Годовая выработка солнечной системы зависит не только от количества модулей. На результат влияют направление крыши, угол наклона, затенение, температура ячеек, загрязнение, потери в кабелях и соответствие параметров панелей характеристикам инвертора.
Подбирая солнечные панели, нужно оценивать не только паспортную мощность. Две системы по 5 кВт могут отличаться по годовой генерации на 10–25%, если одна установлена на южной стороне без тени, а вторую утром закрывает соседнее здание, а после обеда затеняет дерево.
Как рассчитать выработку
Номинальную мощность панели измеряют при освещенности 1000 Вт/м² и температуре солнечных ячеек 25 °C. В реальных условиях эти параметры постоянно меняются, поэтому модуль на 450 Вт не выдает 450 Вт на протяжении всего светового дня.
Для предварительной оценки можно взять систему мощностью 5 кВт. В зависимости от региона Украины, ориентации, угла установки и технических потерь она способна производить примерно 5000–6500 кВт·ч в год. Среднее значение составит около 14–18 кВт·ч в сутки, но распределение по сезонам будет неравномерным.
В солнечный летний день такая система может дать примерно 20–30 кВт·ч. Весной и осенью выработка часто находится в диапазоне 10–20 кВт·ч, а зимой может снижаться до 3–10 кВт·ч. В пасмурный декабрьский день результат иногда составляет менее 2–3 кВт·ч.
Предположим, дом расходует 15 кВт·ч в сутки. Летом станция на 5 кВт может полностью покрывать это потребление и оставлять запас. Зимой она обеспечит только часть нагрузки, поэтому сеть, аккумуляторы или генератор все равно останутся необходимыми.
Ориентация и угол установки
Южное направление обычно дает максимальную суммарную выработку за год. Отклонение на юго-восток или юго-запад не обязательно критично, но смещает пик генерации на утро или вторую половину дня.
Восточно-западная схема полезна, если электричество активно потребляется утром и вечером. Полуденный пик будет ниже, однако период генерации растянется на большее количество часов. Это позволяет напрямую использовать больше собственной энергии без аккумуляторов.
Для стационарной установки угол наклона часто выбирают примерно в диапазоне 25–40°. Меньший угол лучше соответствует высокому летнему солнцу, а больший помогает зимой и ускоряет сход снега. Разница между углом 15° и 35° особенно заметна в холодный сезон, когда солнце находится низко над горизонтом.
Даже небольшая тень может давать ощутимые потери. Если дымоход закрывает часть одной панели с 14:00 до 17:00, пострадает не только этот модуль. При последовательном соединении ограничиваться может ток всего стринга. В зависимости от схемы и времени затенения дневная потеря способна составить 10–30%.
Температура и охлаждение
Солнечные панели лучше работают при ярком солнце и прохладных ячейках. Паспортная мощность привязана к температуре 25 °C, но летом температура поверхности модулей значительно выше температуры воздуха.
При температуре воздуха 30 °C ячейки могут нагреваться примерно до 50–65 °C. Если температурный коэффициент мощности составляет около −0,35% на каждый градус выше 25 °C, при нагреве до 60 °C расчетная потеря будет равна:
35 °C × 0,35% = 12,25%.
Панель на 450 Вт при той же освещенности будет выдавать не 450 Вт, а приблизительно 395 Вт. Конкретный результат зависит от модели и указанного производителем температурного коэффициента.
Между панелями и крышей нужен вентиляционный зазор. Если модули почти вплотную прилегают к нагретой кровле, отвод тепла ухудшается. Снижение температуры ячеек даже на 5 °C при коэффициенте −0,35%/°C возвращает около 1,75% мощности. Для массива на 5 кВт это приблизительно 87 Вт в момент максимальной освещенности.
Потребление и комплектация
Чтобы увеличить долю собственной солнечной энергии, мощные приборы лучше включать в часы активной генерации. Если бойлер мощностью 2 кВт работает два часа днем, он использует около 4 кВт·ч непосредственно от панелей. При вечернем включении эта же энергия будет взята из сети или аккумулятора.
Без батареи дом, где жильцы отсутствуют днем, может использовать напрямую примерно 30–50% солнечной генерации. Перенос работы бойлера, стиральной машины и насоса на период с 10:00 до 16:00 способен повысить этот показатель примерно до 50–70%.
Аккумуляторы увеличивают самопотребление, но их емкость должна соответствовать вечерней нагрузке. Если после захода солнца дом расходует в среднем 700 Вт в течение восьми часов, потребуется:
0,7 кВт × 8 часов = 5,6 кВт·ч.
С учетом потерь инвертора и допустимой глубины разряда нужен аккумуляторный запас примерно 7–8 кВт·ч.
Подбор системы в 220Volt
В 220Volt оборудование подбирают по годовому и суточному потреблению, доступной площади крыши, ориентации, затенению и возможности установки аккумуляторов. Для дома с расходом 10 кВт·ч в сутки и объекта с потреблением 30 кВт·ч потребуется разная мощность панелей, инвертора и накопителя.
Отдельно проверяют рабочее напряжение стрингов, максимальный ток инвертора, длину кабелей и сечение проводников. Потери в кабельной линии желательно удерживать примерно в пределах 1–3%. Если линия длинная, а сечение выбрано без расчета, часть энергии будет постоянно теряться на нагреве проводов.
Сергей Полищук участвует в подборе решений для солнечной и резервной энергетики, оценивает условия объекта и контролирует соответствие оборудования фактическому профилю потребления. При расчете учитываются сезонные колебания, пиковая мощность, возможное расширение системы и режим использования аккумуляторов.
Причины снижения выработки
Загрязнение поверхности
Пыль, пыльца, следы птиц и листья уменьшают количество света, попадающего на ячейки. В обычных условиях потери могут составлять около 2–5%, а рядом с грунтовой дорогой, промышленным объектом или полем достигать 10% и более. Состояние панелей стоит проверять несколько раз в год.
Несоответствие инвертора
Если суммарная мощность панелей превышает возможности инвертора слишком сильно, в солнечные часы он будет ограничивать выходную мощность. Например, массив способен кратковременно выдавать 6 кВт, а инвертор ограничен значением 5 кВт. Потерянный пик составит до 1 кВт, хотя в утренние и вечерние часы перегрузки не будет.
Отсутствие мониторинга
Снижение месячной выработки на 15–20% при похожей погоде может указывать на затенение, неисправность стринга, загрязнение или ошибку инвертора. Без мониторинга такая проблема иногда остается незамеченной несколько месяцев.
Перед сезоном нужно проверить поверхность модулей, крепления, кабели, разъемы и данные инвертора. Затем стоит сравнить фактическую генерацию с прошлогодним показателем и перенести работу бойлера, насоса и стиральной машины на часы максимальной солнечной активности.
