При виборі сонячної електростанції і аналізі варіантів експлуатації сонячних модулів важливо визначитися з можливостями отримання геліоенергіі.
Наукові методи розрахунку
Урахуванням опромінення поверхонь Землі променями Сонця займається наука «Інсоляція» (утворено від терміна «in solis»).
Вона враховує напрямок паралельного пучка світлових променів від центра сонячного диска геометричними та енергетичними методами, які дозволяють виявити для світлового потоку:
напрямок;
площа перерізу;
залежність від часу і сезону;
щільність;
експозицію в світлових одиницях виміру.
Вплив випромінювання Сонця на 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 характерних варіанти:
площину горизонту земної поверхні;
оптимальний кут;
перпендикулярно осі світлового потоку.
Перший метод передбачає розміщення модулів паралельно площині водяного дзеркала даної місцевості.
Орієнтація під оптимальним кутом полягає в стаціонарному закріпленні сонячної батареї в усередненому, найбільш сприятливому становищі для прийому сонячної енергії. На цей спосіб впливає кут широти місцевості і нахилу осі обертання Землі.
Третій варіант полягає в організації системи стеження за положенням Сонця на небосхилі і автоматичної підтримки перпендикулярного до нього напрямку площині геліомодулей.
короткі висновки
Для умов Росії методами інсоляції виявлені середньостатистичні можливості для отримання сонячної енергії в кВт / год з 1м2 площі за один календарний рік. Вони зведені в таблицю.
Область / Розташування Горизонт Оптимальний кут Система слідкування Астраханська 1371 1593 2200 Московська 1020 1173 1514 Владивосток 1290 1681 2145
Для довідки. На практиці реалізовані технічні способи, що дозволяють отримати більше енергії з одного квадратного метра геліомодуля, засновані на паркані світлового потоку з сусідніх площ.
З цією метою використовуються:
схема повертати плоских дзеркал, що відбивають світло на сонячну батарею;
поворотне дзеркало лінійної гіперболічної форми з можливістю обертання тільки навколо однієї осі.
Обидва методи ефективні, але вимагають серйозні технічні розрахунки, складну механіку і великі фінансові вкладення. 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 в світлі тони, що відображають світлові хвилі.
Навіщо враховувати рекомендації інсоляції
у статті "Як влаштовані і працюють сонячні батареї" наводяться дані про роботу фотоелектричних перетворювачів і відзначається їх досить низький ККД. Виробники такого обладнання постійно вишукують способи його підвищення, проводять великі наукові дослідження, змінюють умови виробництва, але ... революційних технологій поки не передбачається.
Сонячні модулі коштують дорого, перетворять незначну частку одержуваної енергії в електрику. Тому важливо використовувати всі фактори з максимальною користю.
спосіб кріплення
Для монтажу сонячних батарей виготовляється каркас з профільними алюмінієвими або сталевими рамками. Можна використовувати дерево, але воно, як не захищай, схильне усихання, гниття, не так довговічне. Кріплення батареї до рамки виконується звичайними локернимі саморізами або гвинтовими з'єднаннями в 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 і фотографи, які використовують світлові ефекти, враховують ці особливості зору в своїх роботах.
Правильно оцінити «на око» спосіб орієнтації сонячної батареї в просторі досить проблематично. Робити це слід за допомогою приладів, і враховувати, що Сонце наше північну півкулю максимально опромінює з південного напрямку. Звичайно, світлова енергія приходить ще зі сходу і 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 з порами року.
Для стаціонарного закріплення оптимально усереднене значення, що збігається з паралеллю (широтою). Наприклад, для Ленінградської області встановлюється 60 градусів.
Метод регулювання більш ефективний навіть при ручному перевстановлення кута двічі на рік (дані для тієї ж місцевості):
Використовувати в домашній сонячної електростанції систему стеження невигідно:
велика парусність при сильних поривах вітру може привести до поломки ненадійною конструкції;
вартість системи порівнянна з ціною трьох сонячних батарей;
очікуваний економічний ефект не перевищить 40%.
Тому замість стежить системи краще придбати додатковий сонячний модуль.
Вплив температури і снігу
Фотоелектричний перетворювач негативно реагує на підвищення температури: знижує вихідну потужність. А геліомодулі, піддаючись опромінення Сонця, нагріваються. Вони, закріплені наглухо на темних поверхнях, наприклад, чорному руберойді, можуть працювати в режимі «сковорідки» з температурою понад +80 оС.
Тому, при монтажі на будь-яких будівельних конструкціях необхідно передбачати вільний простір з усіх боків фотоелектричного перетворювача для природної циркуляції повітря і відведення тепла. Особливо актуально це для плоских поверхонь: бетонні плити, листи бляхи. Хвилі шиферу, ондуліна забезпечують підхід повітря, але в зимовий час їх заносить снігом.
Зручно закріплювати сонячні батареї на плоскому даху з орієнтацією на південь або на відкритій сонця майданчику. Для цього з металевих куточків зварюють раму в формі трикутної горизонтальної призми, піднесеною над базовою поверхнею на висоту, що перевищує можливі снігові замети. Це так звана пасивна захист від снігу продувається простором. Але в ньому треба зменшити кількість упорів знизу або 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 у даху. Це один з ефективних методів створення гарного повітрообміну.
Прямокутна форма сонячної батареї витягнута в одну сторону. При вертикальному орієнтуванні збільшується перепад температур між осередками верхньої і нижньої сторони, що небажано. Вибирайте горизонтальне розташування.
Займаючись вільним доступом повітря, не забувайте про жорсткість і міцність всієї конструкції.
Будь-який спосіб зниження робочої температури 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 сніжному полі показали, що за рахунок перетворення відбитого світла задньою стороною сонячної батареї можна з неї отримати збільшення потужності до 30-50% і, в окремих випадках, перевищити заявлені характеристики виробника.
Що заважає встановлювати сонячні модулі в незатінених місцях, направляти на них додатково світловий потік від світлих сусідніх будівельних конструкцій, фарбувати світлоповертаючими фарбами об'єкти, розташовані на зворотному боці?
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 і хмари різко знижують сонячний потік;
темна поверхня землі поглинає і не відображає світло.
Картина змінюється після першого снігу - збільшується розсіяне освітлення сніговим покривом.
Однак щільно стоять будови і дерева, особливо хвойний ліс не відбивають світло. У цій ситуації можна вловлювати світловий потік, розсіюється від хмар і неба, але потрібно поекспериментувати з кутом нахилу фотоелектричного перетворювача.
Відкрите сніжне поле здатне створювати більше 85% відбитого світла. Цьому способу слід приділити увагу.
Сезонні відмінності інсоляції можуть коливатися у великих межах (до 6 разів). Тому весняним днем і темним осіннім вечором можливості домашньої сонячної станції дуже відрізняються.
З огляду на вартість сонячної батареї, рекомендується в кінці зими або ранньою весною купити їх мінімальна кількість для набуття досвіду експлуатації і перевірки якості виготовлення. В кінці осені можна докупити решту для осінньо-зимової експлуатації. До того ж в цей період діють знижки та акції.
Згадайте свої відчуття, коли виходите на вулиці в сонячний лютневий день:
сонце сліпить очі (згадали про темні окуляри);
мороз щипає за щоки;
світло відбивається від снігу;
світловий день зростає.
Це ідеальні умови для роботи фотоелектричного перетворювача. Він виробляє підвищену потужність і не треба особливо турбуватися про його охолодженні, як влітку.
Якщо ви помилилися в розрахунках і сонячні батареї успішно справляються з завданнями: навіть є резерв потужності, то може бути і ... не буде потрібно їх докуповувати восени? Або придбати меншу кількість? Чому б не перевірити таким способом?
Не буде потрібно їх докуповувати восени?Або придбати меншу кількість?
Чому б не перевірити таким способом?
