Сравнение методов расчета угла наклона солнечной панели
Автор: Жабаева В.А., Белякова А.П., Беседина И.П., Русяев А.С.
Журнал: Теория и практика современной науки @modern-j
Рубрика: Основной раздел
Статья в выпуске: 12 (54), 2019 года.
Бесплатный доступ
В данной статье описывается, какие факторы необходимо учитывать при установке солнечных панелей. Указаны способы установки солнечных панелей, их достоинства и недостатки. Рассмотрены методы расчета угла наклона солнечных панелей, проведено их сравнение.
Альтернативная энергетика, солнечная энергетика, солнечная энергия, солнечные панели, эффективность солнечных панелей, сапр солнечных панелей
Короткий адрес: https://sciup.org/140274122
IDR: 140274122
Текст научной статьи Сравнение методов расчета угла наклона солнечной панели
Для увеличения продуктивности солнечных панелей немаловажным фактором является наклон, под которым их устанавливают. Солнечная панель должна иметь определенный угол наклона. Положение панелей должно меняться в зависимости от таких факторов, как особенности климата (количество солнечных дней в году), время года, суток, погода. Есть и постоянные факторы, влияющие на угол наклона панелей, – географическая широта, место монтажа, период использования (если батарея работает не круглый год). Все эти факторы необходимо учитывать при установке солнечной энергосистемы.
Существует три способа установки солнечных панелей:
-
- Установка солнечных батарей на неподвижную конструкцию под оптимальным углом;
-
- Установка на одноосный трекер (поворотную платформу, которая может вращаться только вокруг одной оси, чаще всего - той, что отвечает за наклон);
-
- Установка на двухосный трекер (поворотная платформа может вращаться за солнцем в двух плоскостях).
У второго и третьего вариантов есть свои преимущества. Использование трекеров позволяет значительно увеличить времени работы солнечной батареи и увеличить выработку энергии. Но есть у этих вариантов и свои недостатки: более высокая цена, снижение надежности системы за счет введения движущихся элементов, необходимость дополнительного технического обслуживания и т.п.
Чаще всего солнечные панели располагаются на крыше или поддерживающей конструкции в фиксированном положении и не могут следить за положением солнца в течение дня. Поэтому, обычно солнечные панели не находятся под оптимальным углом (90 градусов к солнечным лучам) в течение всего дня.
В этом случае есть несколько различных рекомендаций по определению угла наклона солнечной панели:
-
1. Наиболее распространенный способ крепления солнечных
-
2. Установка под углом близким к широте местности;
-
3. Установка под углом, значение которого лежит где-то
-
4. Установка под расчетным углом.
панелей на крыше дома под углом 45 градусов;
посередине между оптимальными углами для лета и зимы;
В последнем случае угол рассчитывается следующим образом:
-
- Значение широты умножается на 0,87. Такой расчет подойдет
для широты до 25 градусов;
-
- Значение широты умножается на 0,76 и прибавляется 3,1. Так
получится оптимальное значение угла для местности с географической широтой более 25 градусов.
Определим угол наклона солнечной панели для города Оренбург (51,8º северной широты), используя каждый из описанных выше методов.
Таблица 1 – Результаты определения угла наклона солнечной панели для города Оренбург различными методами
№ метода |
Результат, º |
1 |
45 |
2 |
51.8 |
3 |
51.6 |
4 |
42.5 |
Однако, в результате движения Земли вокруг Солнца, имеют место также сезонные вариации. Зимой солнце не достигает того же угла, как летом, а значит, что солнечные панели должны располагаться летом более горизонтально, чем зимой. Поэтому для получения большей эффективности рекомендуется менять угол наклона солнечных панелей дважды в год. В таком случае также существуют различные рекомендации для определения «зимнего» и «летнего» углов наклона солнечных панелей.

Рисунок 1 – Положение солнца зимой и летом
Первый способ. Угол наклона определяется для местности с определенной географической широтой. Для зимы к значению географической широты прибавляется 10-15 градусов, а летом от этого значения отнимается 10-15 градусов.
Таблица 2 - Оптимальные углы наклона солнечных батарей для различных широт в зимний сезон
Широта местности |
Угол наклона |
0-15º |
15 º |
15-25 º |
Угол равен широте |
25-30 º |
+5 º к широте |
30-35 º |
+10 º к широте |
35-40 º |
+15 º к широте |
Больше 40 º |
+20 º к широте |
Второй способ. Для максимальной выработки летом угол наклона солнечной панели считается по формуле: (Широта + (Широта — 22,5 градуса)) / 2 Т.е. это средний угол между равноденствием и летним солнцестоянием.
Для максимальной выработки зимой угол считается по формуле: (Широта + (Широта + 22,5 градуса)) / 2 Т.е. это средний угол между равноденствием и зимним солнцестоянием.
Третий способ. Состоит в определении угла на основании значения широты местности и значений суммарной радиации в данной местности. Значение суммарной радиации можно определить по специальным таблицам. При расчете «зимнего» угла наклона определяются два зимних месяца, для которых характерна минимальная энергия солнечных лучей. На их основании определяется средняя величина склонения солнца как среднее арифметическое косинусов этих углов. Найденное значение прибавляется к значению широты. «Летний» же угол определяется как разность между значением широты и средней величиной склонения солнца в летний период.
Среднюю величину склонения солнца можно определить по формуле:

где δ0 — максимальное склонение, равное 23,45º, d — порядковый номер дня года, отсчитываемый с 1 января.
Также величину склонения солнца можно определить по аналеме -кривой, соединяющей ряд последовательных положений центральной звезды планетной системы (в нашем случае — Солнца) на небосводе одной из планет этой системы в одно и то же время суток в течение года.

Рисунок 2 – Аналема
Для города Оренбурга также определим «зимний» и «летний» углы наклона солнечных панелей, используя различные методы расчета:
Таблица 2 - Результаты определения «зимнего» и «летнего» углов наклона солнечной панели для города Оренбург различными методами
№ метода |
«Зимний» угол, º |
«Летний» угол,º |
1 |
71,8 |
31,8 |
2 |
63.05 |
40.55 |
3 |
72.5 |
30.7 |
Для получения большей производительности необходимо ориентироваться на сезонность зима/лето. И в таком случае предпочтительными методами определения сезонных углов наклона солнечной панели будут являться №1 и №3.
Список литературы Сравнение методов расчета угла наклона солнечной панели
- Виссарионов В.И. Солнечная энергетика. Методы расчетов / В.И. Виссарионов, Г.В.Дерюгина, В.А.Кузнецова, Н.К.Малинин // МЭИ, 2008. - 317с.
- Голиков Р.А. Исследование влияния двухосевого солнечного трекера на выработку электроэнергии / Р.А. Голиков, Г.Г. Здоровцев, Е.Е.Тен // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке - Хабаровск: ДвГУПС - 2018. - №1 - С. 200-203.
- Какой угол наклона солнечных батарей наиболее оптимальный? [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://2energy.com.ua/stati/70-ugol-naklona-solnechnykh-batarey - (дата обращения: 14.07.2019).
- Нагаев Д.А. Обзор современных солнечных панелей / Д.А.Нагаев // - Соловьёв Вадим Анатольевич - 2018. - № 6.3 (21) - С.530-534.
- Оптимальный угол наклона солнечных батарей [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://nsia-energy.ru/info/articles/16-optimalnyj-ugol-naklona-solnechnykh-batarej - (дата обращения: 14.07.2019).
- Проектирование солнечной батареи [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://slavapril.narod.ru/proektirovanie_solnechnoi_batarei.html - (дата обращения 14.07.2019).
- Угол наклона и направление солнечных батарей [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.solarhome.ru/basics/pv/techtilt.htm - (дата обращения: 14.07.2019).
- Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки / Н.В.Харченко // Москва: Энергоатомиздат, 1991. - 208 с.
- Шипулин А.В. Математическая модель и методы расчета мощности солнечных панелей и емкости аккумуляторных батарей для питания автономных охранных комплексов / А.В.Шипулин, Ю.П.Стоянов, О.С.Мезенцева // Современная наука и инновации - Ставрополь:СКФУ -2017. - № 4(20) - С. 33-42.