Оптимальный наклон солнечных панелей
Чтобы получить максимальную отдачу от солнечных панелей, вам нужно направить их в сторону, которая захватывает больше всего солнца. Но есть ряд переменных в определении наилучшего направления. Эта страница предназначена для того, чтобы помочь вам найти наилучшее место для ваших солнечных батарей в вашей ситуации.
Этот совет относится к любому типу панелей, которые получают энергию от солнца; фотогальваника, солнечная горячая вода и т. д. Мы предполагаем, что панель закреплена или имеет наклон, который можно регулировать в зависимости от сезона. (Панели, которые отслеживают движение солнца в течение дня, могут получать на 10 % (зимой) до 40 % (летом) больше энергии, чем стационарные панели. На этой странице панели слежения не обсуждаются.)
Солнечные панели всегда должны быть направлены на истинный юг, если вы находитесь в северном полушарии, или на истинный север, если вы находитесь в южном полушарии. Истинный север не совпадает с магнитным севером. Если вы используете компас для ориентации своих панелей, вам необходимо скорректировать разницу, которая варьируется от места к месту. Найдите в Интернете «магнитное склонение», чтобы найти поправку для вашего местоположения.
Следующий вопрос, под каким углом от горизонтали должны быть наклонены панели? В книгах и статьях по солнечной энергетике часто даются советы, что наклон должен быть равен вашей широте плюс 15 градусов зимой или минус 15 градусов летом. Получается, что можно сделать и лучше — примерно на 4%.
Фиксированный или регулируемый?
Проще всего установить солнечные панели под фиксированным наклоном и просто оставить их там. Но поскольку солнце находится выше летом и ниже зимой, вы можете получать больше энергии в течение всего года, регулируя наклон панелей в зависимости от сезона. В следующей таблице показано влияние регулировки угла на примере системы с широтой 40°. (Сравнение будет немного отличаться для разных широт.) Каждый вариант сравнивается с энергией, полученной наилучшим из возможных трекером, который всегда удерживает панель направленной прямо на солнце.
| Исправлено | Прил. 2 сезона | Прил. 4 сезона | 2-осевой трекер | |
| % от оптимального | 71.1% | 75.2% | 75.7% | 100% |
Короче говоря, регулировка наклона дважды в год дает вам значительный заряд энергии. Регулировка четыре раза в год дает лишь немного больше, но может быть важна, если вам нужно оптимизировать производство весной и осенью. Вы можете перейти к разделу о наилучшем фиксированном угле наклона или перейти к разделам о двухсезонной или четырехсезонной регулировке.
На приведенном ниже графике показано влияние регулировки наклона. Бирюзовая линия показывает количество солнечной энергии, которое вы будете получать каждый день, если панель будет зафиксирована под углом, равным полному году. Красная линия показывает, сколько вы получите, регулируя наклон четыре раза в год, как описано ниже. Для сравнения, зеленая линия показывает энергию, которую вы получите от двухосевого отслеживания, при котором панель всегда направлена прямо на солнце. (Фиолетовая линия — это количество солнечной энергии в день, если панель закреплена под зимним углом, обсуждаемым ниже.) Эти цифры рассчитаны для 40 ° широты.
Фиксированный наклон
Если ваши солнечные панели будут иметь фиксированный угол наклона, и вы хотите получать максимум энергии в течение всего года, то этот раздел для вас. Фиксированный угол удобен, но учтите, что есть некоторые недостатки. Как упоминалось выше, вы получите меньшую мощность, чем если бы вы отрегулировали угол. Кроме того, если вы живете там, где есть снег, установка панелей под более крутым углом зимой повышает вероятность того, что с них будет сыпать снег. Панель, покрытая снегом, производит мало энергии или вообще не производит ее.
- Если ваша широта ниже 25°, используйте широту, умноженную на 0,87.
- Если ваша широта находится между 25° и 50°, используйте широту, умноженную на 0,76, плюс 3,1 градуса.
- Если ваша широта превышает 50°, см. раздел Другие ситуации ниже.
В этой таблице приведены некоторые примеры для разных широт. Он также показывает среднюю инсоляцию на панели в течение года (в кВтч/м 2 в день) и полученную энергию по сравнению с лучшим трекером.
| Широта | Полный угол года | Сред. инсоляция на панели | % от оптимального |
| 0° (Кито) | 0.0 | 6.5 | 72% |
| 5° (Богота) | 4.4 | 6.5 | 72% |
| 10° (Каракас) | 8.7 | 6.5 | 72% |
| 15° (Дакар) | 13.1 | 6.4 | 72% |
| 20° (Мерида) | 17.4 | 6.3 | 72% |
| 25° (Ки-Уэст, Тайбэй) | 22.1 | 6.2 | 72% |
| 30° (Хьюстон, Каир) | 25.9 | 6.1 | 71% |
| 35° (Альбукерке, Токио) | 29.7 | 6.0 | 71% |
| 40° (Денвер, Мадрид) | 33.5 | 5.7 | 71% |
| 45° (Миннеаполис, Милан) | 37.3 | 5.4 | 71% |
| 50° (Виннипег, Прага) | 41.1 | 5.1 | 70% |
Регулировка наклона два раза в год
Если вы собираетесь регулировать наклон своих солнечных панелей два раза в год и хотите получать максимум энергии в течение всего года, то этот раздел для вас.
В следующей таблице приведены лучшие даты для корректировки:
| Северное полушарие | Южное полушарие | |
| Отрегулируйте летний угол на | 30 марта | 29 сентября |
| Настройка на зимний угол вкл. | десятое сентября | 12 марта |
Если ваша широта находится между 25° и 50°, то лучший угол наклона для лета — это широта, умноженная на 0,93 минус 21 градус. Лучший угол наклона для зимы — это широта, умноженная на 0,875 плюс 19,2 градуса. Если ваша широта находится за пределами этого диапазона, см. раздел Другие ситуации ниже. В этой таблице приведены некоторые примеры:
| Широта | Летний ракурс | Зимний угол | Сред. инсоляция на панели | % от оптимального |
| 25° | 2.3 | 41.1 | 6.6 | 76% |
| 30° | 6.9 | 45.5 | 6.4 | 76% |
| 35° | 11.6 | 49.8 | 6.2 | 76% |
| 40° | 16.2 | 54.2 | 6.0 | 75% |
| 45° | 20.9 | 58.6 | 5.7 | 75% |
| 50° | 25.5 | 63.0 | 5.3 | 74% |
Регулировка наклона четыре раза в год
Если вы собираетесь регулировать наклон своих солнечных панелей четыре раза в год и хотите получать максимум энергии в течение всего года, то этот раздел для вас. Это была бы ваша ситуация, если бы вы были подключены к сети и могли бы использовать или продавать всю электроэнергию, которую вы производите.
В следующей таблице приведены лучшие даты для корректировки:
| Северное полушарие | Южное полушарие | |
| Отрегулируйте летний угол на | 18 апреля | 18 октября |
| Отрегулируйте осенний угол на | 22 августа | 21 февраля |
| Настройка на зимний угол вкл. | 5 октября | 6 апреля |
| Отрегулируйте угол пружины на | 5 марта | 4 сентября |
Если ваша широта находится между 25° и 50°, то наилучшие углы наклона:
- Для лета возьмите широту, умножьте на 0,92 и вычтите 24,3 градуса.
- Для весны и осени возьмите широту, умножьте на 0,98 и вычтите 2,3 градуса.
- Для зимы возьмите широту, умножьте на 0,89 и прибавьте 24 градуса.
Если ваша широта находится за пределами этого диапазона, см. раздел Другие ситуации ниже.
Если вы хотите регулировать наклон своих панелей четыре раза в год, вы можете использовать эти цифры, чтобы получать максимум энергии круглый год. В этой таблице приведены некоторые примеры:
| Широта | Летний ракурс | Весенне-осенний ракурс | Зимний угол |
| 25° | -1.3 | 22.2 | 46.3 |
| 30° | 3.3 | 27.1 | 50.7 |
| 35° | 7.9 | 32.0 | 55.2 |
| 40° | 12.5 | 36.9 | 59.6 |
| 45° | 17.1 | 41.8 | 64.1 |
| 50° | 21.7 | 46.7 | 68.5 |
Зимой панель, закрепленная под зимним углом, будет относительно эффективной, улавливая от 81 до 88 процентов энергии по сравнению с оптимальным отслеживанием. Весной, летом и осенью эффективность ниже (74-75% весной/осенью и 68-74% летом), так как в эти сезоны солнце проходит большую площадь неба, а неподвижная панель не может захватить столько. Именно в эти сезоны системы слежения приносят наибольшую пользу.
Обратите внимание, что зимний угол примерно на 5° круче, чем обычно рекомендуется. Причина в том, что зимой большая часть солнечной энергии поступает в полдень, поэтому в полдень панель следует направлять почти прямо на солнце. Угол точно настроен, чтобы собрать как можно больше энергии в течение дня.
Летние углы примерно на 12 градусов ниже, чем обычно рекомендуется. Фактически, летом на 25° широты панель должна быть немного наклонена от экватора.
Наклон исправлен на зимний угол
Если ваша потребность в энергии наиболее высока зимой или одинакова в течение всего года, вы можете просто оставить наклон в зимнем режиме. Это может иметь место, если, например, вы используете пассивную солнечную энергию для обогрева теплицы. Хотя вы можете получить больше энергии в другие сезоны, регулируя наклон, вы получите достаточно энергии без каких-либо регулировок. В следующих таблицах предполагается, что наклон установлен на оптимум зимы в течение всего года. Они показывают количество инсоляции (в кВтч/м 2 ) на панели каждый день, усредненное за сезон.
| Время года | Инсоляция на панели | % зимней инсоляции |
| Зима | 5.6 | 100% |
| Весна осень | 6.0 | 107% |
| Лето | 5.1 | 91% |
| Время года | Инсоляция на панели | % зимней инсоляции |
| Зима | 4.7 | 100% |
| Весна осень | 5.8 | 123% |
| Лето | 5.1 | 109% |
| Время года | Инсоляция на панели | % зимней инсоляции |
| Зима | 3.4 | 100% |
| Весна осень | 5.4 | 158% |
| Лето | 5.1 | 150% |
Запутались в углах наклона?
Нулевой угол наклона означает, что лицевая сторона панели направлена прямо вверх. Положительный угол наклона означает, что панель обращена больше к экватору. В северном полушарии это означало бы наклон на юг. В редких случаях угол наклона может быть отрицательным; это означает, что панель обращена в сторону от экватора.
Показатели времени использования
В некоторых системах, подключенных к сети, энергия более ценна в периоды пиковой нагрузки. Чтобы увидеть влияние этого на ориентацию панели, посмотрите на мою страницу времени использования.
Другие ситуации
Возможно, ваши панели стоят на крыше, ориентированной не точно на юг. Или вы находитесь на широте за пределами диапазона, для которого работают эти формулы. Эти ситуации более сложны, чем простая формула.
Я могу сделать расчеты для вашей индивидуальной ситуации за консультационную плату. Смотрите мои расценки.
Предположения
Эти расчеты основаны на идеализированной ситуации. Они предполагают, что у вас есть беспрепятственный обзор неба, без деревьев, холмов, облаков, пыли или дымки, когда-либо закрывающих солнце.
Возможно, вам придется внести коррективы в вашу ситуацию. Например, если у вас есть деревья на востоке, а не на западе, вам может быть лучше направить солнечные батареи немного на запад. Или, если у вас часто есть облака днем, но не утром, вы можете направить свои панели немного на восток.
Расчеты также предполагают, что вы находитесь около уровня моря. На очень большой высоте оптимальный угол мог немного отличаться.
Если вы оцениваете выходную мощность, помните, что температура влияет на эффективность фотоэлектрических панелей. Они производят меньше энергии при более высоких температурах. Панели различаются, поэтому вам необходимо связаться с производителем панели для получения информации об их спецификациях.
Не зацикливайтесь на точных углах только потому, что я вычислил их с точностью до десятых долей градуса. Разница в несколько градусов мало что изменит в энергии, которую вы соберете.
Почему это работает?
Рекомендуемые углы могут показаться нелогичными. Например, рассмотрим лето на 40° широты. В полдень в день солнцестояния солнце находится под углом 40–23,5 °, что составляет 16,5 ° прямо над головой. Чтобы захватить как можно больше солнца в это время, вы должны наклонить панель на 16,5 °, чтобы направить ее прямо на солнце. В другие дни лета он немного ниже в небе, поэтому вам нужно немного наклонить панель. Тем не менее, мы говорим наклонить его только на 12,5 °. Солнце никогда не бывает так высоко. Как это может быть правильно?
Ответ заключается в том, что мы рассматриваем весь день, а не только полдень. Утром и вечером солнце перемещается ниже по небу, а также дальше на север (если вы находитесь в северном полушарии). Нужно меньше наклоняться на юг (или больше на север), чтобы собрать этот солнечный свет.
Как рассчитывались эти цифры
Для каждой конфигурации широты и времени года было рассчитано более 12 000 точек данных для разного времени суток и года. Для каждой точки данных уравнения небесной механики использовались для определения высоты и азимута солнца. Интенсивность солнца была скорректирована с учетом увеличения поглощения атмосферой, когда солнце находится ниже в небе, по формуле:
интенсивность в кВт/м 2 = 1,35 * (1,00/1,35) сек (угол солнца от зенита)
Эта формула предполагает, что земля плоская, поэтому был применен коэффициент для учета кривизны земли (и, следовательно, земной атмосферы). Эти факторы и угол наклона солнца по отношению к панели определяют инсоляцию на панели. Затем с помощью итеративного метода были определены углы, дающие максимальную общую инсоляцию в течение каждого сезона. С учетом этих углов даты начала и окончания сезона затем оптимизировались, затем углы пересчитывались до тех пор, пока процесс не сходился. После расчета оптимальных дат и углов было установлено, что линейная формула близко аппроксимирует оптимум. Формулы точны только в пределах указанного диапазона.
В других опубликованных статьях об углах наклона использовались менее точные расчеты. Например, Ричард Перес и Сэм Коулман в «Угле фотоэлектрических модулей», Home Power n.34 p.14-16, 1993, рекомендуют угол, при котором панель располагается перпендикулярно солнечным лучам в полдень. Это действительно лучший угол в полдень того дня, но он не учитывает лучший угол для улавливания солнечной энергии в другое время дня. Эта статья также оставляет читателю возможность оценить наилучший угол за период до следующей регулировки наклона.
Проценты могут быть неточными из-за округления.
Ссылки
Вы можете найти эти ссылки полезными. http://www.expertise.com/green/home-solar-panels-pros-cons-and-hidden-costs На этом сайте есть полезная информация для домовладельцев, рассматривающих возможность использования солнечной энергии.http://www.nrel.gov/rredc/solar_resource.html Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии располагает обширными данными о солнечной энергии, доступной в разных местах в Соединенных Штатах, калькулятором производительности фотоэлектрических систем и многим другим. http://www.gaisma.com На этом сайте есть данные о восходе и заходе солнца и инсоляции по всему миру.
Эта страница последний раз обновлялась 18 марта 2017 года.
Автор Чарльз Р. Ландау. Copyright © 2001, 2002, 2008, 2010-2012, 2014-2015, 2017. Все права защищены.
Напишите мне по адресу charlie@solarpaneltilt.com
