Как ведут себя солнечные батареи под снегом

770fb1bf800319ef8beead8ebb80ef50_resized_width_cca47d8a3807624bca5df1aebc4bac48_500_q95
Пассивная борьба с налипшим снегом состоит в выборе места и правильной установке. Руководствуйтесь следующим правилом: устанавливать панели следует по возможности в вертикальное положение (на стены дома либо на специальные столбы) на хорошо продуваемом пространстве (рисунок 1).

SB-na-stene-270x300

Если же все-таки небольшое количество снега скопилось на панелях, то их очистка может проводиться обычной половой щеткой. На рисунке 2 приведены примеры установки солнечных панелей вертикально и под углом в 60°. Разница очевидна.

panels_winter-300x220
Рисунок 2. Панели, установленные вертикально и под углом Интересную систему для решения рассматриваемой проблемы разработала одна канадская компания. Ее действие основано на силе ветра и так называемом эффекте Вентури. В состав конструкции входят 4 солнечные батареи и устройство, предназначенное для усиления воздушного потока. Воздух, проходя через сужающиеся трубки, ускоряется и сдувает снег с поверхностей панелей. Все достаточно просто и эффективно. Единственный минус: при установке батарей в «мертвой» зоне, где нет ветра, эффективность описанной конструкции будет минимальной. Использовать зимой подобную систему самоочистки можно как для солнечных батарей, генерирующих электроэнергию, так и для солнечных нагревателей воды, воздуха и других аналогичных системы (рисунок 3).

effect-Venturi

Рисунок 3. Панели с эффектом ВентуриЕсли же осадков в Ваших широтах выпадает минимальное количество, то проблемы налипшего снега удастся избежать. Ведь в процессе работы любых солнечных батарей происходит их нагрев, и оттаивание панелей будет происходить само по себе. Получается, что недостаток СБ в летнее время превращается в ее достоинство зимой.

Но выпавший снег является помехой лишь тогда, когда накапливается на самих панелях. В других же случаях, это скорее плюс, чем минус, ведь он обладает высокой отражающей способностью, так что количество рассеянного излучения повышается, а поликристаллические батареи отлично воспринимают не только прямой свет, но и рассеянный.

Короткие зимние дни – проблема №2

Производительность панелей зависит от количества солнечной энергии, но как быть, когда дни становятся все короче и короче. В этом и заключается вторая проблема использования солнечных систем зимой – насколько эффективно они работают в этот период времени? Давайте разбираться вместе.

Как показывает практика и проводимые исследования, производительность солнечных систем с сокращением светового дня снижается в 1,5-2 раза.

Рисунок 4. Карта России по зонам производительности СБ

map_russia

На рисунке 4 зеленым цветом отмечены те районы, в которых отдача батарей снижается в несколько раз в период с ноября по январь. Поэтому рекомендуют заранее заняться вопросом наращивания мощности установленных СБ либо позаботиться о дополнительных источниках энергии (ветрогенераторы, миниэлектростанции).

На количество вырабатываемой энергии влияет угол наклона панелей. Это объясняется так называемыми сезонными вариациями. В зимний период времени солнце не достигает того же угла, как в летний. Поэтому и углы наклона панелей должны быть различны. Так зимой для максимального эффекта он должен быть равен значению широты района плюс 10-15°. А вот летом, наоборот, минус 10-15°. В идеале следует предусмотреть возможность смены положения батарей, в противном случае выбирайте угол, значение которого располагается примерно посередине между летним и зимнем.

Более наглядно продемонстрировать разницу в инсоляции помогут данные из таблицы 1.

Таблица 1

Месяц Панель, расположенная горизонтально Панель, расположенная вертикально Панель, расположенная под углом 40°
Январь 16,4 21,3 20,6
Февраль 34,6 57,9 53,0
Март 79,4 104,9 108,4
Апрель 111,2 93,5 127,6
Май 161,4 108,2 166,3
Июнь 166,7 100,8 163,0
Июль 166,3 108,8 167,7
Август 130,1 103,6 145,0
Сентябрь 82,9 86,5 104,6
Октябрь 41,4 58,1 60,7
Ноябрь 18,6 38,7 34,8
Декабрь 11,7 25,8 22,0
Сумма за год 1020,7 908,3 1173,7

В таблице представлены данные для широты 55,7° в г. Москва. Естественно, для городов, например, в Сибири эти показатели будут иными, но разница в среднем не изменится, то есть максимум энергии зимой Вы получите при вертикальном расположении панелей, а летом – при горизонтальном.

Подходите с умом, как к выбору оборудования, так и к его установке. Продумывайте каждую деталь, ведь, порой, незначительная, на Ваш взгляд, мелочь, может увеличить или уменьшить производительность солнечной системы в разы.

Японский опыт

Чтобы обуздать «снеговой фактор», хоккайдовские энергетики с самого начала решили наклонить солнечные батареи покруче, на 40°, что, с одной стороны, снижает выработку энергии летом, а с другой — повышает зимой, когда в ней больше нужды. А самое главное — это позволяет снегу просто соскальзывать, без необходимости заделки силиконовым герметиком швов между панелями.

Но на небольшой гелиоЭС «Асахикава Хокуто» мощностью 1,25 МВт, запущенной в ноябре 2013 года, пошли дальше и попробовали обратить снег из врага солнечной энергетики в друга. Для этого — впервые для крупных электростанций такого рода — были использованы двусторонние фотоэлементы, у которых вместо непрозрачного подстилающего пластика с обратной стороны находится прозрачный слой, благодаря чему солнечный свет, отражённый от окружающего батарею снега, частично используется ею не с лицевой, а с задней стороны.

2144489a8475250b7d5d55c1e8deabf7_resized_width_9066c3ea82c5a968c76dcf89de3f8711_500_q95
Отражаясь от снега, лучи ещё несут достаточно энергии, чтобы на 6–10% увеличить выработку электроэнергии солнечными батареями. Будь на Хоккайдо зимой столь же солнечно, как на юге российского Дальнего Востока, эффект мог бы быть даже больше.

При этом общую толщину кремниевого слоя увеличивать нет нужды, что и позволяет производителю фотоэлементов, японской компании PVG Solutions, не задирать цены выше обычных.

Какова эффективность подобного решения? Обычно серийные однослойные кремниевые фотоэлементы дают КПД около 15–16%. А двусторонние солнечные батареи показали в эту зиму 18% — в период, когда поверхность под ними была покрыта снегом, и 16–17% — в бесснежные дни, когда количество света, отражавшегося от поверхности под фотоэлементами, падало. Хотя цифры кажутся пустячными, стоит учесть, что общие мощности солнечной энергетики по всему миру сейчас значительно превышают 100 ГВт, и подобная оптимизация на 6–10% в странах с бореальным климатом (где, вопреки экономической логике, вводят в строй основную часть солнечных батарей) резко подняла бы их отдачу зимой без необходимости применения дорогих многослойных систем.

Важно и то, что подобный двусторонний формфактор можно реализовать не только для кремния, но и практически для любого другого вида полупроводниковых материалов: достаточно сделать покрытие задней части батареи прозрачным.

Как говорят специалисты «Асахикава Хокуто», результаты эксплуатации двусторонних фотоэлементов наводят их на мысль о целесообразности нанесения некоего недорогого белого покрытия из сравнительно гидрофобного, малопачкающегося материала, что обеспечивало бы повышение КПД солнечных батарей не только зимой, но и на протяжении всего года. После таяния снега гелиоэнергетики намерены провести эксперименты на эту тему, которые могут стать весьма ценным опытом для солнечной отрасли едва ли не любой страны со снежным климатом.

Эта запись защищена паролем. Введите пароль, чтобы посмотреть комментарии.