Встановлення сонячних батарей. Варіанти конструкцій під монтаж сонячних батарей.

Сонячна батарея, фотоелектричний модуль - це поновлюване джерело електроенергії, яке перетворює світлову енергію сонця в електроенергію.

Фотоелектричні модулі знаходять найширше застосування, як ефективні, екологічно чисті джерела енергії для різноманітного використання. Це в першу чергу, мережеві системи для продажу енергії в загальну мережу регіону через мережевий (grid tie) інвертор. Так само фотоелектричні модулі використовуються, як поновлювані джерела енергії в системах резервного та автономного живлення.

Орієнтація і кути встановлення сонячних батарей.

Встановлення фотоелектричних модулів відбувається на спеціальних конструкціях, які забезпечують їх оптимальну орієнтацію на сонце і надійне кріплення до різних типів поверхонь на місцях встановлення: наземні фундаменти, похилі дахи, плоска покрівля, а також вертикальні поверхні.

Для максимальної продуктивності енергії фотоелектричні модулі повинні бути змонтовані таким чином, щоб сонячні промені падали на робочу поверхню модуля під кутом 90 °. Домогтися цієї вимоги для сонячних конструкцый можливо тільки при використанні спеціальних поворотних конструкцій з двохосьовою системою стеження за сонцем - трекерна систем (див. Нижче). Такі сонячні установки, крім явних переваг у максимальному використанні сонячної енергії, є досить дорогими пристроями, споживають, хоч і небагато, але постійно енергію, вимагають велику за площею територыю для встановлення в порівнянні з фіксованими конструкціями. Тому зазвичай йдуть на компроміс в продуктивності системи і вартості конструкції, і в основному в фотоелектричних системах використовують стаціонарні конструкції.

Такі конструкції монтуються на південну сторону, з незначними відхиленнями по азимуту (див. Діаграму), також встановлюють з фіксованим, або змінним кутом нахилу.

 

Продуктивність енергії фотоелектричної системи, в залежності від монтажної конструкції.

Оптимальний кут нахилу сонячних панелей залежить від широти місцевості, та може бути змінений, в залежності від того, якої оптимізації у виробництві енергії необхідно досягти. Так, він може бути зменшений від оптимального значення, якщо фотоелектрична система працює в літній період (річний оптимум), збільшений, якщо фотоелектрична система експлуатується в основному в осінньо-зимовий період, або прийнятий середнім за значенням, якщо фотоелектрична система призначена для цілорічної експлуатації.

Спрощена формула розрахунку оптимального кута нахилу фотомодулів:

• Якщо широта до 25 °, числове значення широти помножити на 0,87.
• Якщо широта між 25 ° і 50 °, числове значення широти помножити на 0,76, плюс 3,1 градуса.

Наведений нижче графік показує вплив регулювань кута нахилу на продуктивність. Голуба лінія показує кількість енергії, яку можна отримувати кожен день, якщо встановлення сонячних батарей виконано на фіксований оптимальний кут нахилу. Червона лінія показує кількість сонячної енергії, яку можна отримати при регулюванні кута нахилу чотири рази на рік. Фіолетова лінії показує кількість сонячної енергії в день, коли сонячні панелі встановлені на зимовий кут. Для порівняння, зелена лінія показує енергію, яку ви отримали б від двох осьової трекерної системи стеження, яка завжди орієнтує панелі прямо на сонці. Цифри дані для 40 ° широти

Якщо конструкція дозволяє змінювати кут нахилу сонячних панелей, тоді при зміні кута два рази в рік на широті між 25 ° і 50 ° можна прийняти такі цифри: кращим кутом нахилу для літа буде чисельне значення широти, помножене на 0.93 мінус 21 градус. Кращий кут нахилу для зими - чисельне значення широти, помножене на 0,875, плюс 19,2 градуса. Оптимальний час для зміни кута нахилу на літній період - 30 березня, на зимовий період - 12 вересня.

При регулюванні кута нахилу сонячних панелей чотири рази на рік на широті між 25 ° і 50 ° кращими кутами нахилу будуть:

• для літа числове значення широти помножити на 0,92, і відняти 24,3 градуса.
• для весни та осені числове значення широти помножити на 0,98, і відняти 2,3 градуса.
• для зими числове значення широти помножити на 0,89, і додати 24 градуси.

Оптимальний час для зміни кута нахилу на літній період -18 квітня, на осінній період - 24 серпня, на зимовий період - 7 жовтня, на весняний період - 5 березня.

У зимовий період сонячні панелі, при зимовому куті нахилу, будуть орієнтовані досить ефективно, захопивши від 81 до 88% енергії в порівнянні з трекерною системою. Такий кут нахилу є хорошим рішенням в тих місцях, де взимку навантаження більше, ніж влітку. Навесні, влітку і восени ефективність буде нижче (74-75% навесні / восени, і 68-74% влітку), тому, що в ці сезони сонце проходить велику частину неба, і фіксовані панелі не можуть бути спрямовані на нього під кутом, наближеним до 90 °, значну частину дня. Це як раз час року, в якому трекерна системи стеження дає найбільший ефект.

Зауважимо, що взимку кут приблизно на 5 ° більший, за кут, що зазвичай рекомендується. Причина в тому, що в зимовий час, велика частина сонячної енергії припадає на полудень, так що фотоелектричні модулі слід орієнтувати майже прямо на сонце опівдні. Кут доопрацьований, щоб отримати найбільш повну енергію протягом дня.

Якщо конструкція фотоелектричних систем дозволяє регулювати кут нахилу щомісяця, тоді для розрахунку його значення на широті L приймаються такі величини.

З весняного рівнодення до осіннього рівнодення -

• кут дорівнює широті L на 22 березня і 22 вересня (рівнодення)
• кут дорівнює (L-5 °) на 3 квітня і 9 вересня (в т. Ч. Найближчі 2 тижні різниці)
• кут дорівнює (L-10 °) на 17 квітня і 26 серпня (в т. Ч. Найближчі 2 тижні різниці)
• кут дорівнює (L-15 °) на 1 травня і 12 серпня (в т. Ч. Найближчі 2 тижні різниці)
• кут дорівнює (L-20 °) на 22 травня і по 22 липня (в т. Ч. Найближчі 2 тижні різниці)
• кут дорівнює (L-23.5 °) на 22 червня (літнє сонцестояння)

З осіннього рівнодення до весняного рівнодення -

• кут дорівнює широті L на 22 березня і 22 вересня (рівнодення)
• кут дорівнює (L +5 °), на 6 жовтня та 7 березня (в т. Ч. Найближчі 2 тижні різниці)
• кут дорівнює (L +10 °) на 19 жовтня і по 22 лютого (в т. Ч. Найближчі 2 тижні різниці)
• кут дорівнює (L +15 °), на 3 листопада і 8 лютого (в т. Ч. Найближчі 2 тижні різниці)
• кут дорівнює (L +20 °) на 23 листопада і 23 січня (в т. Ч. Найближчі 2 тижні різниці)
• кут дорівнює (L +23.5 °) на 22 грудня (зимове сонцестояння)

Кути нахилу для деяких широт, в залежності від пори року, представлені на графіку

 

При розташуванні конструкцій сонячних панелей в кілька рядів, крім правильної орієнтації і кута нахилу, дуже важливим є правильно вибрати відстань між рядами, щоб не відбувалося взаємного затінення поверхні модулів. Для середньої смуги, при оптимальному фіксованому куті нахилу, найчастіше використовується проста формула d = 3w, де d - відстань між рядами, і w - висота панелі під оптимальним кутом нахилу.

      

При кутах нахилу, близьких до 30 °, коефіцієнт використання майданчика під фотоелектричні систему становить 33%. Наведені дані є оглядовими, зібрані з різних джерел, і трохи відрізняються за значенням, так як розраховувалися за різними методиками. В цілому їх завдання - дати уявлення про те наскільки оптимально може працювати фотоелектрична система в залежності від орієнтації і кута нахилу сонячних панелей.

Види конструкцій під монтаж сонячних батарей.

Конструкції під наземний монтаж сонячних батарей.

Для наземного монтажу сонячних панелей конструкції виготовляються з оцинкованого залізного або алюмінієвого профілю, зібраного в єдину конструкцію для кріплення одного або групи з декількох модулів у вертикальній, або горизонтальній площині. Такі конструкції частіше встановлюють на бетонний фундамент.

Крім стаціонарних конструкцій для установки фотоелектричних модулів на землі, існують також поворотні в одній, або двох площинах конструкції для систем стеження за сонцем - трекерна системи орієнтації. Використання трекерів дозволяє максимально ефективно зорієнтувати активну поверхню сонечних панелей і значно збільшити продуктивність енергії в порівнянні з фіксованим розміщенням на нерухомих металоконструкціях - до 30 - 40%.

     

 Трекери виготовляють із сталевих нержавіючих і алюмінієвих профілів.

Співвідношення вартості та ефективності трекерів визначає оптимальну потужність розміщення на них фотомодулів, яка може становити від кількох до десятка кіловат.

Конструкції під монтаж сонячних батарей на дахах.

Для монтажу фотоелектричних модулів на плоских дахах використовують конструкції з алюмінієвого профілю з опорними елементами з нержавіючої сталі. На таких конструкціях монтують панелі в один, або кілька ярусів, орієнтуючи в горизонтальній або вертикальній площині.

На похилих дахах, напрямлених на південь по азимуту і куту нахилу, близькому до оптимального, монтаж сонячних батарей відбувається на алюмінієвих профілях, закріплених на опорних елементах в / на покрівлі.

Мобільні конструкції для сонячних батарей

Конструкції під фотоелектричні модулі для мобільного застосування повинні мати можливість оперативно розгортатися і направляти модулі на сонце, також бути досить компактними для транспортування. Їх виготовляють з алюмінієвого профілю, з елементами для кріплення з нержавіючої сталі, застосовуючи поворотні вузли, що дозволяють змінювати геометрію конструкції і орієнтацію всієї системи, або окремих елементів.

На такі конструкції накладаються певні обмеження, пов'язані з масо-габаритними характеристиками всієї системи, а також умов її транспортування і приведення в робочий стан.

Отже, як було розглянуто вище, продуктивність фотоелектричних систем безпосередньо залежить від того, наскільки правильно виконано встановлення сонячних батарей і підібрані конструкції під них. Вибір і розрахунок конструкції для фотоелектричної системи є настільки важливим елементом для отримання максимального виходу енергії від неї, як і інші елементи системи - фотоелектричні модулі і інвертори.