CC BY
28
УДК 621.383
Жабаева В.А. студент магистратуры 2 курса
Белякова А.П. студент магистратуры 2 курса
Беседина И.П. студент магистратуры 2 курса Аэрокосмический институт Оренбургский государственный университет научный руководитель: Русяев А.С., к.техн.н.
доцент Россия, г. Оренбург
СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА УГЛА НАКЛОНА СОЛНЕЧНОЙ
ПАНЕЛИ
Аннотация: 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.
Ключевые слова: альтернативная энергетика, солнечная энергетика, солнечная энергия, солнечные панели, эффективность солнечных панелей, САПР солнечных панелей.
Zhabaeva V.A. graduate student 2 course, Aerospace Institute Orenburg State University Russia, Orenburg Belyakova A.P. graduate student 2 course, Aerospace Institute Orenburg State University Russia, Orenburg Besedina I.P. graduate student 2 course, Aerospace Institute Orenburg State University Russia, Orenburg Scientific adviser: Rusyaev A.S. Candidate of Technical Sciences, Associate Professor COMPARISON OF METHODS FOR CALCULATING AN ANGLE OF THE SOLAR PANEL TILT Abstract: this article describes what factors must be considered when installing solar panels. The methods of installing solar panels, their advantages and disadvantages are indicated. Methods for calculating the angle of inclination of
solar panels are considered, their comparison is carried out.
Keywords: alternative energy, solar energy, solar energy, solar panels, solar panel efficiency, solar CAD panels.
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 панелей на крыше дома под углом 45 градусов;
2. Установка под углом близким к широте местности;
3. Установка под углом, значение которого лежит где-то посередине между оптимальными углами для лета и зимы;
4. Установка под расчетным углом.
В последнем случае угол рассчитывается следующим образом:
- З
начение 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 (51,8° северной широты), используя каждый из описанных выше методов.
Таблица 1 - Результаты определения угла наклона солнечной панели для города Оренбург различными методами
№ метода Результат, °
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.
Положение
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
0-15° 15 °
15-25 ° Угол равен широте
25-30 ° +5 ° к широте
30-35 ° +10 ° к широте
35-40 ° +15 ° к широте
Больше 40 ° +20 ° 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 50 — максимальное склонение, равное 23,45°, ё — 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.
+ Sur, las I Equation of lime Sun stow
14м 12м 10й Эи Б" 4м 2м 0м 2м 6м 6Ц 10й 12м 14w
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, ° «Летний» угол,°
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.
Использованные источники:
1. Виссарионов В.И. Солнечная энергетика. Методы расчетов / В.И. Виссарионов, Г.В.Дерюгина, В.А.Кузнецова, Н.К.Малинин // МЭИ, 2008. -317с.
2. 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.
3. 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).
4. Нагаев Д.А. Обзор современных солнечных панелей / Д.А.Нагаев // -Соловьёв Вадим Анатольевич - 2018. - № 6.3 (21) - С.530-534.
5. Оптимальный угол наклона солнечных батарей [Электронный ресурс]. -
Режим доступа: https://nsia-energy.ru/mfo/artides/16-optimalnyj-ugol-naklona-solnechnykh-batarej - (дата обращения: 14.07.2019).
6. Проектирование солнечной батареи [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://slavapril.narod.ru/proektirovanie_solnechnoi_batarei.html - (дата обращения 14.07.2019).
7. Угол наклона и направление солнечных батарей [Электронный ресурс] -Режим доступа: https://www.solarhome.ru/basics/pv/techtilt.htm - (дата обращения: 14.07.2019).
8. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки / Н.В.Харченко // Москва: Энергоатомиздат , 1991. - 208 с.
9. 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.
