Як встановлювати та експлуатувати сонячні батареї
Наукові методи розрахунку
Обліком опромінення поверхонь Землі променями Сонця займається наука «Інсоляція» (утворено від терміна «in solis»).
Вона враховує напрямок паралельного пучка світлових променів від центру сонячного диска геометричними та енергетичними методами, які дозволяють виявити для світлового потоку:
залежність від часу та сезону;
експозицію у світлових одиницях виміру.
Вплив випромінювання Сонця Землю
Розташування сонячної батареї впливає на якість прийому світлового потоку, визначається кутом нахилу її поверхні щодо осі світлових променів. На практиці вона може бути орієнтована різними способами, але для розрахунків вибирають три характерні варіанти:
площина горизонту земної поверхні;
перпендикулярно до осі світлового потоку.
Перший спосіб передбачає розміщення модулів паралельно поверхні водяного дзеркала цієї території.
Орієнтація під оптимальним кутом полягає у стаціонарному закріпленні сонячної батареї у усередненому, найбільш сприятливому положенні для прийому сонячної енергії. На цей спосіб впливає кут широти місцевості та нахилу осі обертання Землі.
Третій варіант полягає в організації системи стеження за положенням Сонця на небосхилі та автоматичної підтримки перпендикулярного до нього напряму площини геліомодулів.
Короткі висновки
Для умов України методами інсоляції виявлено середньостатистичні можливості для отримання сонячної енергії вкВт/годину з 1м2 площі за один календарний рік. Вони зведені до таблиці.
Для довідки. На практиці реалізовані технічні способи, що дозволяють отримати більше енергії з одного квадратного метра геліомодуля, що базуються на заборі світлового потоку з сусідніх площ.
З цією метою використовуються:
схема плоских дзеркал, що повертаються, що відображають світло на сонячну батарею;
поворотне дзеркало лінійної гіперболічної форми з можливістю обертання навколо однієї осі.
Обидва методи ефективні, але потребують серйозних технічних розрахунків, складної механіки та великих фінансових вкладень. Однак вони дозволяють зрозуміти, що підвищити ефективність домашньої сонячної станції можна простими способами додаткового спрямування відбитого світла від сусідніх стін, будівельних конструкцій, екранів. Для цього достатньо пофарбувати їх у світлі тони, що відбивають світлові хвилі.
Навіщо враховувати рекомендації інсоляції
У статті "Як влаштовані та працюють сонячні батареї" наводяться дані про роботу фотоелектричних перетворювачів та відзначається їх досить низький ККД. Виробники такого обладнання постійно вишукують способи його підвищення, проводять великі наукові дослідження, змінюють умови виробництва, але революційних технологій поки що не передбачається.
Сонячні модулі коштують дорого, перетворять незначну частку енергії в електрику. Тому важливо використовувати всі фактори з максимальною користю.
Спосіб кріплення
Для монтажу сонячних батарей виготовляється каркас із профільними алюмінієвими або сталевими рамками. Можна використовувати дерево, але воно, як не захищай, схильне до усихання, гниття, не так довговічне. Кріплення батареї до рамки виконується звичайними локернимисаморізами або гвинтовими з'єднаннями у найбільш зручному місці.
Орієнтація
Людський зір пристосовується до сприйняття навколишнього світу таким чином, щоб нам було комфортно. Наші очі адаптуються до світлового потоку, згладжуючи його. Художники та фотографи, які використовують світлові ефекти, враховують ці особливості зору у своїх роботах.
Правильно оцінити «на око» спосіб орієнтації сонячної батареї у просторі дуже проблематично. Робити це слід за допомогою приладів і враховувати, що Сонце наша північна півкуля максимально опромінює з південного напрямку. Звичайно, світлова енергія приходить ще зі сходу та заходу, але з великими втратами.
Тому розташовувати площину сонячної батареї слід перпендикулярно до південного напрямку під кутом до площини горизонту, який можна встановити один раз для цілорічної експлуатації; змінювати відповідно до пори року.
Для стаціонарного закріплення оптимально усереднене значення, що збігається з паралеллю (широтою). Наприклад, для Ленінградської області встановлюється 60 градусів.
Метод регулювання ефективніший навіть за ручної переустановки кута двічі на рік (дані тієї ж місцевості):
навесні - до 45 про;
восени - до 75 о
Використовувати в домашній сонячній електростанції систему стеження невигідно:
велика вітрильність при сильних поривах вітру може призвести до поломки ненадійної конструкції;
вартість системи можна порівняти з ціною трьох сонячних батарей;
очікуваний економічний ефект не перевищить 40%.
Тому замість системи, що стежить, краще придбати додатковий сонячний модуль.
Вплив температури та снігу
Фотоелектричний перетворювач негативно реагує напідвищення температури: знижує вихідну потужність. А геліомодулі, піддаючись опроміненню Сонця, нагріваються. Вони, закріплені наглухо на темних поверхнях, наприклад чорному руберойді, можуть працювати в режимі «сковорідки» з температурою більше +80 про С.
Тому при монтажі на будь-яких будівельних конструкціях необхідно передбачати вільний простір з усіх боків фотоелектричного перетворювача для природної циркуляції повітря та відведення тепла. Особливо актуально це для плоских поверхонь: бетонні плити, листи жерсті. Хвилі шиферу, ондуліну забезпечують підхід повітря, але в зимовий час їх заносить снігом.
Зручно закріплювати сонячні батареї на плоскому даху з орієнтацією на південь чи відкритому сонцю майданчику. Для цього з металевих куточків зварюють раму у формі трикутної горизонтальної призми, піднятої над базовою поверхнею на висоту, що перевищує можливі снігові замети. Це так званий пасивний захист від снігу простором, що продувається. Але в ньому треба зменшити кількість упорів знизу чи збільшити відстань між ними.
Створена рама надійно кріпиться болтовими з'єднаннями до силових елементів будівельної конструкції, а в неї встановлюються сонячні модулі.
В окремих випадках хороші результати теплового режиму можна створити опусканням кріплення рами нижче ската біля даху. Це один із ефективних методів створення гарного повітрообміну.
Прямокутна форма сонячної батареї витягнута в один бік. При вертикальному орієнтуванні збільшується перепад температур між осередками верхньої та нижньої сторони, що небажано. Вибирайте горизонтальне розташування.
Займаючись вільним доступом повітря, не забувайте про жорсткість та міцність усієї конструкції.
Будь-який спосіб зниження робочоїТемпература фотоелектричного перетворювача навіть на один градус протягом року дає відчутний приріст потужності.
Відбите світло
Сонячна батарея приймає світловий потік з усіх боків, включаючи тильну поверхню (відбитим світлом). Експерименти в сніговому полі показали, що за рахунок перетворення відбитого світла задньою стороною сонячної батареї можна отримати з неї збільшення потужності до 30-50% і, в окремих випадках, перевищити заявлені характеристики виробника.
Що заважає встановлювати сонячні модулі в незатінених місцях, спрямовувати на них додатково світловий потік від світлих сусідніх будівельних конструкцій, фарбувати світлоповертаючими фарбами об'єкти, розташовані на звороті?
Вплив сезону
Вплив випромінювання Сонця на пори року на Землі
Найгірші умови для роботи домашньої сонячної електростанції створюються восени:
тривалість світлого часу зменшується;
похмура погода та хмари різко знижують сонячний потік;
темна поверхня землі поглинає і відбиває світло.
Картина змінюється після першого снігу - збільшується розсіяне освітлення сніговим покривом.
Однак будови і дерева, що щільно стоять, особливо хвойний ліс не відображають світло. У цій ситуації можна вловлювати світловий потік, що розсіюється від хмар і неба, але потрібно поекспериментувати з кутом нахилу фотоелектричного перетворювача.
Відкрите снігове поле здатне створювати понад 85% відбитого світла. Цьому способу слід звернути увагу.
Сезонні відмінності інсоляції можуть коливатися у великих межах (до 6 разів). Тому весняним днем та темним осіннім вечором можливості домашньої сонячної станції.дуже відрізняються.
Враховуючи вартість сонячної батареї, рекомендується в кінці зими або напровесні купити їх мінімальну кількість для набуття досвіду експлуатації та перевірки якості виготовлення. Наприкінці осені можна докупити частину, що залишилася, для осінньо-зимової експлуатації. До того ж у цей період діють знижки та акції.
сонце сліпить очі (згадали про темні окуляри);
мороз щипає за щоки;
світло відбивається від снігу;
світловий день росте.
Це ідеальні умови для фотоелектричного перетворювача. Він виробляє підвищену потужність і не треба турбуватися про його охолодження, як влітку.
Якщо ви помилилися в розрахунках і сонячні батареї успішно справляються із завданнями: навіть є резерв потужності, то може бути і не потрібно їх докуповувати восени? Або придбати меншу кількість? Чому б не перевірити у такий спосіб?