Оптимальный угол установки солнечной батареи для максимальной выработки энергии в северных широтах

Очень часто владельцы солнечных батарей задаются вопросом — а под каким углом наклона их нужно устанавливать для того, чтобы получить максимальное количество энергии от солнечных панелей в нашем климате. У нас на сайте есть специальная статья по этому поводу — Угол наклона и направление солнечных батарей. В дополнение к этому материалу мы нашли статью об экспериментальном исследовании зависимости выработки энергии солнечными панелями в зависимости от угла их установки, которые были проведены в Канаде, в Северной Альберте. Широта местности (53-57 градусов с.ш.) примерно совпадает с широтой Москвы, климат также примерно такой же, поэтому можно использовать данные исследования при определении оптимального угла установки солнечных батарей.

Испытательная солнечная батарея

Солнечная батарея разработана и установлена в Институте технологий Северной Альберты (NAIT) с целью получения достоверной информации об оптимальном угле установки солнечных батарей для проектировщиков солнечных электростанций и для всех, кто устанавливает солнечные батареи. Исследовалось влияние угла установки солнечных панелей и количества снега на солнечных панелях на производительность солнечной электростанции.

Испытательная установка для выяснения влияния угла установки солнечных панелей на задержание снега и общую выработку электроэнергии

Испытательный стенд установлен на крыше NAIT и состоит из 6 пар солнечных панелей. Основной кампус NAIT находится по адресу 11762 106 Street NW, Edmonton, Alberta.

Характеристики эталонной солнечной батареи:

• Солнечная батарея имеет 100% доступ к солнечному свету (нет деревьев и зданий, затеняющих солнечную батарею)
• Модули ориентированы точно на юг и установлены на широте 53°
• Каждая пара модулей установлена под различным углом от 14° до 90°
• Снег удалялся с западной (левой) стороны каждый раз после окончания снегопада
• Фотографии сделаны непосредственно перед и сразу же после очистки от снега
• Микроинверторы записывали состояние работы каждые 5 минут. Записывались параметры: время, напряжение переменного тока, напряжение постоянного тока, постоянный ток, температура инвертора и выработка мощности инвертором.

Четыре угла наклона были выбраны потому, что они являются популярными углами наклона скатов крыш (14°, 18°, 27°, 45°). Дополнительно были выбраны углы 53° (широта местности Эдмонтона) и 90° (вертикальная установка на стене).

Конструкция испытательной солнечной батареи.

Начиная с 2012 года расчистка солнечных батарей от снега проводилась в среднем 24 раза за зимний сезон. Расчищались панели на западной стороне. Наиболее удобным инструментом для расчистки оказался 2-метровый автомобильный скребок-щетка. Телескопическая рукоятка щетки исключает необходимость в лестницах и повышает безопасность при проведении работ.

До расчистки от снега

После очистки от снега

Выводы о влиянии угла наклона и снега

См. ниже ссылку на приложенный отчет с последними данными

Следующие выводы можно сделать по результатам обработки данных от солнечной батареи.

При повышении угла наклона повышается способность к естественной очистке от снега. При угле 90° снега на панелях нет в течение 99.5% зимы. При снижении угла наклона с 53° до 14° замечается увеличивающаяся разница в выработке энергии между очищенными и неочищенными от снега модулями.

Обычно владельцы соединенных с сетью систем не чистят модули в течение зимы. Это поведение зависит от типа системы; при наземном монтаже очищать СБ от снега легче, чем в случае с крышной солнечной батареей.

Владельцы автономных солнечных электростанций обычно чистят регулярно свои СБ от снега, однако это обычно решение, которое принимает владелец самостоятельно.

• Угол наклона 27° показал максимальную производительность СБ в период с 1 апреля по 30 сентября

• Угол наклона 53° показал максимальную производительность СБ в период с 1 октября по 31 марта при условии очистки снега
• Уголы наклона 90° и 53° показали максимальную производительность СБ в период с 1 апреля по 30 сентября без очистки снега.

В автономной системе с солнечными батареями лучше всего менять угол наклона 2 раза в год во время весеннего и осеннего равноденствия. Конечно, решение по регулярному изменению угла наклона СБ принимает владелец системы электроснабжения.

Влияние очистки от снега на производительность солнечных панелей. Данные с 1 апреля 2012 по 7 марта 2015 Угол наклона (°) Увеличение выработки при очистке от снега (%) 14 5.28 18 5.31 27 4.14 45 1.99 53 1.63

Дополнительные факторы, которые надо учитывать:

• Опасность проведения работ зимой на крыше
• Во время теплых солнечных периодов зимой снег тает и слезает с панелей. Интенсивность этого процесса зависит от угла наклона панелей.
• Зимой в месяцы с максимальным снегом приход солнечной радиации минимальный, высота солнца над горизонтом также минимальная и света тоже меньше всего.

Испытательная солнечная батарея NAIT показала разницу в производстве энергии в 17% в течение первой и второй зимы. Это показывает, что выработка энергии бывает существенно разной от года к году. Этот проект позволит получить более достоверные статистические данные по мере накопления истории наблюдений в последующие годы.

• Пиковая мощность одного модуля = 226 Вт
• Пиковая выработка энергии за один день одним модулем = 1.82 кВт*ч 27 мая при угле наклона 18°
• Пиковая месячная выработка энергии солнечной батареей = 442 кВт*ч в мае 2013
• Самая низкая температура за время наблюдений = -31°C 6 декабря 2013
• Самая высокая температура инвертора = 46°C 2 июля 2013

Для дополнительной информации см. приложенный отчет Northern Alberta Institute of Technology Solar Photovoltaic Reference Array Report – March 31, 2015. Project funded by NAIT and the City of Edmonton.

См. текущие и исторические данные по работе системы. (online мониторинг работы системы, можно посмотреть текущие данные измерений; учтите разницу во времени с Канадой!)

Reference: Northern Institute of Technology (Tim Matthews). (2014). Solar photovoltaic reference array report. Alternative Energy Program. Last update: August 18, 2015