Методы и способы очистки солнечных панелей от снега

Введение. Солнечная энергетика — одно из наиболее динамично развивающихся направлений возобновляемой энергетики в мире. В России, несмотря на суровые климатические условия в большинстве регионов, количество солнечных панелей неуклонно растёт, причём значительная их часть приходится на агропромышленный комплекс, где такие модули используются для электроснабжения удалённых ферм, теплиц и насосных станций. Однако эффективность работы солнечных панелей напрямую зависит от чистоты их поверхности [1]. Зимой на них накапливается снег, который почти полностью блокирует доступ солнечного света к фотоэлементам.

Согласно данным мониторинга 84 станций на территории РФ, проведённого в 2024 г., в 68 % случаев снег покидает панели самостоятельно в течение 24–48 часов после снегопада, в 22 % случаев остаётся до 5 дней, а в 10 % случаев требует ручной очистки. При этом исследования показывают, что снеговая нагрузка способна снижать производительность солнечных батарей на 10–30 % в зимний период, а в отдельных случаях потери достигают 70–80 % [2]. Снег на поверхности панели действует как зеркало: он отражает солнечные лучи, не пропуская их к фотоэлементам. Даже небольшой участок панели, закрытый снегом, может привести к потере мощности всей цепочки модулей из-за особенностей последовательного соединения [3].

В этой связи проблема своевременной и эффективной очистки солнечных панелей от снега приобретает особую актуальность для сельских территорий, где обслуживающий персонал часто отсутствует, а доступ к панелям затруднён [4].

Цель работы заключается в анализе и систематизации существующих методов очистки солнечных панелей от снежного покрова.

Материалы и методы исследования

Объект исследования — методы и технические средства очистки поверхности фотоэ лектрических модулей от снега и наледи в условиях зимней эксплуатации, включая

70                  Агротехника и энергообеспечение. – 2026. – № 2 (51)

стационарные наземные фотоэлектрические батареи, используемые в сельском хозяйстве [5].

Методы исследования включают:

• - анализ отечественного и зарубежного опыта эксплуатации солнечных панелей в зимний период;

• - классификацию существующих методов очистки по принципу действия;

• - сравнение методов по критериям эффективности, затрат и безопасности для панелей

• [6] .

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ опыта эксплуатации солнечных панелей в зимний период.

• 1.    Эффект самоочистки. При выработке панелью даже 50 Вт мощности её поверхность нагревается на 8–12 °C выше температуры окружающего воздуха, что способствует образованию скользкой прослойки между снегом и стеклом. Однако в условиях длительных морозов этого может быть недостаточно для полного удаления снега [2]. В исследовании, проведённом в Новосибирске в 2025 году на 12 системах, зафиксировано, что в 87 % снежных дней панели очищались самостоятельно за 6–36 часов благодаря самонагреву под солнцем, гладкой поверхности стекла и гидрофобным свойствам антибликового покрытия [10].

• 2.    Отрицательное влияние наледи. Закрытые снегом участки панели остывают сильнее открытых, возникают локальные напряжения. Со временем это вызывает деградацию спаев. Исследование НИИСФ РААСН показало: регулярное обледенение сокращает срок службы панелей на 3–5 лет [2].

• 3.    Повышение энергоэффективности зимой. Свежевыпавший снег обладает высокой отражающей способностью, направляя солнечные лучи обратно на панели (эффект альбедо) [13]. Низкая температура воздуха снижает внутренние потери энергии. Исследования Министерства энергетики США показывают, что зимой панели могут производить на 10–15 % больше энергии при условии очистки, особенно в ясную морозную погоду [16]. Однако это преимущество полностью нивелируется при накоплении снега на поверхности.

Классификация методов очистки солнечных панелей от снега.

Проведённый анализ позволяет разделить все существующие методы очистки солнечных панелей от снега на три основные группы: пассивные, механические (ручные) и автоматизированные [3, 7].

Пассивные методы. Пассивные методы не требуют вмешательства человека и основываются на правильном проектировании и установке солнечных панелей [4]. К их числу относятся:

Выбор оптимального угла наклона. При установке панелей под углом 35° и более снег сползает сам через 2–5 дней после снегопада (в Сибири это наблюдается в 84 % случаев). Согласно рекомендациям Министерства энергетики США, угол наклона до 60° является оптимальным (рис 1) для естественного схода снега в зимний период [17]. В руководстве Enphase подтверждается, что стёкла панелей имеют низкое трение, и при достаточном угле наклона снег быстро соскальзывает [3].

Лето

Весна/осень

Зима

Положение солнца летом

Лето

Зима

Рисунок 1. Углы наклона солнечных панелей

Вертикальная установка. Монтирование модуля практически вертикально (угол 90°) решает проблему налипания снега. Вертикальная конструкция, как отмечается в исследованиях, позволяет в зимнее время повысить эффективность генерации электроэнергии за счёт отражения снега, а летом обеспечивает экономию пространства [5].

Использование гидрофобных покрытий. Гидрофобные составы (например, «NANOPROTECH Solar») снижают адгезию снега на 40 % и действуют в течение 1,5 лет. Современные панели покрыты антибликовым слоем, который часто обладает и гидрофобными свойствами — вода и расплавленный снег скатываются, унося за собой рыхлый снег [10]. В Польше разработаны покрытия на основе силикон-эпоксидной смолы с добавлением октасферосиликатов, которые снижают адгезию льда на 43 % и задерживают замерзание в 70 раз дольше по сравнению с немодифицированным покрытием [11]. Обзорная работа в журнале Surfaces and Interfaces также подтверждает, что прозрачные супергидрофобные покрытия обладают потенциалом для создания самоочищающихся поверхностей солнечных панелей, сохраняя при этом необходимую проницаемость солнечных лучей [15].

Эффект Вентури. Канадская компания «Isolara Energy Services» разработала систему самоочистки, основанную на падении давления при прохождении воздуха через суженную часть трубы. Поток воздуха сдувает с панели снег и пыль. Главное условие — установка панели в хорошо продуваемом месте [7].

Ручная (механическая) очистка. Это наиболее простой и доступный способ, но он требует соблюдения определённых правил, чтобы не повредить панели. Для очистки рекомендуется использовать мягкие щётки из EVA-пены или мягкие скребки, которые не царапают защитное стекло [3]. Применяются также специальные телескопические швабры, позволяющие очищать панели с земли, не поднимаясь на крышу (рис 2) [13].

Рисунок 2. Механическая очистка солнечных панелей

При выполнении ручной очистки категорически запрещается:

• - использовать металлические скребки и лопаты — они оставляют царапины, снижающие прозрачность стекла. Данные за январь–февраль 2026 года в Новосибирской, Кировской и Свердловской областях показывают, что зафиксировано 23 случая резкого падения выработки солнечных станций после ручной уборки снега: выработка упала на 18– 32 %, при этом визуально повреждений обнаружено не было, а тепловизионная диагностика выявила микротрещины в кремниевых ячейках [9];

• - лить горячую воду — резкий перепад температур вызывает растрескивание стекла;

• - применять химические реагенты на основе хлоридов и солей — они разрушают алюминиевые рамы и уплотнители за 1–2 сезона;

• - счищать снег при сильном нажатии (более 3 кг/см²), так как это может привести к микротрещинам в стекле. По данным ВНИИКП (2025 год), локальное давление более 30 Н (≈3 кгс) в одной точке вызывает необратимую деформацию кремниевой ячейки толщиной 160–180 мкм, что через 6 месяцев приводит к падению выработки на 18–37 % [9];

• - производить очистку без страховки на скользких крышах.

Автоматизированные методы. Автоматизированные системы позволяют производить очистку без участия человека, что особенно важно для удалённых панелей, характерных для сельскохозяйственных предприятий [6, 7].

Роботизированные системы очистки. Специальные роботы (рис 3), перемещающиеся по поверхности панелей, удаляют снег с помощью щёток и воздушных потоков. Согласно исследованию автономной роботизированной системы, представленному в IEEE, робот способен очищать до 135 м²/ч свежего снега и поддерживает эффективность очистки выше 85 % даже на обледенелых участках [8]. Исследователи также отмечают, что в производстве стоимость компонентов такого робота составляет порядка нескольких тысяч долларов США, а при массовом производстве цена единицы может снизиться ещё больше [8]. Некоторые модели оснащены датчиками на основе искусственного интеллекта и могут работать автономно [16].

Рисунок 3. Роботизированная система очистки солнечных панелей

Системы обогрева. На тыльной стороне панели или по всей её поверхности монтируются нагревательные элементы, изображенные на рисунке 4 (провода, маты). При включении системы снег на лицевой поверхности тает и стекает [14]. Этот метод обеспечивает полную автоматизацию, но потребляет до 10–15 % от вырабатываемой панелью энергии. В работе Лагойды З.С. (Национальный университет «Львовская политехника») описана разработка и исследование системы самонагрева солнечных панелей для очистки от снега в зимних условиях [1].

Рисунок 4. Система обогрева

Системы инфракрасного нагрева. Южно-Уральский государственный университет разработал противообледенительную систему на основе инфракрасного излучения. В статье Соломина Е.В., Долгошеева В.В. и Ларцева М.А. обоснована необходимость наличия данной системы для регионов с холодным климатом и приведены результаты экспериментов, демонстрирующие её работоспособность в зимних условиях [6]. Такая система наиболее эффективна при низких температурах (ниже 0 °С), когда традиционный нагрев малоэффективен, и позволяет быстро удалять снег и наледь без прямого контакта с поверхностью модуля.

Автоматические системы с распылением жидкости. В Омском государственном техническом университете создана автоматическая система, использующая в тёплое время года воду, а зимой — специальную безмасленную антиобледенительную жидкость (рис 5), которая очищает панель за 12 секунд [5]. Применение этих технологий повышает эффективность панелей на 30–60 % за счёт оптимизации ориентации и на 20–95 % за счёт регулярной очистки.

Рисунок 5. Распыление жидкости на солнечные панели

Ключевые принципы выбора методов очистки

Проведённый анализ позволяет сформулировать несколько ключевых принципов, представленных в таблице 1, которыми следует руководствоваться при выборе способа очистки солнечных панелей от снега [4, 7]. Руководствуясь данными принципами был произведен и сведен в таблицу 2 сравнительный анализ основных методов очистки от снега.

Таблица 1. Сравнение ключевых принципов

Принцип	Содержание	Примеры реализации
Адаптация к климату	Выбор метода с учётом региона и интенсивности снегопадов	В снежных регионах — большой угол наклона или автоматический обогрев; в южных — достаточно ручной чистки
Энергоэффективность	Очистка не должна потреблять больше энергии, чем обеспечивает дополнительная генерация	Для удалённых модулей — пассивные методы или роботизированные системы с питанием от аккумуляторов
Безопасность для модулей	Исключение механических повреждений и химической коррозии	Использование только мягких щёток и одобренных производителем составов. Согласно исследованию в испытательном центре RISE в Питео (Швеция), даже при максимальной снеговой нагрузке около 1 кПа, что значительно ниже номинальных значений модулей, у всех групп, использовавших ручную очистку (кроме группы с телескопической шваброй со скользящей насадкой), были зафиксированы повреждения ячеек [3]
Автоматизация	Минимизация участия человека, особенно для труднодоступных	Системы обогрева и роботизированные комплексы

	установок
Экономическая целесообразность	Затраты на очистку не должны превышать потери от простоя панелей	Для малых модулей достаточно ручной очистки 2–4 раза за зиму; для крупных — роботизированные системы окупаются за 1–3 сезона

Таблица 2. Сравнительный анализ основных методов очистки от снега:

Метод	Эффективность	Риск повреждения	Участие человека	Рекомендуемая область
Увеличение угла наклона (≥35°)	Средняя (70– 85%)	Нет	Нет	Все типы панелей
Гидрофобное покрытие	Средняя (снижает адгезию на 40%)	Нет	Нет	Все типы
Ручная очистка (щётка / телескопическая швабра)	Высокая (95– 100%)	Низкий– средний (при ошибках)	Да (2–4 раза за зиму)	Малые и средние СЭС (до 30 кВт)
Роботизированная система	Высокая (90– 100%)	Низкий	Нет (автономно)	Промышленные СЭС (от 30 кВт)
Системы нагрева	Очень высокая (100%)	Низкий	Нет	Регионы с длительной зимой, низкими температурами

Выводы.

Проведённое исследование методов и способов очистки солнечных панелей от снега позволяет сделать следующие выводы.

Снежный покров является серьёзным фактором снижения эффективности работы солнечных панелей в зимний период. Согласно данным Местникова Н.П. и Манусова В.З., опубликованным в журнале «Промышленная энергетика» (2026, № 2), при толщине снега около 7 мм и отсутствии очистки КПД модуля падает с 16,00 до 6,67 % уже через 6 суток, а полное покрытие модуля может остановить генерацию полностью [12]. Ими же выявлено, что блокировка всего 25 % площади модуля инициирует потерю 58,33 % мощности из-за разрыва последовательных цепей фотоэлементов, а обоснованный регламентный цикл очистки составляет каждые 6–7 суток, что предотвращает системный недоотпуск электроэнергии, достигающий 73,10 % при пассивной эксплуатации [12].

В северных и сибирских регионах с длительной зимой и экстремально низкими температурами целесообразно применение автоматизированных систем (обогрев, ИК-излучение или автоматические омыватели), несмотря на их более высокую стоимость. Эти системы окупаются за счёт предотвращения простоев станции и отсутствия затрат на обслуживающий персонал [6, 7].

Для удалённых агропромышленных объектов (насосные станции, фермы, теплицы в полях), где регулярное обслуживание затруднено, оптимальным выбором являются полностью автоматизированные системы с питанием от самих панелей — роботизированные комплексы или системы обогрева [8, 14].

При любом способе очистки первостепенное значение имеет соблюдение техники безопасности: запрещается использовать острые и жёсткие инструменты, лить горячую воду 76

или применять агрессивную «химию», которая может повредить стекло, раму и уплотнители. В ходе аудита 67 СЭС после зимней чистки в 2025 году у 41 % обнаружены скрытые механические повреждения — все они связаны с нарушением рекомендаций по уборке по ГОСТ Р 58977-2020 и СП 255.1325800.2016 [9]. Основная масса травм при зимнем обслуживании — падения с высоты, поэтому для панелей на крышах необходимо использовать телескопические инструменты для работы с земли или нанимать профессионалов с альпинистской подготовкой.

Реализация предложенных рекомендаций позволит существенно повысить эффективность использования солнечных панелей в зимний период, что особенно актуально для сельских территорий, где бесперебойное электроснабжение имеет критическое значение для жизнеобеспечения и производственных процессов.