Втрата ККД на 50% і ефект альбедо: як сонячні панелі працюють узимку та що потрібно врахувати

Багато користувачів сумніваються в ефективності сонячних панелей восени та взимку. Однак не варто перейматися тим, хто перейшов на альтернативні джерела енергії — фотоелементи генеруватимуть чисту енергію в негоду та холодні дні. Про те, як саме вони функціонують, розповість Фокус.

Як сонячні батареї працюють у холодну пору року

Панелі працюють, перетворюючи сонячне світло на електрику за допомогою фотоелектричних елементів. Коли фотони сонячного світла потрапляють у ці елементи, вони вибивають електрони з атомів, генеруючи потік електрики.

Слід пам'ятати, що фотоелектричні панелі працюють, перетворюючи енергію сонця на електрику, а сонячні (теплові) панелі діють, перетворюючи енергію сонця на тепло. У більшості випадків люди використовують фотоелектричні (PV) панелі. Однак не зайвим буде знати, як працюють різні типи пристроїв зі збору енергії Сонця.

Принцип роботи фотоелектричних елементів

Фотоелектричні панелі працюють, перетворюючи енергію сонця на електрику, пише snugg.com. Звідти електрику під'єднують до електричного ланцюга будинку, щоб нею можна було користуватися за необхідності. Також можна встановити батарею для зберігання енергії, що виробляється сонячними панелями, для подальшого використання. Фотоелектричні панелі добре діють удень, навіть коли хмарно. Алгоритм їхнього функціонування такий:

• Світло від сонця потрапляє на поверхню елемента.
• Сонячне випромінювання поглинається шаром кремнію.
• Електрони в кремнії рухаються, створюючи постійний електричний струм.
• Постійний струм подається на сонячний інвертор, який перетворює його на змінний струм.
• Змінний струм може подаватися або на вимикач вашого будинку для негайного використання, або на акумулятор для подальшого використання.

Як працюють сонячні теплові батареї

Сонячні теплові панелі працюють, перетворюючи енергію сонця на тепло. Осідає конденсат, тобто гаряча вода, яка потім передається в систему гарячого водопостачання будинку і використовується для нагріву води, перш ніж знову направляється на сонячну панель. Сонячні теплові панелі працюють добре тільки тоді, коли сонце світить досить яскраво, щоб нагріти воду. Алгоритм такий:

• Світло від сонця потрапляє на поверхню сонячної панелі.
• Тепло від сонця поглинається спеціальною рідиною, що зазвичай складається з води та антифризу.
• Нагріта вода закачується в теплообмінник, який знаходиться всередині резервуара для води будинку.
• Теплообмінник нагріває воду в резервуарі для води, без зіткнення двох рідин.
• Використана сонячна рідина закачується назад у сонячну панель для повторного нагрівання.

Сонячні панелі використовують світло, а не тепло для вироблення енергії. Тому навіть у холодні зимові дні панелі продовжуватимуть виробляти електрику, поки є денне світло.

Недоліки роботи сонячних панелей взимку

Є кілька факторів, які можуть вплинути на ефективність сонячних панелей взимку, повідомляє eonenergy.com:

Більш короткі світлові дні. Оскільки сонце встає пізніше і сідає раніше, протягом дня залишається менше годин, коли сонячне світло може потрапляти на панелі. Це знижує загальне вироблення чистої енергії.

Більш низьке сонце. У зимові місяці сонце не піднімається так високо, а це означає, що його світло повинно пройти через більшу частину атмосфери, перш ніж досягти фотоелементів. Це зменшує кількість "зеленої" енергії, яка може бути вироблена.

Хмарність. Похмуре небо є звичайним явищем взимку. Важкий хмарний покрив може блокувати більшу частину і без того слабкого зимового сонячного світла. Але навіть найбільш хмарний день не завадить сонячній батареї виробляти трохи енергії. ‍

Сніг. Товстий шар снігу може перешкодити сонячному світлу досягти сонячних елементів, поки він знову не розсіється. Але невеликий снігопад зазвичай швидко тане або зісковзує з панелей.

Плюси зимової погоди для сонячних панелей

Є й позитивний бік того, як зима впливає на сонячні панелі, про це пише ЗМІ interestingengineering.com, посилаючись на генерального директора компанії MakeMyHouseGreen Левелліна Кінча.

Низькі температури. Фотоелементи на ділі працюють ефективніше в більш холодних умовах. Річ у тім, що низькі температури дають змогу електронам панелі рухатися вільніше, збільшуючи тим самим потужність генерації електроенергії. Таким чином ефективність пристрою зростає до 0,5% на кожен градус нижче 25 градусів Цельсія.

Ефект альбедо. У холодні ясні дні сніг на землі може діяти як дзеркало, відбиваючи додаткове сонячне світло на сонячні панелі. Це явище, відоме як "ефект альбедо", може дозволити їм генерувати ще більше "зеленої" енергії в холод.

Для довідки: альбедо — це відбивна здатність будь-якої поверхні, співвідношення потоку відбитої цією поверхнею радіації до потоку падаючої радіації, виражене у відсотках.

Кут нахилу. Кінч зазначив, що темне скляне покриття батарей сприяє швидкому таненню снігу. При цьому кут їхнього нахилу змушує розталий сніг зісковзувати, відкриваючи поверхню пристрою сонцю. Тільки рясний сніг може вплинути на падіння ККД. Однак уже розроблено й застосовується особливе смугове покриття, яке змушує накопичений сніг швидко зісковзувати, що підвищує ефективність сонячних електростанцій на дахах будинків.

Скільки енергії виробляють сонячні батареї взимку

Взимку кількість енергії, що виробляється сонячною панеллю, може знизитися на 50-70% максимум на 80%, згідно з даними snugg.com.

Тоді як одна сонячна панель потужністю 400 Вт може виробляти близько 2,4 кВт*год енергії в найсонячніший літній день, вона ж може продукувати лише 0,4 кВт*год у найпохмуріший зимовий день. Це відбувається тому, що взимку в день менше пікових сонячних годин, ніж влітку. Пікова сонячна година — це вимір сонячної енергії. Але це не те саме, що година сонячного світла. Це година з інтенсивністю сонячного випромінювання 1000 Вт на квадратний метр.

Оцінити щоденне вироблення енергії сонячною електростанцією можна за допомогою формули:

• Щоденне вироблення (ват-години) = Потужність панелі (ват) × Пікові сонячні години (години)

Наприклад, взимку 400-ватна панель дасть близько:

• 400 Вт × 1 година = 400 ват-годин (0,4 кВт*год)

Це доволі приблизні розрахунки, під час яких не беруть до уваги такі чинники, як конкретні погодні умови, кут нахилу панелей та їхній напрямок тощо. Однак зорієнтуватися в питанні електрогенерації взимку формула допоможе.

Хороша новина в тому, що навіть у найкоротші та хмарні дні фотоелементи все ще виробляють енергію. І хоча один пристрій може давати всього 400 Вт на день, у будинку з 12 елементами генерація становитиме близько 4,8 кВт*год на день — приблизно половину щоденного споживання енергії в середньому будинку взимку.

Максимізація ККД сонячних батарей взимку

Зима — найдорожча пора року для обігріву, оскільки навіть найпродуманіший будинок поступово втрачає тепло. Тому потрібно максимально ефективно використовувати сонячні електростанції, щоби скоротити витрати на електроенергію.

Ось кілька порад щодо максимальної ефективності сонячних панелей взимку від видання KiowaCountyPress:

Утримання в чистоті. Сніг і сміття можуть блокувати сонячне світло, тому обов'язково тримати панелі чистими для максимальної продуктивності. Для цього достатньо направити садовий шланг на дах або найняти професіонала, щоб він очистив їх ретельніше.

Регулювання кута нахилу. Взимку сонце стоїть нижче в небі, тому регулювання нахилу батарей може допомогти вловлювати більше світла. Варто найняти професіонала, який зробить це безпечно.

Моніторинг і обслуговування. Регулярні перевірки допоможуть виявити будь-які проблеми на ранній стадії, а деякі системи дають змогу контролювати продуктивність фотоелементів з телефона.

Усунення перешкод. Великі дерева можуть блокувати сонячне світло. Якщо поруч із будинком є дерево, яке затінює сонячні панелі, варто його обрізати, щоб максимально збільшити кількість світла, що досягає пристроїв.

Встановлення акумулятора. Можна зберігати надлишки енергії в найбільш сонячні періоди для використання в подальшому. Це не збільшить вихідну потужність сонячної електростанції, але допоможе максимально ефективно використовувати енергію, яку вона виробляє. ‍

Професійна перевірка. Варто час від часу звертатися до експертів для обслуговування системи. Вони зможуть виявити й усунути будь-які неполадки, які користувачі могли не помітити.

Отже, сонячні панелі працюють взимку. І хоча вони можуть не виробляти стільки ж енергії, як навесні та влітку, все одно є можливість забезпечити половину потреб будинку в електроенергії, якщо вживати заходів для підтримки фотоелементів у першокласному стані.