Потеря КПД на 50% и эффект альбедо: как солнечные панели работают зимой и что нужно учесть

Многие пользователи сомневаются в эффективности солнечных панелей осенью и зимой. Однако не стоит переживать тем, кто перешел на альтернативные источники энергии — фотоэлементы будут генерировать чистую энергию в непогожие и холодные дни. О том, как именно они функционируют, расскажет Фокус.

Как солнечные батареи работают в холодную пору года

Панели работают, преобразуя солнечный свет в электричество с помощью фотоэлектрических элементов. Когда фотоны солнечного света попадают в эти элементы, они выбивают электроны из атомов, генерируя поток электричества.

Следует помнить, что фотоэлектрические панели работают, преобразуя энергию солнца в электричество, а солнечные (тепловые) панели работают, преобразуя энергию солнца в тепло. В большинстве случаев люди используют фотоэлектрические (PV) панели. Однако не лишним будет знать, как работают разные типы устройств по сбору энергии Солнца.

Принцип работы фотоэлектрических элементов

Фотоэлектрические панели работают, преобразуя энергию солнца в электричество, пишет snugg.com. Оттуда электричество подключается к электрической цепи дома, чтобы ею можно было пользоваться по мере необходимости. Также можно установить батарею для хранения энергии, вырабатываемой солнечными панелями, для последующего использования. Фотоэлектрические панели хорошо работают днем, даже когда облачно. Алгоритм их функционирования таков:

• Свет от солнца попадает на поверхность элемента.
• Солнечное излучение поглощается слоем кремния.
• Электроны в кремнии движутся, создавая постоянный электрический ток.
• Постоянный ток подается на солнечный инвертор, который преобразует его в переменный ток.
• Переменный ток может подаваться либо на выключатель вашего дома для немедленного использования, либо на аккумулятор для последующего использования.

Как работают солнечные тепловые батареи

Солнечные тепловые панели работают, преобразуя энергию солнца в тепло. Оседает конденсат, т. е. горячая вода, которая затем передается в систему горячего водоснабжения дома и используется для нагрева воды, прежде чем снова направляется на солнечную панель. Солнечные тепловые панели работают хорошо только тогда, когда солнце светит достаточно ярко, чтобы нагреть воду. Алгоритм таков:

• Свет от солнца попадает на поверхность солнечной панели.
• Тепло от солнца поглощается специальной жидкостью, обычно состоящей из воды и антифриза.
• Нагретая вода закачивается в теплообменник, который находится внутри резервуара для воды дома.
• Теплообменник нагревает воду в резервуаре для воды, без соприкосновения двух жидкостей.
• Использованная солнечная жидкость закачивается обратно в солнечную панель для повторного нагрева.

Солнечные панели используют свет, а не тепло для выработки энергии. Поэтому даже в холодные зимние дни панели будут продолжать вырабатывать электричество, пока есть дневной свет.

Недостатки работы солнечных панелей зимой

Есть несколько факторов, которые могут повлиять на эффективность солнечных панелей зимой, сообщает eonenergy.com:

Более короткие световые дни. Так как солнце встает позже и садится раньше, в течение дня остается меньше часов, когда солнечный свет может попадать на панели. Это снижает общую выработку чистой энергии.

Более низкое солнце. В зимние месяцы солнце не поднимается так высоко, а это значит, что его свет должен пройти через большую часть атмосферы, прежде чем достичь фотоэлементов. Это уменьшает количество "зеленой" энергии, которое может быть выработано.

Облачность. Пасмурное небо является обычным явлением зимой. Тяжелый облачный покров может блокировать большую часть и без того слабого зимнего солнечного света. Но даже самый облачный день не помешает солнечной батарее вырабатывать немного энергии. ‍

Снег. Толстый слой снега может помешать солнечному свету достичь солнечных элементов, пока он снова не рассеется. Но небольшой снегопад обычно быстро тает или соскальзывает с панелей.

Плюсы зимней погоды для солнечных панелей

Есть и положительная сторона того, как зима влияет на солнечные панели, об этом пишет СМИ interestingengineering.com, ссылаясь на генерального директора компании MakeMyHouseGreen Левеллина Кинча.

Низкие температуры. Фотоэлементы на деле работают эффективнее в более холодных условиях. Дело в том, что низкие температуры позволяют электронам панели двигаться свободнее, увеличивая тем самым мощность генерации электроэнергии. Таким образом эффективность устройства возрастает до 0,5% на каждый градус ниже 25 градусов Цельсия.

Эффект альбедо. В холодные ясные дни снег на земле может действовать как зеркало, отражая дополнительный солнечный свет на солнечные панели. Это явление, известное как "эффект альбедо", может позволить им генерировать еще больше "зеленой" энергии в холод.

Для справки: альбедо — это отражательная способность какой-либо поверхности, отношение потока отраженной данной поверхностью радиации к потоку падающей радиации, выраженное в процентах.

Угол наклона. Кинч отметил, что темное стеклянное покрытие батарей способствует скорейшему таянию снега. При этом угол их наклона заставляет расстаявший снег соскальзывать, открывая поверхность устройсва солнцу. Только обильный снег может повлиять на падение КПД. Однако уже разработано и применяется особое полосовое покрытие, заставляющее скопившийся снег быстро соскальзывать, что повышает эффективность солнечных электростанций на крышах домов.

Сколько энергии вырабатывают солнечные батареи зимой

Зимой количество энергии, вырабатываемой солнечной панелью, может снизиться на 50-70% максимум на 80%, согласно данным snugg.com.

В то время как одна солнечная панель мощностью 400 Вт может вырабатывать около 2,4 кВт*ч энергии в самый солнечный летний день, она же может вырабатывать всего 0,4 кВт*ч в самый пасмурный зимний день. Это происходит потому, что зимой в день меньше пиковых солнечных часов, чем летом. Пиковый солнечный час — это измерение солнечной энергии. Но это не то же самое, что час солнечного света. Это час с интенсивностью солнечного излучения 1000 Вт на квадратный метр.

Оценить ежедневную выработку энергии солнечной электростанцией можно при помощи формулы:

• Ежедневная выработка (ватт-часы) = Мощность панели (ватт) × Пиковые солнечные часы (часы)

Например, зимой 400-ваттная панель даст около:

• 400 Вт × 1 час = 400 ватт-часов (0,4 кВт*ч)

Это довольно грубые расчеты, при которых не берутся во внимание такие факторы, как конкретные погодные условия, угол наклона панелей и их направление, и пр. Однако сориентироваться в вопросе электрогенерации зимой формула поможет.

Хорошая новость в том, что даже в самые короткие и облачные дни фотоэлементы все еще вырабатывают энергию. И хотя одно устройство может вырабатывать всего 400 Вт в день, в доме с 12 элементами генерация составит около 4,8 кВт*ч в день — примерно половину ежедневного потребления энергии в среднем доме зимой.

Максимизация КПД солнечных батарей зимой

Зима — самое дорогое время года для обогрева, поскольку даже самый продуманный дом постепенно теряет тепло. Поэтому нужно максимально эффективно использовать солнечные электростанции, чтобы сократить расходы на электроэнергию.

Вот несколько советов по максимальной эффективности солнечных панелей зимой от издания KiowaCountyPress:

Содержание в чистоте. Снег и мусор могут блокировать солнечный свет, поэтому обязательно держать панели чистыми для максимальной производительности. Для этого достаточно направить садовый шланг на крышу или нанять профессионала, чтобы он очистил их более тщательно.

Регулировка угла наклона. Зимой солнце находится ниже в небе, поэтому регулировка наклона батарей может помочь улавливать больше света. Стоит нанять профессионала, который сделает это безопасно.

Мониторинг и обслуживание. Регулярные проверки помогут обнаружить любые проблемы на ранней стадии, а некоторые системы позволяют контролировать производительность фотоэлементов с телефона.

Устранение препятствий. Большие деревья могут блокировать солнечный свет. Если рядом с домом есть дерево, которое затеняет солнечные панели, стоит его обрезать, чтобы максимально увеличить количество света, достигающего устройств.

Установка аккумулятора. Можно хранить излишки энергии в самые солнечные периоды для использования в дальнейшем. Это не увеличит выходную мощность солнечной электростанции, но поможет максимально эффективно использовать энергию, которую она вырабатывает. ‍

Профессиональная проверка. Стоит время от времени обращаться к экспертам для обслуживания системы. Они смогут обнаружить и устранить любые неполадки, которые пользователи могли не заметить.

Итак, солнечные панели работают зимой. И хотя они могут не вырабатывать столько же энергии, как весной и летом, все равно существует возможность обеспечить половину потребностей дома в электроэнергии, если принимать меры для поддержания фотоэлементов в первоклассном состоянии.