Як працює сонячна батарея в похмурий день, і що потрібно знати про це

Необхідність у сонячній енергетиці в Україні існує з різних причин. Це стосується як промислового вироблення, так і в ситуаціях, коли використовується сонячна батарея для дому, а сама СЕС ставиться малої потужності. У зв'язку з цим виникає питання її надійності та ефективності в умовах мінливого клімату. 

Часто у власників таких електростанцій виникає сумнів: чи будуть сонячні панелі працювати в похмуру погоду, наскільки сильно впаде вироблення, і чи є способи пом'якшити цей ефект?

У цьому питанні варто розібратися, і в статті ми розберемо:

• фізичні принципи генерації енергії при розсіяному світлі;
• реальні втрати ефективності в похмурі дні;
• способи підвищення продуктивності;
• кліматичну статистику для України та практичні поради, які допоможуть збільшити вихід електроенергії навіть без сонця.

Також у нас ви можете дізнатися корисну за темою інформацію: яку фактичну окупність мають сонячні батареї в Україні, аналіз і приклад з практики. Або ж, як можна під'єднати сонячну панель до інших у СЕС - різні схеми підключення. 

Фізика генерації при дифузному освітленні - прямі фотони vs. розсіяні

За ясної погоди фотони йдуть прямо від Сонця, за похмурості - відбиваються і розкидані хмарами або туманом. Це явище має назву - дифузне освітлення. Навіть за низької яскравості сонячні панелі з високим ККД здатні генерувати струм, при цьому напруга падає незначно, але струм істотно.

Як хмари впливають на сонячність? Вони змінюють спектр, послаблюючи короткохвильовий UV і посилено пропускаючи видимий та інфрачервоний діапазони. Сучасні панелі сонячні добре працюють у другому спектрі, але їхній ККД знижується при цьому.

Порівняльний ефект за різних погодних умов, від чого залежить продуктивність сонячної батареї:

Ці цифри відображають типове зниження потужності, при цьому сонячна батарея, як і раніше, видає енергію, нехай і меншу.

Що впливає на роботу в каламутну погоду, давайте коротко розглянемо і це:

1. температура поверхні - низька температура підвищує ККД - приблизно на 0,4 - 0,5% на кожний °C нижче 25 °C;
2. нахил панелі - за похмурої погоди дифузне світло падає під різними кутами, горизонтальне розташування може бути вигіднішим, але якщо такий нахил порушує розрахунковий сезонний, то краще його не застосовувати;
3. контраст між модулями - різна освітленість панелей у ряді знижує віддачу всієї системи, це посилання на необхідність оптимізації.

Також важливо врахувати термін придатності сонячних панелей, у разі зниження вироблення через природний знос осередків цей ефект посилюється. 

8 порад, як сонячні станції зробити ефективнішими в похмуру погоду

Природно, всі дні в році не можуть бути сонячними, а саме для ясної погоди розраховані всі номінальні характеристики будь-якої сонячної електростанції. Однак нівелювати зниження показників у погану погоду, якщо є система сонячних панелей, можна, тут варто вказати на низку корисних рекомендацій.

Що варто врахувати, щоб сонячна панель краще працювала в похмуру погоду:

• Обирайте висококласні монокристалічні модулі, (якщо дозволяє фінансовий бік) - вони краще реагують на дифузне світло та мають низькі температурні втрати.
• Встановлюйте біфакційні панелі - завдяки задній стороні панелі захоплюють відбите від ґрунту світло (+10-20% виходу) навіть за хмарності.
• Використовуйте мікроінвертори або оптимізатори - вони підвищують віддачу за нерівномірної освітленості: панелі працюють незалежно, без «ефекту гребінки».
• Регулюйте кут нахилу за сезоном - цю тему ми детально висвітлювали, ось посилання на інформацію.
• Додайте акумуляторну систему - енергію, накопичену в ясні дні, можна використовувати в хмарні дні, роблячи систему більш стабільною.
• Забезпечте автоматичне очищення та електрофільтрацію - пил, сніг, листя знижують ККД до 30 % і більше, автомийка чи роторне очищення відновлюють вихід, проте збільшують вартість проєкту.

Встановлюйте моніторинг температури і напруги, своєчасне виявлення аномалій допомагає уникнути втрат і зниження ефективності. Сюди ж можна віднести PVT модулі або гібридні системи. Відведення тепла через теплоносій покращує ККД електричної частини панелі на 5-10% і дає змогу брати тепло на ГВП.

Ефективність СЕС і регіональні особливості України

Під час проєктування навіть домашньої сонячної електростанції, важливо враховувати для розрахунку її окупності кліматичну статистику регіону, в якому її ставлять. Для наочності розуміння можна вказати, який вигляд це матиме для столиці України - Києва та Київської області.

Кліматична статистика (приклад - Київ):

• кількість сонячних годин - 1 955 год/рік;
• з них ясно (40 % днів): ~ 780 год;
• хмарно (35 %): ~ 685 год;
• похмуро (25 %): ~ 490 год.

А так виглядатиме прогноз вироблення (1 кВт встановленої потужності):

Навіть за похмурої погоди система потужністю 1 кВт може дати в Україні до 1 100 - 1 200 кВт/год на рік, за умови застосування вищевикладених рекомендацій.

Взимку хоч і мало світлового дня, низькі температури допомагають підтримці ККД (~ 0.4 % за 1°C менший за 25°C), це варто враховувати. Панель сонячна продовжує працювати навіть за похмурості, втрачаючи 20-85% потужності, але не обнуляючи вироблення.

Використання сучасних технологій (монокристал, біфац, мікроінвертори), сезонний ухил, системи очищення та акумуляторів значно покращують віддачу. Ці заходи роблять СЕС ефективнішою, окупність швидшою, а енергобезпека вищою навіть коли небо закрите хмарами.

При грамотному проєктуванні та обслуговуванні СЕС залишається рентабельною навіть у похмуру пору року, забезпечуючи власникам економічну та енергетичну незалежність.