Осознав, что рост тарифов на энергоснабжение стал неотъемлемой частью жизни, в понимании пользователей произошёл переворот. Солнечные батареи для дома больше не воспринимаются как перспектива, всплывающая на горизонте отдаленного будущего. Станции для личного пользования и продажи излишков ставят уже сегодня. Тем не менее, сезонные особенности работы оборудования по–прежнему остаются на втором плане. В этой статье расскажем, как солнечные батареи работают в зимний период.
Новости, которые нас сбивают с толку
Анализ информации о развитии солнечной энергетики в мире наталкивает на мысль, что станции ставят исключительно в пустынях. Кроме самых известных Topaz Solar Star (579 МВт) и Desert Sunlight Solar Farm (~550 МВт), расположенных в засушливой Калифорнии (США), солнечные фермы растут и в других странах:
- Мексика (Villanueva Solar Park на 754 МВт, Villanueva 1 на 427 МВт и Villanueva 3 на 327 МВт).
- Китай (впечатляющая Great Wall of Solar в пустыне Тенггер на 1500 МВт, всего по стране около 130 ГВт).
- Египет (Benban complex находится в процессе строительства с расчётной мощностью 2 ГВт).
Однако пустыни — не единственные места на планете для преобразования энергии Солнца. Более того, для комплекта солнечных батарей повышенный нагрев поверхности создаёт проблемы, снижая эффективность панелей. Идеальными условиями для генерации оказываются яркий свет и пониженные температуры. Разумеется, при плотной облачности система будет производить меньше энергии, однако правильный расчёт позволят справляться с подобными трудностями. Нормально функционирующая схема практически всегда заряжает аккумулятор в течение дня.
Положение Солнца и уровень наклона панелей
В сравнении с летними месяцами в зимний период в умеренном поясе Солнце поднимается ниже над линией горизонта. За счёт угла наклона земной оси день становится короче, и его продолжительности не хватает, чтобы обеспечить станцию энергией. Природный фактор можно частично компенсировать, ориентируя солнечные панели в зависимости от положения и высоты подъёма Солнца.
Если этого не делать, придётся мириться с потерей продуктивности. Солнечные батареи на любое количество кВт зимой снижают производительность в 2–8 раз (падение зависит от региона). Понятно, что чем южнее установлены панели, тем выше окажется продуктивность в зимний период.
Насколько изменится производительность
Для средней полосы расчёты показывают следующее: солнечные панели, направленные на юг и выдающие порядка 300 кВт⋅ч на пике летних месяцев, в середине зимы будут способны генерировать не более 60 кВт⋅ч, то есть в 5 раз меньше. Уровень считался на чистую поверхность, свободную от снега. Для уточнения уровня генерации энергии можно воспользоваться калькулятором. Переходя по стрелке, система помогает просчитать количество вырабатываемой энергии с учётом нагрева панелей, загрязнения, потерь в проводящих кабелях по месяцам. На широте Киева солнечные батареи, вырабатывающие 4 300 кВт⋅ч/год, в январе произведут 134 кВт⋅ч (это годовой минимум), а в июне 586 кВт⋅ч (максимум).
Что произойдёт с горячим водоснабжением
Тем, кто решил купить солнечные батареи, наверняка интересно, получится ли нагреть воду зимой. В холодный период удаётся получить 25% энергии, необходимой для ГВС. Важно понимать, что потери происходят не только из–за снижения количества солнечного света, тепло уходит через накопительный бак и контур, по которому движется горячая вода. В среднем при -30 0С на улице вода с помощью солнечной станции может нагреваться до +10+15 0С, выше температуру поднимают другие нагревательные системы.
Если планируется использовать энергию для подогрева воды в круглогодичном режиме, резервуар–аккумулятор необходимо ставить в доме. В этом случае потери тепла удастся значительно сократить.
Как оптимизировать работу станции
В холодный период года угол наклона необходимо увеличивать. Зависимость исследовалась экспериментально на контрольных панелях, установленных на широте 53 градуса в северном полушарии.
В тёплые месяцы наиболее оптимальными углами оказались:
| Месяц | Наиболее продуктивный угол наклона |
| Апрель | 45 |
| Май | 18 |
| Июнь | 18 |
| Июль | 18 |
| Август | 27 |
| Сентябрь | 53 |
Для холодного периода:
| Месяц | Наиболее продуктивный угол наклона |
| Октябрь | 53 |
| Ноябрь | 90 |
| Декабрь | 90 |
| Январь | 90 |
| Февраль | 53 |
| Март | 53 |
В реальных условиях можно либо выставить один угол на весь период, либо менять наклон дважды в год на осеннее и весеннее равноденствие.
Приведённые данные с небольшой погрешностью можно адаптировать для Киева (50°27′).В среднем оптимальный наклон панелей соответствует широте местности. Такое положение обеспечит эффективную генерацию в течение всего года.
Выбирая, какие солнечные батареи купить, нужно обратить внимание не только на генерирующее оборудование, но и на монтажные конструкции. Есть системы, которые могут варьировать наклон в заданных пределах.
Как влияет снег на генерацию энергии
Налипший на панели снег не может причинить вреда самой системе. Снеговая нагрузка существенно ниже расчётной, поэтому станция не пострадает от давления. Тем не менее, снежный покров влияет на производительность. Для того чтобы происходила генерация, необходимо обеспечить доступ солнечного света.
Если панели установлены под углом, скорее всего, площадь будет очищаться под действием силы тяжести. Процесс можно ускорить, аккуратно убирая снег при помощи щёток таким образом, чтобы не повредить саму панель.
Обратите внимание! В зимний период ясная погода способствует выработке энергии, поскольку на солнечные батареи не влияет высокая температура. При идеальных условиях с полным отсутствием облачности за 1 час в январе вырабатывается больше энергии чем за то же время в июле. Разумеется, общая генерация зимой окажется ниже, так как не хватит продолжительности дня.
Пока возможностей станций недостаточно, чтобы обеспечить горячее водоснабжение и отопление в полной мере, но вырабатываемое количество в любом случае сократит расходы пользователей и поможет вернуть вложения в течение 7–10 лет. Если использовать панели только для производства электричества, стоимость солнечных батарей окупается за 3–5 лет.