Мощность солнечного излучения зимой

Правда о работе солнечной электростанции зимой

Дата публикации: 29 октября 2019

Пока большинство жителей нашей страны заняты покупкой зимней одежды и запасаются каменной солью для борьбы с гололедом, владельцы солнечных электростанций размышляют будут ли работать солнечные батареи в период зимней непогоды. Хорошая новость заключается в том, что солнечные панели питают светом, а не теплом, поэтому они будут продолжать обогревать и отапливать ваш дом круглый год.

Солнечные панели выглядят так, будто созданы для вечного лета. Тем не менее, они хорошо работают при любых погодных условиях. Даже в холодных северных широтах и ​​дождливом климате солнечная энергия является надежным и устойчивым источником энергии.

Солнечная установка генерирует чистую возобновляемую энергию круглый год. На самом деле, более эффективно солнечные панели производят электричество в холодную погоду. Все больше домохозяйств по всей стране инвестируют в солнечные системы каждый год. Солнечная энергия — самый стабильный и устойчивый энергетический ресурс в холодном климате. Она делает ваш дом более безопасным и менее зависимым от ископаемого топлива и энергосистемы.

Работают ли солнечные панели зимой?

Самый мощный энергетический ресурс, доступный в мире, находится прямо над нашей головой. Даже в самую холодную погоду солнечные панели превращают солнечный свет в электричество. Солнечные батареи создают энергию от обильного света нашего солнца, а не солнечного тепла.

Как работают солнечные батареи?

Если вкратце, то когда частицы фотона солнечного света попадают на фотоэлементы солнечной панели, электроны в кремнии приводятся в движение. Это движение напрямую преобразуется в электрический ток. Затем ток отправляется в распределительную коробку вашего дома для питания вашей отопительной системы и бытовой техники.

Таким образом, даже в зимние месяцы, если солнечный свет попадает на солнечную батарею, он будет генерировать электричество. Холодный климат на самом деле оптимален для эффективности солнечных батарей. Вопреки тому, что некоторые могут подумать, тепло на самом деле уменьшает производство электроэнергии на солнечных батареях. Исследования показали, что панели начинают терять эффективность когда температура воздуха достигает 30ºC.

Некоторые скептики возобновляемой энергии могут считать, что солнечные панели просто отключаются в самый неподходящий момент, в метель, например. Тем не менее, это далеко от фактической науки о солнечной технологии. Солнечная энергия — это надежный и экономичный способ питания вашего дома в зимнюю погоду.

Солнечные батареи обеспечивают надежное электричество для домов в холодных климатических и экстремальных погодных условиях. Кроме того, чем более энергоэффективен дом, тем меньше солнечных батарей может понадобиться.

Солнечная энергия защищает вас и ваш дом в суровых зимних условиях. Холодные температуры увеличивают выработку солнечного электричества, и его можно хранить для дальнейшего использования. Кроме того, в зимний ясный день солнечного света столько же, сколько летом.

Плюсы и минусы солнечных панелей зимой

Производство энергии солнечных панелей несколько уменьшаются в зимних условиях. Тем не менее, минусы в основном из-за редких сильных снегопадов и коротких дней. С другой стороны, эффективность энергии солнечных батарей обычно повышаются при низких температурах.

Вот несколько плюсов и минусов, которые прольют свет на работу солнечной станции зимой.

• Солнечные панели создают электричество от солнечного света, а не солнечного тепла.
• Более низкие температуры повышают эффективность производства энергии, увеличивая ежедневное количество вырабатываемой электроэнергии, несмотря на меньшее количество световых часов.
• Солнечный свет может попадать на солнечную панель через легкий снежный покров и поддерживать выработку энергии.
• Солнечные панели установлены под углом, который позволяет большому количеству снега соскальзывать и позволять солнцу выполнять свою работу, повышая ваше спокойствие.

• Зимой, может потребоваться отрегулировать угол панелей , чтобы захватить больше света.
• Важно установить сверхпрочные солнечные панели, рассчитанные на весовые нагрузки от сильного снегопада, что может увеличить стоимость.
• Вам может потребоваться очистить снег, если он полностью покроет панели и заблокирует передачу солнечного света.
• Короткие зимние дни, снежный покров, облака и низкий угол наклона панелей уменьшают количество солнечного излучения, которое могут собирать фотоэлементы.

Солнечные панели работают в снегу?

Что происходит с панелями, когда идет снег? Получу ли я достаточно электричества? Как поступать со снегом на солнечных панелях?Правда в том, что даже когда батарей покрыты снегом, они все равно генерируют электричество.

Солнечный свет все же достигает солнечных панелей через снег и сохраняет солнечные элементы, производящие энергию. Темное стекло солнечных панелей ускоряет способность снега таять и соскальзывать, прежде чем оно снижает производительность солнечной станции.

Кроме того, монтажные стойки обычно наклонены на 30–45 градусов, что также препятствует накоплению снега (до определенной точки).

Солнечная энергия так же надежна, как и солнце. Хотя снег может уменьшить проникновение солнечного света, он не обязательно мешает работе солнечных батарей. В холодные ясные дни, когда есть блестящий ковер из снега, он отражает дополнительный дневной свет на солнечные панели. Гладкая белая поверхность снега отражает свет, почти как зеркало. Этот эффект снежного альбедо позволяет панелям производить еще больше электричества на холоде.

Солнечные панели являются важным источником энергии в научных станциях в Антарктиде. Такие солнечные установки ясно демонстрируют, что панели могут производить электричество в холодных, заснеженных регионах. Основываясь на исследованиях в зимних условиях, солнечная энергия является проверенным экономическим энергетическим решением в северном климате. Чего уж нам боятся, с нашим умеренным климатом. Тем более синоптики заверяют, что зима будет недолгой.

• Солнечные мобильные телефоны
• Выгодно ли использовать СБ в России?
• Солнечные комплекты для дачи
• 20 самых больших проектов солнечной энергетики

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Методы расчета мощности солнечных батарей

На земле существует большое количество альтернативных источников энергии. Каждый из них имеет свои особенности при использовании. И одним из самых экологичных является энергия солнечного света. На самом деле мощность солнечной энергии используется человечеством с древних времен и в различной форме:

• Летом используется тепло солнечных лучей для нагрева теплиц и создания оптимальных условий для их развития.
• Под лучами солнца человек сушил морепродукты, грибы, целебные травы и прочее.
• При конструировании солнечных печей можно вскипятить воду с использованием системы зеркал.

Все это непостоянно, нагретые солнцем за день предметы ночью быстро остывают. Человечество долго думало о том, как бы сохранить мощность солнечной энергии. И только в XXI-ом столетии стало использовать ее для накопления в виде тепла и электричества. Получение электрической мощности из солнечного излучения – это довольно действенный способ. На сегодняшний день он используется для обеспечения энергией от одиночных домов до небольших поселений или комплексов. И даже учитывая крайне небольшое время качественного солнечного излучения, популярность использования панелей не утихает. Но чтобы определить целесообразность этого генератора, необходимо посчитать мощность солнечных батарей. Об этом речь пойдет ниже в статье, прежде необходимо ознакомиться с понятием «солнечное излучение».

Что такое солнечная энергия?

Солнечная энергия – на самом деле это огромная сила, но чтобы ее получить, необходимо приложить немало усилий. Все дело в том, что технологии изготовления солнечных генераторных панелей имеют высокую цену и порой при расчете выгоды может оказаться так, что установка таких у себя дома будет окупаться на протяжении десятков лет, при условии постоянно ясных дней. А на самом деле эта цифра увеличится как минимум в 5 раз, и выгода будет заметна только вашим внукам или правнукам. И то, если конструкция панелей будет надежна и сможет столько прослужить. В идеальном расчете современные солнечные батареи могут выдавать до 1,35 кВт/м кв. и для получения 10 кВт потребуется всего 7,5 кв. м панелей. Но это в идеальных условиях. В реальности — площади солнечных батарей потребуется в 5-6 раз больше для получения той же мощности.

КПД современных солнечных панелей

Современные солнечные панели обладают не так уж и большим КПД. Фотоэлемент, площадью 1 кв. м выдает в идеальных условиях 1 кВт электрической энергии. Но это условие справедливо, если расстояние от поверхности панели минимально. И солнце находиться над ней. А лучи – строго перпендикулярно к плоскости и прозрачность атмосферы составляет не менее 100%. Таким условиям соответствует лишь вершина горы в тропической зоне и ясную погоду. В нашей климатической зоне можно добиться максимум 20%. Следовательно, с 1 кв. м можно получить от 150 до 600 Вт электрической энергии. Все дело в том, что интенсивность солнца в наших широтах весьма мала. К примеру, рассматривая российские города от Архангельска до Южно-Сахалинска, за месяц эксплуатации солнечной батареи можно получить максимум 209.9 кВтч/м кв. И то, эта цифра справедлива только в Сочи. При установке солнечной панели в Архангельске, месячный максимум получится не более 159.7 кВтч/м кв.

В средних широтах, в которых собственно мы с вами и проживаем, показатель мощности солнечной энергии соответствует уровню 100 Вт/кв. м. Но и эти данные весьма неточные. Потому что при повышенной облачности эта цифра будет уменьшаться до 2 и более раз.

Виды солнечного излучения

В зависимости от потока излучение разделяется на 2 вида: рассеянное и прямое. В зависимости от вида освещения выбирается угол наклона панели, тем самым повышая КПД установки. При прямом излучении угол должен быть строго определен. При рассеянном излучении этот показатель не важен. Поскольку интенсивность освещения во всех точках пространства примерно равна. Но между двумя этими разновидностями имеется существенное отличие. Оно заключается в мощности солнечного излучения на квадратный метр. В первом случае она многократно раз превышает второй, обеспечивая панель мощным потоком фотонов. Но таких ясных деньков в наших широтах, да и по всей планете, не так уж много. Поэтому производителям панелей приходиться использовать весь научно-технический потенциал, чтобы получить максимум энергии из того излучения. Такие технологии станут многим не по карману. Не говоря уже о сроке окупаемости, который может стать непостижимым на нашем веку.

Как распределяется энергия в солнечном спектре?

Солнце представляет собой универсальный генератор, который вырабатывает потоки световой энергии не только различной мощности, но и различной частоты, что говорит о возможности разложения солнечного света в спектр. Весь его охватить не удастся, потому что принимающее тело должно быть идеально черного цвета. Тем более что не все виды излучений доходят до поверхности земли. Самые активные и энергонесущие потоки поглощаются другими телами в космосе и атмосфере. Задачей человечества стало определение диапазона частот, в котором поток световой энергии максимален. Традиционно спектр раскладывается не по частотам, а по длинам волн. И его грубо можно разделить на 3 зоны:

• Ультрафиолетовая, ей соответствуют длины волн от 0 до 380 мкм.
• Видимый свет, находиться в диапазоне от 380 до 760 мкм.
• Инфракрасный, соответствует участку с длинами волн от 760 до 3300 мкм.

Зоной, где энергия фотонов самая высокая, является именно первый диапазон, но в нем частиц ничтожно мало, по сравнению с видимым диапазоном света. Поэтому для получения электрической энергии стали использовать именно видимый и инфракрасный диапазоны с длинами волн от 380 до 1800 мкм. Все, что выше относится к радиочастотному диапазону и энергия здесь также мала, по причине практически полного отсутствия энергии фотонов, несмотря на их большое количество и достаточную мощность солнечной энергии.

Проблема установки солнечных батарей

Главной проблемой установки солнечных батарей в наших климатических условиях является существенное различие в длительности светового дня в зависимости от поры года. Самый короткий день почти в 2,5 раза меньше самого длинного, что сказывается и на энергии излучения, которому зимой еще приходиться преодолевать и более толстые слои атмосферы. Следовательно, использование солнечных батарей в зимний период не даст никакой выгоды, а в летний период жарким днем выдаст не меньше энергии, чем на экваторе.

Что необходимо учитывать при расчете солнечного генератора

Солнечный свет, как и любая другая физическая величина, имеет ряд параметров. Они должны использоваться при расчете генератора. К ним относятся:

• Уровень освещенности или мощность солнечного излучения на квадратный метр. Под ним подразумевается усредненное значение солнечного излучения. Оно измеряется в верхних слоях атмосферы Земли и расположенного перпендикулярно световым потокам. На примере Сочи эта величина равна 1365 Вт.
• Максимальная мощность излучения солнца. Это полезная световая энергия. Она достигает поверхности Земли на уровне моря на экваторе и в безоблачный день. В среднем она равна 1 кВт/м кв.
• Инсоляция – это усредненное время, в течение которого солнце освещает поверхность с максимальной интенсивностью. Обычно оно находится в пределах от 3 до 5 часов по российской территории.
• Общая энергия излучения – величина, измеряемая за день облучения поверхности. Она определяется как произведение 1 кВтч и количества инсоляционных часов.
• Мощность солнечной энергии – величина энергии, рассчитанная за сутки (24 часа). Этот показатель рассчитывается как соотношение общей энергии за день к 24 часам.

Размещение панелей

В наших климатических условиях важно предусмотреть систему автоматической коррекции положения панелей. Поскольку интенсивность солнечной энергии изменяется с течением дня, очень

Автоматическая коррекция положения панелей

Необходимо, чтобы лучи падали на приемные элементы перпендикулярно. Благодаря этому выбивая из них больше заряженных электронов. Но чтобы это обеспечить придется организовать поворот или наклон солнечных батарей с ходом солнца. При угле падения лучей в 30 градусов, коэффициент отражения лучей составляет не менее 5%. А 95% световой энергии оказываются полезными. При увеличении угла отражения до 60 градусов, потери вырастают вдвое. А при угле отражения 80 градусов коэффициент потерь находиться на отметке 40%. Но кроме угла отражения немаловажное значение имеет эффективная площадь перекрытия панели солнечным потоком. Эта величина расчетная. И находиться из отношения реальной площади к синусу угла между плоскостью и направлением солнечных лучей. В итоге: для получения постоянно качественного потока, панели необходимо время от времени поворачивать к солнцу. А это соответственно будет требовать определенных технологий, что оказывается весьма дорогостоящим удовольствием.

Ориентация панелей в одной плоскости

Можно пойти и простым путем, ориентировать солнечную батарею в одной плоскости под определенным углом. Например, для Москвы, расположена на 56 градусах широты) угол наклона к горизонту составит 56 градусов. А угол отклонения от вертикали 34 градуса. Тогда потребуется лишь обеспечить панели вращением в одной плоскости и возврат ее в исходную точку. Все это удорожает систему и делает ее менее надежной.

При конструировании системы поворота панелей большое значение имеет вес рамы, на которой будут располагаться фотоэлементы. И как следствие получается, что на вращение неоправданно расходуется мощность солнечной энергии. И это снижает количество полезной энергии.

Выбор фотоэлектрической системы для построения солнечного генератора

Для построения действительно качественного солнечного генератора необходимо учесть следующие данные:

КПД и мощности

• Среднее значение коэффициента полезного действия имеющихся в продаже солнечных панелей. У кремниевых батарей он лежит в пределах от 12 до 17%. Это при условии использования кристаллического материала. КПД тонкопленочных батарей лежит в пределах от 8 до 12%.
• Мощность солнечной панели, вырабатываемой одним квадратным метром панели. Для ее определения необходимо солнечную энергию умножить на КПД одной панели. Далее округлить до целого цела.
• Пиковая мощность солнечной батареи – измеряется в безоблачный солнечный день. Она равна произведению КПД и величине «Стандартного солнца» (1 кВт).

Показатели энергии

• Суммарная усредненная энергия. Рассчитывается как произведение пиковой мощности и количества часов инсоляции.
• Выработанная энергия – это величина мощности, которую панель отдала в нагрузку в фактических условиях за 24 часа. Определяется как соотношение суммарной усредненной энергии к 24 часам. Для панелей из кристаллического кремния эта величина равна 0.6-0.85 кВт/м кв.. А для пленочного кремния – 0.4-0.6 кВт/м кв.
• Общая энергия – количество мощности, выработанной панелью за год эксплуатации. Она рассчитывается как произведение как полная энергия и количество дней в году. Для кристаллических панелей (CSi) – 219-310 кВт ч, для пленочных (TF) – 146-219 кВт ч. Но при расчете окончательных показателей необходимо учесть потери в импульсном преобразователе, которые составляют обычно 5%.
• Цена электрической энергии. Пожалуй, самый главный показатель, который зачастую предопределяет целесообразность приобретения солнечного генератора. На сегодняшний день такой генератор пока еще нецелесообразен. Поскольку без поломок более 10 лет практически ничто не прослужит. Но технологии не стоят на месте! И в скором будущем стоимость световых генераторных панелей станет намного меньше, сделав их доступными для всех.

Источник