Сонячні панелі виробляють електроенергію з енергії світла. Відповідно, їх встановлення у великій мірі визначається тим, щоб якнайбільше світлових променів потрапляло на площу панелей під оптимальним кутом.
У цій статті ми розповімо, яка орієнтація та кут нахилу є найкращими для мережевих сонячних станцій. Також, ви дізнаєтеся, в яких межах зберігається доцільність встановлення дахової СЕС, оскільки у реальному світі мало яка поверхня (дах чи фасад) має найкращі характеристики.
Виходом із ситуації можуть бути рухомі конструкції для слідкування за переміщенням Сонця – трекерні системи.
Вони є двох видів:
- одноосні (змінюють лише кут нахилу панелей)
- двохосні (змінюють кут нахилу та азимут)
У таких станцій є переваги (збільшене виробництво енергії та можливість оптимізації). Але недоліки теж вагомі: висока ціна, зниження надійності системи через наявність рухомих елементів, потреба у техобслуговуванні).
Тому більшість домашніх сонячних станцій встановлюють на нерухомих конструкціях, обираючи при цьому максимально сприятливі параметри.
Положення відносно сторін горизонту
Ви вже здогадалися, що оптимальна орієнтація для сонячної станції – це південь. При встановленні панелей у південному напрямку вони отримують найбільшу кількість сонячного випромінювання в порівнянні з іншими сторонами горизонту. Звичайно, абсолютна більшість дахів приватних будинків не орієнтовані ідеально. Тому доцільним питанням буде:
При якому відхиленні від південного напрямку зберігається задовільне виробництво енергії сонячними панелями?
Для прикладу пропонуємо використати вихідні дані:
- Встановлена потужність станції: 10 кВт
- Кут нахилу панелей: 35 градусів (про вплив кута нахилу на генерацію дивіться нижче)
- Регіон: Київ
Ми провели наступні розрахунки: змінюючи положення панелей відносно сторін горизонту – ми фіксували розрахункові величини виробництва енергії. Крок зміни напрямку – 5 градусів, що дозволило відносно точно прослідкувати зміну річної генерації сонячної станції.
Очікувано, південний напрямок встановлення дав найвище виробництво енергії – 11 200 кВт*год/рік.
Орієнтування панелей на північ забезпечило б вам лише близько 30% енергії, порівнюючи з півднем – 3200 кВт*год/рік.
Східний та західний напрямок знизить генерацію станції на 37% до 7100 кВт*год/рік (як побачимо далі, цей показник можна дещо підвищити зміною кута панелей).
Зниження виробітку енергії не є стабільним. Його темп зростає, щодалі від південного напрямку.
При встановленні панелей у межах 20 градусів у східну чи західну сторону від півдня, зниження річної генерації не має впасти більш ніж на 2% від оптимального.
95% продуктивності станції можна зберегти навіть при зміщенні на 30 градусів.
А розміщення панелей у південно-західному чи південно-східному напрямку спричинить зниження виробництва енергії в межах 10%. Що, на нашу думку, не є критичним для успішності проекту.
Кут нахилу панелей
Впродовж дня Сонце знаходиться у різних точках на небі. Крім того, в залежності від сезону воно піднімається на різну висоту над горизонтом. Звісно ж, в таких умовах виробництво енергії сонячними панелями постійно змінюється. Виникає питання:
Як підібрати оптимальний кут нахилу панелей вашої сонячної станції?
Для демонстрації ми взяли дані виробництва енергії станцією зі схожими характеристиками. Всі показники ми залишали сталими (географічні координати, потужність станції, орієнтація панелей), змінюючи лише один – кут нахилу відносно горизонту.
Як бачимо, при встановленні сонячних панелей під кутом 35-45 градусів, можна отримати найвищий можливий показник виробництва енергії.
При моделюванні виробництва енергії ми також використали положення – Київська область, але цю величину можна використовувати для проектування вашої електростанції на більшості території України.
Однак зазначимо, що рухаючись у південну сторону, найоптимальніший кут нахилу панелей незначно зміщується в меншу сторону.
Характер зниження продуктивності панелей в залежності від кута нахилу видно на графіку:
Для розрахунку оптимального кута панелей іноді користуються такою формулою:
Оптимальний кут = географічна широта х 0,76 + 3.1°
Якщо взяти широту Києва – 50°, то формула буде мати вигляд:
Оптимальний кут = 50°х 0,76 + 3.1° = 41,1°
Цей показник потрапляє в діапазон, розрахований нами раніше (35-45°), тому формулу можна вважати загалом правильною для визначення оптимального кута нахилу.
Широту місця розташування станції можна легко визначити онлайн. Наприклад, за допомогою сервісу Google Maps, знайшовши необхідну точку на карті, та клікнувши по ній один раз.
“Ідеальні” дахи для встановлення сонячних панелей трапляються вкрай рідко. Як ми визначили, це орієнтовані на південь площі з кутом нахилу близько 40 градусів. Українці, які займаються проектуванням свого нового будинку, а також архітектори, обов’язково мають брати це до уваги.
Але у цій статті ми визначили діапазон, у якому ваша сонячна станція дозволить вам отримати максимум прибутків:
- Орієнтація в південну сторону, з відхиленням до 30 градусів на схід чи захід, що знизить виробництво енергії лише до 5% від максимального.
- Встановлення панелей під кутом 35-45 градусів (для центральної України).
