Если плоскость солнечной батареи (или солнечного коллектора)
«смотрит» не точно на солнце, то конечно, она вырабатывает меньше энергии. Вопрос
– на сколько меньше, и как это можно посчитать. Опять же. В расчете ничего
нового нет. Необходимо только помнить, что такое косинус. Остальное понятно из
следующего рисунка.
На солнечную батарею, которая расположена под углом (альфа), эта же энергия, падает как на сторону АВ.
Решив простой треугольник, найдем, что энергия солнечного излучения, приходящая на единицу площади с.батареи, отличается
На практике, все это можно определить без синусов и косинусов, а просто по длине тени от предмета. Длина тени, минус длина предмета – эта та часть мощности, которую Вы теряете. Но мы не об этом.
Для простоты, на рисунке приведен график потерь мощности в зависимости расхождения между нормалью к плоскости солнечной батареи и направлением на Солнце. Обратите внимание, что потери (в процентах) выполнены в логарифмическом масштабе (иначе бы рисунок потерял бы наглядность).
Единственный вывод, что при ошибке 25 градусов, потери не превышают 10%. Пока, все выглядит хорошо, но давайте посмотрим практический пример.
Допустим, Вам устанавливают солнечную батарею.
Допустим, ее честно ориентируют на средний угол места Солнца, который бывает
только весной и осенью, а по азимуту – точно на Юг. Все вроде хорошо. Но, летом
Солнце стоит на 23 градуса выше этого направления, а зимой – на 23 градуса ниже
(по углу места). Для лета, когда потенциально (для Ялты), на один метр площади приходит 1
кВт/ч., с потерей 100 Ватт можно мириться. Но зимой, когда этой энергии только
700 Ватт/м.кв. ...
Эта проблема легко решается, если раз в сезон регулировать положение солнечной батареи по углу места. Тем более, что современные кронштейны крепления позволяют это делать. Лично я, не знаю людей, которые бы это делали.
И с этим всем можно было бы мириться, если бы кроме потерь «по углу места» не существовало бы потерь «по азимуту». Суть его, заключается в том, что Солнце двигается по азимуту, со скоростью 15 градусов в час (360 град. в сутки). Таким образом, солнечная батарея будет находится в зоне потерь до 10%, меньше четырех часов в сутки. Это два часа до астрономического полудня и два часа после (при условии, что азимут установки батареи ориентирован точно на Юг).
Когда солнце выходит из азимутальной зоны плюс/минус 30 град., косинус альфа, начинает расти неприлично быстро. Потери на углах 45 градусов составляют 30% от солнечной мощности, а на 60 – уже 50%.
Завершает картину то, что при выходе из зоны «плюс/минус 30», вместе с косинусом, начинает расти расстояние, которое солнечный луч пробегает в атмосфере Земли. Таким образом, увеличивается коэффициент АМ, и уменьшается мощность солнечного излучения из расчета 50 – 100 Ватт, на каждые 15-ть градусов или час времени.
Можно посчитать потери от угла места, от азимута, и от АМ –
для разных «критических» ситуаций и сложить все вместе ... Но мы посмотрим на окончательный
результат, который говорит, что независимо от продолжительности светового дня и
других условий, солнечная батарея может эффективно работать, только, 4-е часа в
сутки. За это время она "собирает" около 80-ти процентов энергии (расчетное время - 5 (5,5) часов в сутки). Конечно, речь идет о солнечной батарее, которая стационарно закреплена и без учета погодных условий.
Все расчеты, приведенные выше, основаны на физике и простой геометрии. Они, в равной мере, относятся ко всем солнечным батареям (или солнечным коллекторам), которые закреплены стационарно.
Пример погодных условий.
Расчеты – расчетами, но погода вносит свои, неприятные коррективы. На следующей фотографии, то, во что выливается жаркий, но облачный день, в середине лета.
Все расчеты – это дело хорошее. Они позволяют понять как работает солнечная батарея и как распределяется солнечная энергия. Но в конкретных условиях все может отличаться. Можно, конечно, попробовать рассчитать эффективность по данным метеослужбы, но это не надежно. Метеорологи – хорошие ребята. Они ошибаются, с погодой, один раз, но каждый день. Поэтому, на практике, применяется другой способ. В месте, где планируется установить солнечную батарею или солнечный тепловой коллектор, вначале устанавливается пробный элемент. Это может быть любой фрагмент солнечной батареи, который располагают, приблизительно, горизонтально. Данные, с этого элемента (в данном случае это напряжение) считываются и записываются с короткими промежутками времени в течении суток. В общем случае, чем дольше проработает эта установка, тем точнее будет Ваш расчет.
Дальше, к накопленной информации, Вы добавляете время восхода / захода, а так же время и угол места солнца, в полдень (астрономический). После этого Вы можете рассчитать все что угодно. Информация, которая была приведена на предыдущих страницах, позволит это сделать, почти, профессионально.
В установке, которую применяем мы (я), ничего хитрого нет. Всю конструкцию Вы можете видеть на фото справа. Это элемент (2,5V100mA), который закреплен на фото штативе. Элемент – значения не имеет. Мой выбор основан на том, что у меня их много, а они, имеют неприятную привычку пропадать.
Под картинкой находится ссылка (переход на другую страницу), где Вы можете посмотреть на что похожи данные, которые сняты с этой установки. Это стандартный, но укороченный отчет, о солнечной
активности, в течении половины дня, плюс все данные необходимые для расчетов.
Конечно, элемент можно располагать как угодно. Но только горизонтальное положение позволяет легко пересчитывать данные по азимуту,
углу места и так далее. Для этого нужно знать только время и дату, которые напрямую связаны с положением солнца.
В большинстве случаев, такая установка требует наличия даталогера на микропроцессоре, компьютера или цифрового вольтметра с памятью. Это сложно.
Простой, доступный и не менее точный способ, заключается в переделке обычных электромеханических часов (на батарейке) для работы в качестве регистратора солнечной энергии. На следующем фото – готовое изделие.
Такой регистратор, не смотря на свою простоту, отлично работает. Собирается, в домашних условиях, в течении часа. В результате Вы получите либо регистратор солнечной энергии, либо часы с подзарядкой от солнца. О замене батареек можете забыть. Несколько слов об устройстве Вы сможете найти на этой странице.
Дальше, если есть желание, можно перейти на страницу где
рассказывается как подобрать емкость аккумулятора при использовании совместно с
солнечной батареей (или правило "20-40-80", откуда берется и как его применять).
_