa bateria słoneczna NAIT wykazała 17% różnicę w wytwarzaniu energii podczas pierwszej i drugiej zimy. To pokazuje, że produkcja energii różni się znacznie z roku na rok. Projekt dostarczy bardziej wiarygodnych statystyk jako akumulacji historii obserwacji w kolejnych latach.

Wskaźniki: najciekawsze liczby na lata 2013–2014

• Moc szczytowa jednego modułu \u003d 226 W.
• Szczytowa produkcja energii w ciągu jednego dnia przez jeden moduł \u003d 1,82 kWh w dniu 27 maja przy kącie nachylenia 18 °
• Szczytowa miesięczna produkcja energii słonecznej \u003d 442 kWh w maju 2013 r
• Najniższa temperatura podczas obserwacji \u003d -31 ° C 6 grudnia 2013 r
• Najwyższa temperatura falownika \u003d 46 ° C 2 lipca 2013 r

Aby uzyskać więcej informacji, zobacz załączony raport fotowoltaicznej matrycy referencyjnej Northern Alberta Institute of Technology - 31 marca 2015 r. Projekt finansowany przez NAIT i miasto Edmonton.

Zobacz aktualne i historyczne dane dotyczące działania systemu. (monitorowanie systemu online, możesz zobaczyć aktualne dane pomiarowe; weź pod uwagę różnicę czasu w stosunku do Kanady!)

Odniesienie: Północny Instytut Technologii (Tim Matthews). (2014). Raport fotowoltaicznej macierzy referencyjnej. Program energii alternatywnej.Ostatnia aktualizacja: 18 sierpnia 2015 r

Tylko niewielka część promieniowania słonecznego dociera do powierzchni ziemi.

Światło słoneczne przemieszcza się ze Słońca na Ziemię w linii prostej. Kiedy dociera do atmosfery, część światła ulega załamaniu, a część dociera do ziemi w linii prostej. Kolejna część światła jest pochłaniana przez atmosferę. Światło załamane to tak zwane promieniowanie rozproszone lub światło rozproszone. Część światła słonecznego, która dociera do powierzchni ziemi bez rozproszenia lub absorpcji, jest promieniowaniem bezpośrednim. Promieniowanie bezpośrednie jest najbardziej intensywne.

Moduły słoneczne wytwarzają prąd, nawet gdy nie ma bezpośredniego światła słonecznego. Dlatego nawet przy pochmurnej pogodzie system fotowoltaiczny będzie wytwarzał energię elektryczną. Jednak najlepsze warunki do wytwarzania energii elektrycznej będą w jasnym świetle słonecznym, a panele będą skierowane prostopadle do światła słonecznego. W przypadku obszarów półkuli północnej panele powinny być skierowane na południe, w przypadku krajów półkuli południowej - na północ.

Wpływ różnych warunków oświetleniowych na produkcję modułów fotowoltaicznych (w% pełnej mocy)

Słońce przesuwa się po niebie z drenażu na zachód. Pozycja Słońca na niebie jest określona przez 2 współrzędne - deklinację i azymut. Deklinacja to kąt między linią łączącą obserwatora ze Słońcem a powierzchnią poziomą. Azymut to kąt między kierunkiem do Słońca i kierunkiem na południe (patrz rysunek po prawej).

Należy również pamiętać, że kierunek na południe magnetyczne (tj. Kompas) nie zawsze pokrywa się z kierunkiem na prawdziwe południe. Istnieją prawdziwe i magnetyczne bieguny, które się nie pokrywają. W związku z tym istnieją prawdziwe i magnetyczne południki. I od tego i od drugiego możesz policzyć kierunek do pożądanego elementu. W jednym przypadku zajmiemy się prawdziwym azymutem, w drugim magnetycznym. Prawdziwy azymut to kąt między prawdziwym (geograficznym) południkiem a kierunkiem do danego przedmiotu. Azymut magnetyczny - kąt między południkiem magnetycznym a kierunkiem do obiektu. Oczywiste jest, że azymuty prawdziwe i magnetyczne różnią się o tę samą wielkość, o którą meridian magnetyczny różni się od prawdziwego. Ta wartość nazywa się deklinacją magnetyczną. Jeśli igła kompasu odchyla się od prawdziwego południka na wschód, deklinacja magnetyczna nazywana jest na wschód; jeśli strzała odchyla się na zachód, deklinacja nazywa się zachodnią. Deklinacja wschodnia jest często oznaczana znakiem „+” (plus), zachodnia - znakiem „-” (minus). Wielkość deklinacji magnetycznej nie jest taka sama w różnych obszarach. Tak więc dla regionu moskiewskiego deklinacja wynosi +7, + 8 °, ale ogólnie w Rosji zmienia się w większym stopniu.

W praktyce panele słoneczne powinny być ustawione pod pewnym kątem do powierzchni poziomej. W pobliżu równika panele słoneczne powinny być umieszczone pod bardzo małym kątem (prawie poziomo), aby deszcz zmywał kurz i brud z modułów fotowoltaicznych.

Małe odchylenia od tej orientacji nie odgrywają znaczącej roli, ponieważ w ciągu dnia słońce przesuwa się po niebie ze wschodu na zachód.

Przykład

Udział produkcji energii przez układ fotowoltaiczny na zboczu 45 stopni, na szerokości 52 stopni szerokości geograficznej północnej.

Wydajność jest maksymalna (100%), gdy panele są ustawione pod kątem 36 stopni i są skierowane na południe. Jak widać z tabeli, różnica między kierunkami na południe, południowy wschód i południowy zachód jest znikoma.

Kąt pochylenia słonecznego

Panele słoneczne działają najskuteczniej, gdy są skierowane na słońce, a ich powierzchnia jest prostopadła do promieni słonecznych. Panele słoneczne są zwykle umieszczone na dachu lub konstrukcji wsporczej w stałej pozycji i nie mogą monitorować pozycji słońca w ciągu dnia. Dlatego zazwyczaj panele słoneczne nie są ustawione pod optymalnym kątem (90 stopni) przez cały dzień. Kąt między płaszczyzną poziomą a panelem słonecznym jest zwykle nazywany kątem nachylenia.

Z powodu ruchu Ziemi wokół Słońca występują również zmiany sezonowe. Zimą słońce nie osiąga takiego samego kąta jak latem. Idealnie, panele słoneczne powinny być umieszczone latem bardziej poziomo niż zimą. Dlatego kąt pochylenia do pracy w lecie jest wybierany mniej niż do pracy w zimie. Jeśli zmiana kąta dwa razy w roku nie jest możliwa, panele należy ustawić pod optymalnym kątem, którego wartość leży gdzieś pośrodku między optymalnymi kątami na lato i zimę. Dla każdej szerokości geograficznej istnieje optymalny kąt nachylenia paneli. Tylko w obszarach znajdujących się w pobliżu równika panele słoneczne powinny być poziome.

Na wiosnę i jesień optymalny kąt nachylenia jest zwykle równy szerokości geograficznej obszaru. Zimą do tej wartości dodaje się 10–15 stopni, a latem 10–15 stopni z tej wartości. Dlatego zwykle zaleca się zmianę kąta nachylenia z „letniego” na „zimowy” dwa razy w roku. Jeśli nie jest to możliwe, wówczas kąt nachylenia jest wybierany w przybliżeniu równy szerokości geograficznej terenu.

Małe odchylenia do tego optymalnego do 5 stopni mają znikomy wpływ na wydajność modułów. Różnica warunków pogodowych bardziej wpływa na wytwarzanie energii elektrycznej. W przypadku systemów autonomicznych optymalny kąt nachylenia zależy od miesięcznego harmonogramu obciążenia, tj. jeśli w danym miesiącu zużywa się więcej energii, kąt pochylenia należy wybrać optymalnie dla tego konkretnego miesiąca. Ponadto należy rozważyć, jakie jest zacienienie w ciągu dnia. Na przykład, jeśli masz drzewo po wschodniej stronie i wszystko jest czyste po zachodniej stronie, najprawdopodobniej sensowne jest przesunięcie orientacji z dokładnego południa na południowy zachód.

Utrata produkcji z powodu odbicia

(jako procent kierunku prostopadłego do modułu)

Przykład

Optymalny kąt nachylenia dla szerokości 52 stopni (szerokości geograficznej północnej) dla systemów podłączonych do sieci wynosi 36 stopni. Jednak w przypadku autonomicznego układu o w przybliżeniu równych wymaganiach energetycznych w ciągu roku optymalny kąt nachylenia wyniesie około 65-70 stopni.

Wybierając optymalną orientację paneli słonecznych, należy zwrócić uwagę na praktyczne zastosowanie różnych rodzajów instalacji słonecznych. W wielu witrynach skupiających się na energii słonecznej kwestia ta nie jest wystarczająco ujawniona, a ignorancja może prowadzić do zmniejszenia efektywności paneli do najniższego poziomu.

Kąt nasłonecznienia na powierzchni paneli dość silnie wpływa na współczynnik odbicia, a zatem na część nieotrzymanej energii słonecznej. Przykład: w przypadku szkła, gdy kąt padania odchyla się od prostopadłej do jego powierzchni do 30 °, współczynnik odbicia pozostaje prawie niezmieniony i wynosi mniej niż 5%, to znaczy ponad 95% promieniowania, które dostaje się na powierzchnię, przechodzi do wnętrza. Dalszy wzrost odbicia jest bardziej zauważalny: o 60 ° odsetek odbijanego promieniowania prawie się podwaja - do 10% itp.

Ważniejszy jest efektywny obszar panelu. Obszar efektywny jest równy rzeczywistemu obszarowi panelu pomnożonemu przez sinus kąta między płaszczyzną a kierunkiem przepływu. Dlatego jeśli panel jest prostopadły do \u200b\u200bprzepływu, wówczas jego efektywny obszar jest taki sam jak rzeczywisty. Jeśli przepływ jest odchylony o 60 °, obszar ten stanowi połowę powierzchni rzeczywistej. Jeśli przepływ jest równoległy do \u200b\u200bpanelu, wówczas efektywny obszar jest równy zero. W rezultacie jest oczywiste, że odchylenie przepływu od pionu do panelu nie tylko zwiększa odbicie, ale może również zmniejszyć efektywny obszar, powodując zmniejszenie produkcji takiej energii.

Najbardziej skuteczna jest stała orientacja panelu prostopadła do strumienia światła słonecznego. Będzie to wymagało zmiany panelu w dwóch płaszczyznach, ponieważ kierunek Słońca zależy od pory dnia i pory roku. Oczywiście ten system jest technicznie możliwy, ale jest dość złożony, dlatego drogi i niezbyt niezawodny.

Jak wiadomo, przy kątach padania promieni do 30 ° współczynnik odbicia na powierzchni szkła jest minimalny i nie zmienia się, przez cały rok kąt maksymalnego wschodu słońca nad horyzontem odchyla się o 23 °. Nawet gdy kąt odbiega od prostopadłej o 23 °, efektywny obszar panelu pozostaje dość obszerny, nie mniej niż 92% jego rzeczywistej powierzchni. Dlatego powinieneś skupić się na średniej rocznej wysokości maksymalnego wschodu Słońca, a także ograniczyć się do obrotu w jednej płaszczyźnie bez utraty wydajności - wokół osi polarnej Ziemi, z prędkością 1 obrotu dziennie. W stosunku do poziomego kąt obrotu panelu jest równy szerokości geograficznej położenia obiektu. Na przykład Moskwa znajduje się na szerokości 56 °, dlatego oś obrotu panelu powinna być przechylona na północ o 56 ° w stosunku do powierzchni. Zorganizowanie takiego obrotu w praktyce jest dość proste, ale do obrotu bez przeszkód potrzeba dużo miejsca. Musisz także zorganizować połączenie przesuwne, które pozwoli ci przekierować całą energię otrzymaną z obracającego się panelu lub ograniczyć się do elastycznej komunikacji przy stałym połączeniu, ale musisz zautomatyzować panel powracający do pierwotnej pozycji w nocy. W przeciwnym razie energia nie zadziała, aby uniknąć skręcenia i zerwania komunikacji wychodzącej. Takie rozwiązania w wystarczający sposób zwiększają poziom złożoności oraz zmniejszają niezawodność i wydajność systemu. Wraz ze wzrostem mocy panelu problemy techniczne stają się coraz bardziej skomplikowane wykładniczo.

W związku z powyższym panele poszczególnych instalacji solarnych są montowane głównie w stanie stacjonarnym, co zapewni nabywcy dość niską cenę i wysoki poziom niezawodności takiej instalacji. Ale tutaj należy wybrać odpowiedni kąt nachylenia i umieszczenia panelu. Poniżej znajduje się wykres postrzegania energii słonecznej na przykładzie Moskwy.

Postrzeganie energii słonecznej za pomocą paneli o różnych orientacjach w Moskwie

Linia pomarańczowa   pokazuje wyniki śledzenia obrotu Słońca wokół osi biegunowej.
Niebieska linia    - nieruchomy poziomy panel.
Zielona linia   - naprawiono pionowy panel skierowany na południe.
Czerwona linia   - stały panel skierowany na południe pod kątem 40 ° do horyzontu.

Przeanalizujmy diagramy nasłonecznienia dla różnych kątów instalacji paneli. Nie jest tajemnicą, że panel obracający się po Słońcu jest najbardziej skuteczny (pomarańczowa linia). Ale nawet w długie letnie dni skuteczność takiego panelu pod optymalnym kątem (czerwona linia) wynosi tylko 30%. Ale w takie dni jest dużo ciepła i światła. W okresie od października do lutego przewaga panelu obrotowego nad panelem stałym jest minimalna i niezauważalna. W takim momencie panel pionowy zamiast poziomego (zielona linia) służy jako dodatek do nachylonego panelu. W ten sposób niskie promienie słońca zimą ślizgają się po poziomym panelu i są doskonale postrzegane jako skierowane do nich pionowo. Wynika z tego, że wydajność panelu prostopadłego w listopadzie, grudniu i lutym przekracza produkcję panelu nachylonego i praktycznie nie różni się od wydajności panelu obracającego się. A w marcu i październiku dzień jest dłuższy niż zimą, więc obrotowy panel jest lepszy od wszystkich stałych paneli, ale ich wydajność jest prawie taka sama. I tylko w okresie od kwietnia do sierpnia, kiedy dni są najdłuższe, panel poziomy jest uważany za najbardziej skuteczny niż panel pionowy. W czerwcu poziomy panel jest lepszy od pionowego. Fakt ten jest oczywisty, ponieważ letni dzień w Moskwie trwa dłużej niż 17 godzin, a słońce może być nie więcej niż 12 godzin na półkuli pionowego panelu, a słońce pozostaje za nim przez pozostałe 5 godzin. Biorąc pod uwagę kąt padania nie większy niż 60 °, frakcja światła odbitego z powierzchni panelu szybko rośnie, a wydajność tego obszaru zmniejsza się ponad 2 razy. Zatem czas skutecznego postrzegania promieniowania słonecznego przez panel wynosi nie więcej niż 8 godzin, tj. 50% całkowitej długości dnia. To może tłumaczyć fakt stabilizacji wydajności paneli pionowych przez cały okres długich dni, które zaczynają się w marcu, a kończą we wrześniu. Rozważmy styczeń, kiedy wydajność paneli jest prawie taka sama. Stycznia w Moskwie jest zawsze pochmurno, ponad 90% energii słonecznej jest rozproszone. W przypadku takiego promieniowania orientacja panelu w ogóle nie ma znaczenia. Ale nawet kilka słonecznych dni w styczniu może zmniejszyć wydajność panelu poziomego o 20%.

Jaki kąt wybrać?

Kąt nachylenia zależy od tego, kiedy potrzebujesz energii słonecznej. Jeśli planujesz używać go w ciepłym sezonie, lepiej wybrać optymalny kąt nachylenia - prostopadły do \u200b\u200bśredniej pozycji Słońca podczas równonocy jesiennej i wiosennej. Kąt ten jest o 10–15 ° mniejszy niż szerokość geograficzna Moskwy i wynosi 40–45 °. Jeśli potrzebujesz takiej energii przez cały rok, musisz zużyć maksimum w miesiącach zimowych. Oznacza to, że konieczne jest skupienie się na średniej pozycji Słońca między równonocy jesiennej i wiosennej oraz umieszczenie paneli bliżej pionu, tj. 5-15 ° więcej niż szerokość geograficzna.

Jeśli, zgodnie z względami architektonicznymi, nie można wystawić panelu pod takim kątem, oznacza to, że musisz wybrać pomiędzy kątem nachylenia nie większym niż 40 ° lub zainstalować panel pionowo. W takiej sytuacji preferowana jest pionowa instalacja panelu. Przy takiej instalacji niedobór energii w długie słoneczne dni nie jest straszny, ponieważ w tym okresie jest dużo Słońca, a zapotrzebowanie na wydajność energetyczną zwykle nie jest bardzo duże, jak w zimnych porach roku. Oczywiście kąt nachylenia panelu musi być zorientowany na południe, ale nawet niewielkie odchylenie 10-15 ° na wschód lub zachód niewiele się zmieni, więc dopuszczalne jest niewielkie odchylenie.

Umieszczenie paneli słonecznych poziomo nie uzasadniało się i nie jest skuteczne. Oprócz silnego spadku produkcji energii w okresie jesienno-zimowym kurz, śnieg i woda stale gromadzą się na poziomych panelach. I zgodnie z instrukcjami dotyczącymi pielęgnacji paneli wszystko to należy usunąć tylko ręcznie. Jeśli panel zostanie ustawiony pod kątem większym niż 60 °, śnieg praktycznie nie pozostanie na nim, a panel sam się oczyści, a pył doskonale spłucze deszcz.

I jeszcze jeden interesujący fakt - jeśli szkło powierzchni jest wytłaczane, a nie gładkie, będzie w stanie bardziej skutecznie wychwytywać światło boczne, a także przekazywać je do elementów roboczych panelu słonecznego. Najbardziej skuteczny jest pofalowany relief, z występami i zagłębieniami z północy na południe, a dla paneli pionowych - od góry do dołu. Szkło faliste zwiększa produkcję stałego panelu o 5-10%.

Data dodania: 02.02.2015

Bateria słonecznaModuł fotowoltaiczny to odnawialne źródło energii elektrycznej, które przekształca energię świetlną słońca w elektryczność.

Moduły fotowoltaiczne są najczęściej stosowane jako wydajne i przyjazne dla środowiska źródła energii do różnych zastosowań. Są to przede wszystkim systemy sieciowe do sprzedaży energii do wspólnej sieci regionu za pośrednictwem falownika sieciowego. Moduły fotowoltaiczne są również wykorzystywane jako odnawialne źródła energii w rezerwowych i autonomicznych systemach zasilania.

Orientacja i kąty montażu paneli słonecznych.

Montaż modułów fotowoltaicznych odbywa się na specjalnych konstrukcjach, które zapewniają ich optymalną orientację do słońca i niezawodne mocowanie do różnego rodzaju powierzchni w miejscu instalacji: fundamenty gruntowe, dachy spadziste, dachy płaskie, a także powierzchnie pionowe.

Aby uzyskać maksymalną wydajność energetyczną, moduły fotowoltaiczne muszą być zamontowane w taki sposób, aby promienie słoneczne padały na powierzchnię roboczą modułu pod kątem 90 °. Wymóg ten można spełnić w przypadku instalacji solarnych jedynie poprzez zastosowanie specjalnych konstrukcji obrotowych z dwuosiowym układem śledzenia dla systemów śledzenia słońca (patrz poniżej). Takie instalacje słoneczne, oprócz oczywistych zalet w maksymalizacji wykorzystania energii słonecznej, są dość drogimi urządzeniami, zużywają, choć nie znacząco, ale stale energię, wymagają dużej powierzchni do instalacji w porównaniu ze stałymi konstrukcjami. Dlatego zwykle kompromitują wydajność systemu i koszty projektowe, a głównie wykorzystują struktury stacjonarne w systemach fotowoltaicznych.

Takie struktury są zorientowane na południe, z niewielkimi odchyleniami w azymucie (patrz schemat), a także ustawione ze stałym lub zmiennym kątem nachylenia.

Wydajność energetyczna systemu fotowoltaicznego, w zależności od projektu instalacji.

Optymalny kąt panele słoneczne   zależy od szerokości geograficznej terenu i można go również zmienić, w zależności od tego, jaki rodzaj optymalizacji produkcji energii jest konieczny do osiągnięcia. Można go zatem zmniejszyć od wartości optymalnej, jeśli układ fotowoltaiczny działa w okresie letnim (optymalny okres letni), zwiększyć, jeśli układ fotowoltaiczny jest używany głównie w okresie jesienno-zimowym, lub przyjąć jako średnią wartość, jeśli układ fotowoltaiczny jest przeznaczony do użytku przez cały rok.

Uproszczony wzór do obliczania optymalnego kąta nachylenia fotomodułów:

• Jeśli szerokość geograficzna wynosi do 25 °, pomnóż wartość liczbową szerokości geograficznej przez 0,87.
• Jeśli szerokość wynosi od 25 ° do 50 °, pomnóż wartość liczbową szerokości przez 0,76 plus 3,1 stopnia.

Poniższy wykres pokazuje wpływ regulacji pochylenia na wydajność. Turkusowa linia pokazuje ilość energii, którą można otrzymać każdego dnia, jeśli instalacja paneli słonecznych   wytwarzane pod stałym optymalnym kątem nachylenia. Czerwona linia pokazuje ilość energii słonecznej, którą można uzyskać poprzez regulację kąta nachylenia cztery razy w roku. Purpurowa linia pokazuje ilość energii słonecznej na dzień, jeśli panele słoneczne   zamontowany pod kątem zimowym. Dla porównania zielona linia pokazuje energię, którą można uzyskać z dwuosiowego systemu śledzenia trackera, który zawsze kieruje panele bezpośrednio na słońce. Dane dotyczą szerokości 40 °.

Jeśli konstrukcja pozwala zmienić kąt nachylenia paneli słonecznych, wówczas przy zmianie kąta dwa razy w roku na szerokości między 25 ° a 50 °, możesz przyjąć następujące liczby: najlepszy kąt nachylenia dla lata to wartość liczbowa razy szerokość geograficzna 0,93 minus 21 stopni. Najlepszy kąt pochylenia na zimę to wartość liczbowa razy szerokość geograficzna 0,875 plus 19,2 stopnia. Optymalny czas zmiany kąta nachylenia na lato to 30 marca, a na zimę 12 września.

Podczas regulacji kąta pochylenia paneli słonecznych cztery razy w roku na szerokościach geograficznych między 25 ° a 50 ° najlepsze kąty pochylenia to:

• dla lata wartość liczbową szerokości geograficznej mnoży się przez 0,92 i odejmuje 24,3 stopnia.
• na wiosnę i jesień wartość liczbową szerokości geograficznej mnoży się przez 0,98 i odejmuje 2,3 stopnia.
• na zimę pomnóż wartość liczbową szerokości geograficznej przez 0,89 i dodaj 24 stopnie.

Optymalny czas zmiany kąta nachylenia w okresie letnim to 18 kwietnia, w okresie jesiennym - 24 sierpnia, w okresie zimowym - 7 października, w okresie wiosennym - 5 marca.

Zimą panele słoneczne o zimowym kącie pochylenia będą zorientowane dość skutecznie, wychwytując od 81 do 88% energii w porównaniu do systemu śledzącego. Ten kąt nachylenia jest dobrym rozwiązaniem w miejscach, w których w zimie obciążenie jest większe niż w lecie. Wiosną, latem i jesienią efektywność będzie niższa (74-75% wiosną / jesienią i 68-74% latem), ponieważ w tych porach roku słońce przechodzi przez duży obszar nieba, a stały panel nie może uchwycić skierowanego na niego kąta, zbliża się do 90 °, znacznej części dnia. To tylko pora roku, w której systemy śledzenia trackerów dają największy efekt.

Należy pamiętać, że w zimie kąt jest o około 5 ° bardziej stromy niż zwykle jest to zalecane. Powodem jest to, że zimą większość energii słonecznej jest w południe, więc moduły fotowoltaiczne powinny być skierowane prawie bezpośrednio na słońce w południe. Kąt jest modyfikowany, aby uzyskać najbardziej kompletną energię w ciągu dnia.

Jeśli konstrukcja systemów fotowoltaicznych pozwala na dostosowanie kąta nachylenia co miesiąc, wówczas takie wartości są brane do obliczenia jego wartości na szerokości geograficznej L.

Od równonocy wiosennej do równonocy jesiennej –

• kąt wynosi (L-5 °) w dniach 3 kwietnia i 9 września (w tym kolejne 2 tygodnie różnicy)
• kąt wynosi (L-10 °) w dniach 17 kwietnia i 26 sierpnia (w tym kolejne 2 tygodnie różnicy)
• kąt wynosi (L-15 °) 1 maja i 12 sierpnia (w tym kolejne 2 tygodnie różnicy)
• kąt wynosi (L-20 °) w dniu 22 maja i do 22 lipca (w tym kolejne 2 tygodnie różnicy)
• kąt wynosi (L-23,5 °) w dniu 22 czerwca (przesilenie letnie)

Od równonocy jesiennej do równonocy wiosennej–

• kąt jest równy szerokości geograficznej L w dniach 22 marca i 22 września (równonoc)
• kąt wynosi (L +5 °), w dniach 6 października i 7 marca (w tym kolejne 2 tygodnie różnicy)
• kąt wynosi (L +10 °) w dniu 19 października i do 22 lutego (w tym kolejne 2 tygodnie różnicy)
• kąt wynosi (L +15 °), 3 listopada i 8 lutego (w tym kolejne 2 tygodnie różnicy)
• kąt wynosi (L +20 °) w dniach 23 listopada i 23 stycznia (w tym kolejne 2 tygodnie różnicy)
• kąt wynosi (L + 23,5 °) w dniu 22 grudnia (przesilenie zimowe)

Kąty nachylenia dla niektórych szerokości geograficznych, w zależności od pory roku, przedstawiono na wykresie

Podczas układania konstrukcji paneli słonecznych w kilku rzędach, oprócz prawidłowej orientacji i kąta nachylenia, bardzo ważne jest, aby wybrać odpowiednią odległość między rzędami, aby nie było wzajemnego zacienienia powierzchni modułów. Dla środkowego pasma, z optymalnym stałym kątem nachylenia, często stosuje się prosty wzór d \u003d 3w, gdzie d jest odległością między rzędami, a w jest wysokością panelu przy optymalnym kącie nachylenia.

Przy kątach nachylenia zbliżonych do 30 ° wskaźnik wykorzystania miejsca pod układem fotowoltaicznym wynosi 33%. Przedstawione dane są poglądowe, zebrane z różnych źródeł i różnią się nieznacznie wartością, ponieważ zostały obliczone przy użyciu różnych metod. Zasadniczo ich zadaniem jest wyobrażenie sobie, jak optymalnie może działać system fotowoltaiczny, w zależności od orientacji i kąta paneli słonecznych.

Rodzaje konstrukcji do montażu paneli słonecznych.

Projekty do montażu powierzchniowego paneli słonecznych .

Do montażu powierzchniowego paneli słonecznych konstrukcje są wykonane z ocynkowanego żelaza lub profilu aluminiowego, zmontowane w jedną konstrukcję do montażu jednego lub grupy kilku modułów w płaszczyźnie pionowej lub poziomej. Takie konstrukcje są często instalowane na betonowym fundamencie.

Oprócz struktur stacjonarnych do instalowania modułów fotowoltaicznych na ziemi, istnieją również konstrukcje obrotowe w jednej lub dwóch płaszczyznach do systemów śledzenia dla systemów orientacji śledzenia słońca. Korzystanie z trackerów pozwala najskuteczniej zorientować aktywną powierzchnię paneli terminali i znacznie zwiększyć wydajność energetyczną w porównaniu z ustalonym umieszczeniem na stałych konstrukcjach metalowych - nawet o 30 - 40%.

Trackery wykonane są ze stali nierdzewnej i profili aluminiowych.

Stosunek kosztu i skuteczności trackerów determinuje optymalną moc umieszczonych na nich fotomodułów, która może wynosić od jednostek do kilkudziesięciu kilowatów.

Projekty do montażu paneli słonecznych na dachach.

Do montażu modułów fotowoltaicznych na płaskich dachach stosuje się aluminiowe konstrukcje profilowe z elementami nośnymi ze stali nierdzewnej. Na takich konstrukcjach panele są montowane na jednym lub kilku poziomach, zorientowanych w płaszczyźnie poziomej lub pionowej.

Na dachach spadzistych zorientowanych na południe w azymucie i kącie nachylenia zbliżonym do optymalnego montaż paneli słonecznych odbywa się na profilach aluminiowych montowanych na elementach nośnych w / na dachu.

Mobilne projekty słoneczne

Projekty modułów fotowoltaicznych do zastosowań mobilnych powinny umożliwiać szybkie rozmieszczenie i ukierunkowanie modułów na końcu, a także być wystarczająco kompaktowe do transportu. Wykonane są z profilu aluminiowego, z łącznikami ze stali nierdzewnej, z wykorzystaniem obrotowych węzłów, co pozwala na zmianę geometrii konstrukcji i orientacji całego systemu lub poszczególnych elementów.

Takie konstrukcje podlegają pewnym ograniczeniom związanym z masowymi wymiarami całego układu, a także warunkami jego transportu i doprowadzenia go do stanu roboczego.

Jak zatem wspomniano powyżej, wydajność systemów fotowoltaicznych zależy bezpośrednio od tego, jak poprawnie wykonano instalację paneli słonecznych i wybrano ich projekty. Wybór i obliczenia projektowe dla systemu fotowoltaicznego są równie ważnym elementem dla uzyskania maksymalnej mocy wyjściowej z niego, jak inne elementy systemu - moduły fotowoltaiczne i falowniki.

Panele słoneczne działają najskuteczniej, gdy są skierowane na słońce, a ich powierzchnia jest prostopadła do promieni słonecznych. Jak określić sytuację, w której będą wytwarzać maksymalną ilość energii dziennie?

Słońce porusza się po niebie ze wschodu na zachód. Pozycja Słońca na niebie jest określona przez 2 współrzędne - deklinację i azymut. Deklinacja to kąt między linią łączącą obserwatora ze Słońcem a powierzchnią poziomą. Azymut to kąt między kierunkiem do Słońca i kierunkiem na południe (patrz rysunek po prawej).

Ogólnie rzecz biorąc, istnieją tylko trzy opcje zwiększenia narażenia baterii słonecznej na bezpośrednie działanie promieni słonecznych:

1. Montaż na stałej konstrukcji pod optymalnym kątem
2. Montaż na trackerze dwuosiowym (platforma obrotowa, która może obracać się za słońcem w dwóch płaszczyznach)
3. Instalacja na trackerze jednoosiowym (platforma może zmienić tylko jedną oś, najczęściej tę, która jest odpowiedzialna za przechylenie)

Opcje nr 2 i nr 3 mają swoje zalety (znaczny wzrost czasu pracy baterii słonecznej i pewien wzrost produkcji energii), ale są też wady: wyższa cena, spadek niezawodności systemu z powodu wprowadzenia ruchomych elementów, potrzeba dodatkowej konserwacji itp. .p.). Rozważymy wykonalność zastosowania trackerów w osobnym artykule, na razie porozmawiamy tylko o opcji nr 1 - stałej konstrukcji lub stałej konstrukcji o zmiennym kącie nachylenia.

Panele słoneczne są zwykle umieszczone na dachu lub konstrukcji wsporczej w stałej pozycji i nie mogą monitorować pozycji słońca w ciągu dnia. Dlatego zwykle panele słoneczne nie są pod optymalnym kątem (90 stopni w stosunku do promieni słonecznych) przez cały dzień. Kąt między płaszczyzną poziomą a panelem słonecznym jest zwykle nazywany kątem nachylenia.

Z powodu ruchu Ziemi wokół Słońca występują również zmiany sezonowe. Zimą słońce nie osiąga takiego samego kąta jak latem. Idealnie, panele słoneczne powinny być umieszczone bardziej poziomo latem niż zimą. Dlatego kąt pochylenia do pracy w lecie jest wybierany mniej niż do pracy w zimie. Jeśli zmiana kąta dwa razy w roku nie jest możliwa, panele należy ustawić pod optymalnym kątem, którego wartość leży gdzieś pośrodku między optymalnymi kątami na lato i zimę. Dla każdej szerokości geograficznej istnieje optymalny kąt nachylenia paneli. Tylko w obszarach w pobliżu równika panele słoneczne powinny być umieszczone prawie poziomo (ale nawet tam są zainstalowane pod niewielkim kątem, aby deszcz mógł zmyć brud z panelu słonecznego).

Zazwyczaj na wiosnę i jesień przyjmuje się optymalny kąt nachylenia równy szerokości geograficznej obszaru. Zimą do tej wartości dodaje się 10–15 stopni, a latem 10–15 stopni z tej wartości. Dlatego zwykle zaleca się zmianę kąta nachylenia z „letniego” na „zimowy” dwa razy w roku. Jeśli nie jest to możliwe, wówczas kąt nachylenia jest wybierany w przybliżeniu równy szerokości geograficznej terenu. Ponadto kąt nachylenia zależy również od szerokości geograficznej obszaru. Zobacz tabelę po prawej stronie.

Straty produkcyjne spowodowane odbiciem (w procentach do prostopadłego kierunku do modułu)

Małe odchylenia do tego optymalnego do 5 stopni mają znikomy wpływ na wydajność modułów. Różnica warunków pogodowych bardziej wpływa na wytwarzanie energii elektrycznej. W przypadku systemów autonomicznych optymalny kąt nachylenia zależy od miesięcznego harmonogramu obciążenia, tj. jeśli w danym miesiącu zużywa się więcej energii, kąt pochylenia należy wybrać optymalnie dla tego konkretnego miesiąca. Ponadto należy rozważyć, jakie jest zacienienie w ciągu dnia. Na przykład, jeśli masz drzewo po wschodniej stronie i wszystko jest czyste po zachodniej stronie, najprawdopodobniej sensowne jest przesunięcie orientacji z dokładnego południa na południowy zachód.

Przykład 1

Na przykład latem optymalny kąt nachylenia wynosi 30-40 stopni, a zimą - ponad 70, w zależności od szerokości geograficznej terenu. Wiosną i jesienią kąt nachylenia ma średnią wartość między wartością kąta dla lata i zimy. W przypadku systemów autonomicznych optymalny kąt nachylenia zależy od miesięcznego harmonogramu obciążenia, tzn. Jeśli więcej energii zużyje się w danym miesiącu, wówczas kąt nachylenia należy wybrać optymalnie dla tego miesiąca.

Optymalny kąt nachylenia dla szerokości 52 stopni (szerokości geograficznej północnej) dla systemów podłączonych do sieci wynosi 36 stopni. Jednak w przypadku autonomicznego układu o w przybliżeniu równych wymaganiach energetycznych w ciągu roku optymalny kąt nachylenia wyniesie około 65-70 stopni.

Przykład 2

Udział produkcji energii przez układ fotowoltaiczny na zboczu 45 stopni, na szerokości 52 stopni szerokości geograficznej północnej.

Wydajność jest maksymalna (100%), gdy panele są ustawione pod kątem 36 stopni i są skierowane na południe. Jak widać z tabeli, różnica między kierunkami na południe, południowy wschód i południowy zachód jest znikoma.

Zależność produkcji ogniw słonecznych od kierunku do Słońca

Obliczając ilość energii słonecznej otrzymywanej przez panele słoneczne przy padaniu światła słonecznego pod kątem innym niż 90 °, rozważamy następujący przykład:
Przykład:   panele słoneczne są skierowane na południe, bez nachylenia podłużnego. Słońce świeci z południowego wschodu. Linia narysowana prostopadle między panelami słonecznymi a kierunkiem do Słońca ma kąt równy 360/8 \u003d 45 stopni. Szerokość jednej wiązki padającego promieniowania słonecznego będzie równa tan (| 90-45 |) / sin (| 90-45 |) \u003d 1,41, a ilość energii słonecznej otrzymanej przez panele słoneczne będzie wynosić 1 / 1,41 \u003d 71% mocy, która była uzyskano by, gdyby Słońce świeciło dokładnie z południa.

Dobry artykuł opisujący eksperymentalne testy produkcji paneli słonecznych instalowanych pod różnymi kątami - stamtąd rozważany jest również efekt czyszczenia paneli słonecznych instalowanych pod różnymi kątami ze śniegu.

Jak zawsze, jeśli napotkasz trudności przy wyborze paneli słonecznych, falowników sieciowych do swojej elektrowni słonecznej lub jeśli potrzebujesz pomocy przy instalacji, skontaktuj się z nami, nasi inżynierowie będą w stanie zaoferować najlepszą opcję. Pracujemy na rynku paneli słonecznych od ponad 15 lat, w tym czasie zgromadziliśmy dobre doświadczenia i chętnie Ci pomożemy.