Боротьба за поліпшення екологічної ситуації на планеті сприяла тому, що для вироблення енергії почали використовувати енергію сонця, вітру та води. Спочатку альтернативні джерела енергії були актуальні для підприємств. Згодом, коли енергія регулярно дорожчає, а прості користувачі часто відчувають на собі її дефіцит, постало питання встановлення сонячних батарей не тільки на промислових об'єктах, але й на будинках. При грамотному підході сучасна сонячна електрична панель потужністю 0,4–0,5 кВт в Україні може видавати на добу 1–2,5 кВт/год. На вироблення енергії впливає вибір місця для монтажу, кут нахилу сонячних панелей, сезонність, чистота поверхонь та інші фактори. На жаль, людина не на все може вплинути. Однак у наших силах правильно підготуватися до монтажу обладнання та розрахувати кут установки сонячних панелей таким чином, щоб забезпечити максимальне задоволення своїх цілей. Щоб вам було простіше виконувати розрахунки, ми підготували цю статтю.
Під яким кутом встановлювати сонячні панелі: забезпечуємо максимальну ефективність
Після того як практично всі українці зіткнулися з проблемами, спричиненими нестабільною подачею електроенергії, багато хто замислився про необхідність створення мереж для аварійного електропостачання. Один із варіантів, який обирають мешканці України, — купити сонячні панелі полікристалічні, монокристалічні, дифракційні, інвертор та акумуляторні батареї. Таке рішення дає змогу не лише створити запас електроенергії, а й оптимізувати витрати. Але щоб система була ефективною, важливо не тільки правильно підібрати комплектуючі (панелі, інвертор, АКБ), але й визначити оптимальний кут нахилу сонячних панелей у Києві, Харкові, Дніпрі, Херсоні, Львові, Ужгороді, Черкасах, Вінниці, інших містах та селах. Правильність монтажу може збільшувати або зменшувати вироблення енергії на 10-20 %, тому щоб не припускатися помилок, у цій статті ми розберемо, як і в яких випадках визначати оптимальний кут нахилу для сонячних панелей.
На що впливає нахил сонячних панелей?
Максимальну кількість електричної енергії сонячні панелі виробляють, коли промені падають на них під прямим кутом (90°). При цьому енергія зосереджується на відносно невеликій площі, яка під впливом випромінювання нагрівається. Сонце не стоїть на місці. Воно переміщається по небосхилу протягом доби, а також змінює своє положення відносно лінії горизонту, залежно від пори року. Тому для ефективної роботи сонячних панелей, кут нахилу розраховується з урахуванням конкретного регіону, орієнтації обладнання, наявності перешкод (факторів затінення) та цілей. Якщо обрано оптимальний кут сонячних панелей відносно поверхонь, на яких вони закріплені, тоді:
- Рівень інсоляції (інтенсивність сонячного світла, що потрапляє на поверхню панелі), вищий. А отже, елементи кремнію максимально поглинають світло, забезпечуючи високий ККД.
- Генерація енергії відбувається на стабільно високому рівні, що підвищує коефіцієнт рентабельності ROI та прискорює окупність обладнання.
Як бачите, незалежно від того, чи придбана вами сонячна панель монокристалічна, полікристалічна чи дифракційна, важливо прорахувати, який кут нахилу сонячних панелей необхідно задати під час монтажу.
Орієнтація сонячних панелей — як забезпечити максимальну ефективність?
Ще один фактор, що впливає на ефективність роботи, — це розташування сонячних панелей відносно сторін світу. Оптимальною вважається орієнтація (азимут) на географічний південь. Визначити його можна, скориставшись онлайн-картами у смартфоні або іншому пристрої з функцією GPS-навігації. Вибираючи, куди спрямовувати сонячні панелі, враховуйте такі моменти північної півкулі:
- максимальний ККД досягається при азимуті 180° (географічний південь), коли сонце в зеніті;
- при відхиленні від географічного півдня на 5-20° на схід або захід, продуктивність знижується на 5-10 %;
- більш значні відхилення сприяють зниженню ККД у ранковий або вечірній час, відповідно. Частково скоригувати енерговитрати можна, визначивши оптимальний кут нахилу сонячних панелей;
- направлення сонячних панелей на північ призводить до того, що продуктивність полікристалічних та монокристалічних батарей буде мінімальною. При орієнтації з азимутом 0° або 360° (географічна північ), оптимальним рішенням буде придбати та встановити сонячні панелі біфракційні, які хоча й займають значну площу, але можуть працювати при низькому рівні освітлення.
Прорахувавши оптимальний кут нахилу сонячної батареї, навіть при орієнтації на північ, можна отримати необхідну кількість енергії для покриття базових потреб.
Оптимальний кут сонячних панелей з урахуванням сезонності
Приймаючи рішення, який кут нахилу для сонячних панелей вибрати при монтажі, варто враховувати наступні фактори:
- У зимовий період, коли активність сонця знижується через його низьке розташування відносно горизонту, експерти рекомендують встановлювати максимальний кут нахилу сонячної панелі — 55–70° відносно горизонталі. При такому розміщенні сонячне світло поглинається максимально, до того ж на поверхні практично не затримується сніг.
- У весняний та осінній період, коли сонце вище над лінією горизонту, можна встановлювати кут нахилу 40-50°. Якщо опори не жорсткі, нахил можна змінювати у міру змін тривалості дня.
- У літній період, коли активність сонця максимальна, кут нахилу для сонячних панелей можна зменшити до 25-40°.
Якщо сонячна панель для будинку встановлена з південного боку на даху та кут великий, тоді частина світла буде відбиватися та розсіюватися, ефективність роботи панелей знизиться. Оптимальним є варіант, при якому кут нахилу сонячної панелі можна коригувати. У випадках, коли планується монтаж панелей без можливості зміни кута, має сенс прорахувати середнє значення (компромісне), що забезпечує оптимальну ефективність протягом усього року. У разі, якщо стоїть мета отримати максимальну кількість енергії в період найбільшої сонячної активності та ви готові до низької енергогенерації взимку, тоді встановлюйте панель відповідно до показників, розрахованих для літа.
Фактори, які впливають на оптимальний кут установки сонячних панелей
Щоб визначити оптимальний кут для монтажу сонячних панелей, важливо враховувати:
- характер об'єкта, який потрібно забезпечити енергією, та рівень енергоспоживання на ньому;
- місце розміщення панелей — ґрунт, дах, стіни будівлі;
- допустимі снігові та вітрові навантаження згідно з державними будівельними нормами;
- наявність факторів, що знижують сонячну активність, наприклад, забезпечують затінення.
Як бачите, безліч параметрів впливає на продуктивність, яку зможуть забезпечувати сонячні батареї. Кут нахилу бажано розраховувати для кожного з об'єктів індивідуально. Якщо площа для розміщення панелей обмежена, а кількість модулів досить велика, крім математичних розрахунків, бажано створити 3D-модель. Це допоможе переконатися, що система не буде затінювати саму себе, та точно визначити оптимальний нахил. Після того як проєкт буде перевірений та затверджений, рекомендуємо замовити встановлення електрообладнання у компаній, які мають значний досвід виконання робіт у цій сфері, наприклад, у ВЕНКОН. Це допоможе уникнути помилок та забезпечити стабільну роботу обладнання.
Як визначити, під яким кутом встановлювати сонячні панелі на конкретному об’єкті
Як ми вже зазначали, оптимальний кут нахилу та орієнтацію панелей (азимут) для кожного об’єкта бажано розраховувати індивідуально. Розглянемо кілька ситуацій на прикладах.
Визначення оптимального кута нахилу сонячних панелей для комерційних та промислових об'єктів
При монтажі сонячних електростанцій на ґрунті, як правило, азимут вибирають 180°, а кут нахилу задають у діапазоні 25-40°. Це дає можливість забезпечити максимальну продуктивність у період найвищої сонячної активності. У більшості випадків такі електростанції займають значну площу та передають енергію, оброблену за допомогою інвертора перетворювача напруги, безпосередньо споживачам в Україні, рідше на накопичувачі.
На промислових та комерційних об'єктах кількість вільної землі обмежена, тому панелі часто розміщують на даху. Перед початком робіт з установки необхідно врахувати:
- Допустиме навантаження на будівлю в цілому та його розподіл щодо балок перекриття.
- Напрямки та інтенсивність вітру, кількість опадів (снігу). Ці параметри збільшують навантаження на опори та поверхню, на якій розміщені панелі.
- Конфігурацію та орієнтацію покрівлі будівлі. Наприклад, якщо дах двосхилий, орієнтований на схід та захід, тоді оптимальним буде невеликий кут нахилу (20-30°). А при орієнтації двосхилого даху на південь та північ, з південного боку кут нахилу може бути меншим, ніж з північного (20-30° на півдні та 40-60° на півночі). На плоских дахах важливо враховувати висоту панелей та відстань між ними, оскільки вони впливають на ступінь затінення одних елементів іншими.
- Необхідність забезпечення вільного доступу до панелей для сервісного обслуговування та очищення від забруднень. Чим більш запилені поверхні, тим нижчий ККД.
Також важливо розрахувати техніко-економічне обґрунтування, де визначити:
- за який термін окупляться інвестиції в монтаж системи — чи варто мінімізувати кількість металоконструкцій та вкладати кошти в трекери;
- що вигідніше — пряме використання потоку, який генерується за одиницю часу (надлишок, якщо він є, зливається в стаціонарну мережу) або встановлення акумулятора для часткового накопичення енергії з використанням її в періоди низької сонячної активності.
Оскільки на великих об'єктах зі значним енергоспоживанням потрібно врахувати безліч нюансів, доручати роботи з аудиту, проведення розрахунків, розробки та реалізації проєкту рекомендуємо компаніям, які мають достатній досвід та знання.
Кут нахилу сонячних панелей на даху приватного будинку: як визначити оптимальний?
Для більшості населених пунктів в Україні середній (компромісний) кут нахилу сонячних панелей дорівнює географічній широті. Дізнатися її можна за допомогою онлайн-карти з GPS-навігацією. Для цього потрібно задати точку на Google-картах та подивитися її координати. Перша цифра в позначенні буде широтою. Цей показник варто брати за основу подальших розрахунків тим, хто планує використовувати альтернативні джерела енергії для дому. Якщо у вас є можливість змінювати кут нахилу залежно від сезону, тоді:
- Оптимальний показник для літа дорівнюватиме значенню географічної широти за вирахуванням 15°.
- Оптимальний зимовий кут нахилу сонячних панелей дорівнюватиме значенню географічної широти, збільшеному на 15°.
Системи енергогенерації зі змінним кутом нахилу є більш продуктивними, швидше окупаються, але при цьому вимагають більшої уваги в плані обслуговування, а опори (поворотні механізми) можуть швидше зношуватися. Для альтернативних систем енергогенерації з фіксованим положенням панелей кут нахилу сонячних батарей повинен дорівнювати географічній широті з похибкою +/- 1-2°. Стаціонарні системи енергогенерації за продуктивністю менш ефективні, ніж з налаштовуваним кутом нахилу, але вони вимагають меншої уваги щодо частоти обслуговування.
Вибір кута нахилу сонячних панелей для квартир
Одне з найскладніших завдань — це вибір оптимального місця розташування сонячної панелі для квартири, коли немає можливості закріпити її на даху. Останнім часом мешканці багатоповерхівок дедалі частіше розміщують батареї на зовнішніх стінах будинку, під вікнами та на балконах. Залежно від технічних можливостей та бюджету, реалізують такі методи встановлення:
- на стаціонарних кронштейнах з кутом нахилу 60-70°;
- на поворотних кронштейнах з трекером, який відстежує положення сонця та регулює орієнтацію (азимут) та кут нахилу для забезпечення максимальної продуктивності.
Стаціонарні системи дешевші та простіші в обслуговуванні, але їхня середньорічна продуктивність часто нижча, ніж у поворотних панелей. Системи з трекерами вимагають великих початкових вкладень, а також складніші в обслуговуванні, але вони продуктивніші та окупаються швидше. В обох випадках, при розміщенні сонячних панелей на стінах квартир, важливо переконатися у відсутності затінення робочих поверхонь деревами, блоками кондиціонерів та іншими предметами. Крім цього, ми рекомендуємо регулярно контролювати надійність кріплень, щоб мінімізувати ризик падіння панелей.
Визначення оптимального кута нахилу для мобільних сонячних панелей
У наші дні переносні сонячні батареї використовуються не тільки в туристичних походах, але й у повсякденному житті для підзарядки мобільної техніки та повербанків. Щоб панелі працювали максимально ефективно, рекомендується розміщувати їх таким чином, щоб сонячні промені потрапляли на робочу поверхню під прямим кутом. Розрахувати оптимальний кут нахилу можна, визначивши за допомогою онлайн-карти та GPS-навігатора широту для точки, в якій ви перебуваєте. Потім для літнього періоду від цього значення необхідно відняти 15°, а для зимового — додати 15°. Отримане в результаті розрахунків значення та буде кутом нахилу, при якому панель видаватиме максимальну продуктивність, якщо вона розгорнута до сонця.
Сподіваємося, що наша стаття допомогла вам зрозуміти, яким чином можна розрахувати оптимальний кут нахилу сонячної панелі та що впливає на цей параметр. Нагадуємо, що весна – найкращий час для переходу на сонячну енергію. Сонце з кожним днем стає все більш активним, а значить можна забезпечити собі повну або часткову енергонезалежність, встановивши панелі, інвертор та акумулятори з відповідними характеристиками. Якщо у вас є питання щодо сонячних батарей, їх встановлення, а також проєктування систем з використанням альтернативних джерел енергії, ви можете звернутися за консультацією до експертів ВЕНКОН.
