Монтаж солнечных батарей.

Солнечная батарея, фотоэлектрический модуль (PV, ФЭМ) – это возобновляемый источник электроэнергии, который преобразует световую энергию солнца в электроэнергию.

Фотоэлектрические модули находят самое широкое применение, как эффективные, экологически чистые источники энергии для разнообразного использования. Это в первую очередь, сетевые системы для передачи энергии от ФЭМ в общую сеть региона через сетевой (grid tie) инвертор. Так же фотоэлектрические модули  используются, как возобновляемые источники энергии  в системах резервного и автономного питания.

Ориентация и углы установки солнечных батарей.

Установка фотоэлектрических модулей происходит на специальных конструкциях, которые обеспечивают их оптимальную ориентацию на солнце и надёжное крепление к разным типам поверхностей на местах установки: наземные фундаменты, крыши, а также вертикальные поверхности.

Для максимальной производительности энергии фотоэлектрические модули должны быть смонтированы таким образом, чтобы солнечные лучи падали на рабочую поверхность модуля под углом 90º. Добиться данного требования для солнечных установок возможно только при использовании специальных поворотных конструкций с двухосевой системой слежения за солнцем – трекерных систем (см. ниже). Такие солнечные установки, кроме явных преимуществ в максимальном использовании солнечной энергии, являются достаточно дорогими устройствами, потребляют, хоть и незначительно, но постоянно энергию, требуют большую по площади площадку для установки по сравнению с фиксированными конструкциями. Поэтому обычно идут на компромисс в производительности системы и стоимости конструкции, и в основном в фотоэлектрических системах используют стационарные конструкции.

Такие конструкции ориентируют на юг, с незначительными отклонениями по азимуту (см. диаграмму), а так же устанавливают с фиксированным, или изменяемым углом наклона.

 

Производительность энергии фотоэлектрической системы, в зависимости от монтажной конструкции.

Оптимальный угол наклона солнечных панелей зависит от широты местности, а так же  может быть изменен, в зависимости от того, какой оптимизации в производстве энергии необходимо добиться. Так, он может быть уменьшен от оптимального значения, если фотоэлектрическая система работает в летний период (летний оптимум), увеличен, если фотоэлектрическая система эксплуатируется в основном в осенне-зимний период, или принят средним по значению, если фотоэлектрическая система предназначена для круглогодичной эксплуатации.

Упрощенная формула расчета оптимального угла наклона фотомодулей:

• Если широта до 25 °, числовое значение широты умножить на 0,87.
• Если широта между 25 ° и 50 °, числовое значение широты умножить на 0,76, плюс 3,1 градуса.

Приведенный ниже график показывает влияние регулировок угла наклона на производительность. Бирюзовый линия показывает количество энергии, которую можно получать каждый день, если установка солнечных батарейпроизведена  на фиксированный оптимальный угол наклона. Красная линия показывает количество солнечной энергии, которую можно получить при регулировании угла наклона четыре раза в год. Фиолетовая линии показывает количество солнечной энергии в день, если солнечные панели установлены на зимний угол.. Для сравнения, зеленая линия показывает энергию, которую вы получили бы от двух осевой трекерной  системы слежения, которая всегда ориентирует панели прямо на солнце. Цифры даны для 40 ° широты

 

Если конструкция позволяет изменять угол наклона солнечных панелей, то при изменении угла два раза в год на широте между 25 ° и 50 ° можно принять следующие цифры: лучшим углом наклона для лета будет численное значение широты, умноженное на 0.93 минус 21 градус. Лучший угол наклона для зимы - численное значение широты, умноженное на 0,875, плюс 19,2 градуса. Оптимальное время для изменения угла наклона на летний период – 30 марта, на зимний период - 12 сентября.

При регулировании угла наклона солнечных панелей четыре раза в год на широте между 25 ° и 50° лучшими углами наклона будут:

• для лета числовое значение широты умножить на 0,92, и вычесть 24,3 градуса.
• для весны и осени числовое значение широты умножить на 0,98, и вычесть 2,3 градуса.
• для зимы числовое значение широты умножить на 0,89, и добавить 24 градуса.

Оптимальное время для изменения угла наклона на летний период –18 апреля, на осенний период – 24 августа, на зимний период - 7 октября, на весенний период - 5 марта.

В зимний период солнечные панели, при зимнем угле наклона, будут ориентированы достаточно эффективно, захватив от 81 до 88 процентов энергии по сравнению с трекерной системой. Такой угол наклона является хорошим решением в тех местах, где зимой нагрузка больше, чем летом. Весной, летом и осенью эффективность будет ниже (74-75% весной / осенью, и 68-74% летом), потому, что в эти сезоны солнце проходит большой участок неба, и фиксированная панели не может захватить быть направлена на него под углами, приближающимися к 90 °, значительную часть дня. Это как раз время года, в котором трекерные системы слежения дают наибольший эффект.

Заметим, что зимой угол примерно на 5 ° круче, чем то, что обычно рекомендуется. Причина в том, что в зимнее время, большая часть солнечной энергии приходится на полдень, так что фотоэлектрические модули следует ориентировать почти прямо на солнце в полдень. Угол доработан, чтобы получить наиболее полную энергию в течение дня.

Если конструкция фотоэлектрических систем позволяет регулировать угол наклона каждый месяц, то для расчета его значения на широте L принимаются такие величины.

С весеннего равноденствия до осеннего равноденствия –

• угол равен широте L на 22 марта и 22 сентября (равноденствие)

• угол равен (L-5 °) на 3 апреля и 9 сентября (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
• угол равен (L-10 °) на 17 апреля и 26 августа (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
• угол равен (L-15 °) на 1 мая и 12 августа (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
• угол равен (L-20 °) на 22 мая и по 22 июля (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
• угол равен (L-23.5 °) на 22 июня (летнее солнцестояние)

С осеннего равноденствия до весеннего равноденствия –

• угол равен широте L на 22 марта и 22 сентября (равноденствие)

• угол равен (L +5 °), на 6 октября и 7 марта (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
• угол равен (L +10 °) на 19 октября и по 22 февраля (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
• угол равен (L +15 °), на 3 ноября и 8 февраля (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
• угол равен (L +20 °) на 23 ноября и 23 января (в т. ч. ближайшие 2 недели разницы)
• угол равен (L +23.5 °) на 22 декабря (зимнее солнцестояние)

Углы наклона для некоторых широт, в зависимости от времени года, представлены на графике

 

При расположении конструкций солнечных панелей в несколько рядов, кроме правильной ориентации и угла наклона, очень важным является правильно выбрать расстояние между рядами, чтобы не происходило взаимного затенения поверхности модулей. Для средней полосы, при оптимальном фиксированном угле наклона, зачастую используется простая формула d = 3w, где d - расстояние между рядами, и w – высота панели под оптимальным углом наклона.  

    

При углах наклона, близких к 30 °,  коэффициент использования площадки под фотоэлектрическую систему составляет 33%.  

Приведенные данные являются обзорными, собраны из разных источников, и немного отличаются по значению, так как рассчитывались по разным методикам. В целом задача по ним - дать представление о том насколько оптимально может работать фотоэлектрическая система в зависимости от ориентации и угла наклона солнечных панелей.

Виды конструкций под монтаж солнечных батарей.

Конструкции под наземный монтаж солнечных батарей. 

Для наземного монтажа солнечных панелей конструкции изготавливаются из оцинкованного железного профиля, собранного в единую конструкцию для крепления одного или группы из нескольких модулей в вертикальной, или горизонтальной плоскости. Такие конструкции устанавливают на бетонный фундамент.

 

Кроме стационарных конструкций для установки фотоэлектрических модулей на земле, существуют также поворотные в одной, или двух плоскостях конструкции для систем слежения за солнцем – трекерные системы.ориентации. Использование трекеров позволяет максимально эффективно сориентировать активную поверхность сонечных панелей и значительно увеличить производительность энергии в сравнении с фиксированным размещением на неподвижных металлоконструкциях – до 30 – 40%.

           

 Трекеры изготавливают из стальных нержавеющих и алюминиевых профилей.

       

Соотношение стоимости и эффективности трекеров определяет оптимальную мощность  размещаемых на них фотомодулей, которая может составлять от единиц до десятка киловатт.

 

Конструкции под монтаж солнечных батарей на крышах.

Для монтажа фотоэлектрических модулей на плоских крышах используют конструкции из алюминиевого профиля с опорными элементами из нержавеющей стали. На таких конструкциях монтируют панели в один, или несколько ярусов, ориентируя в горизонтальной или вертикальной плоскости.

 

        

На наклонных крышах, ориентированных на юг по азимуту и углу наклона, близкому к оптимальному, монтаж солнечных батарей происходит на алюминиевых профилях, закрепленных на опорних элементах в/на  кровле.

 

 

         

Мобильные конструкции для солнечных батарей

Конструкции под фотоэлектрические модули для мобильного применения должны обладать возможностью оперативно разворачиваться и ориентировать модули на сонце, а так же быть достаточно компактними для транспортировки. Их изготавливают из алюминиевого профиля, с крепежными элементами из нержавеющей стали, применяя поворотне узлы, позволяющие изменять геометрию конструкции и ориентацию всей системы, или отдельных элементов.

 

На такие конструкции накладываются определенные ограничения, связанные с массо-габаритными характеристиками всей системы, а так же условий её транспортирования и приведения в рабочее сосотояние. 

Итак, как было рассмотрено выше, производительность фотоэлектрических систем напрямую зависит от того, насколько правильно произведена установка солнечных батарей и подобраны конструкции под них. Выбор и расчет конструкции для фотоэлектрической системы является таким же важным элементом для получения максимального выхода энергии от нее, как и остальные элементы системы – фотоэлектрические модули и инверторы.