Как подготовить к зиме солнечные батареи и коллекторы? 

Солнечные батареи могут быть великолепной частью вашего дома. Они определённо позволяют экономить вам деньги в течение длительного срока и постоянно могут снижать ваши счета за электроэнергию. Мы все знаем, что солнечные батареи преобразуют энергию Солнца, однако зимой солнечных дней в России немного, поэтому закономерно возникает вопрос: работают ли солнечные батареи зимой и сколько энергии выработают солнечные батареи или коллекторы зимой?

Нужно понимать, что влияние низких температур на фотоэлектрические батареи и на солнечные тепловые коллекторы разное.

Продуктивность солнечных панелей зимой может падать от 2 до 8 раз в зависимости от региона, чем южнее, тем продуктивность выше. Поэтому чем больше площадь самих батарей, тем больше энергии они смогут собирать. Если летом для работы холодильника, компьютера и освещения дома нужен 1 кВт мощности солнечных батарей, то зимой для надежности лучше запастись 2 кВт или даже 3 кВт.

Солнечным фотоэлектрическим батареям нужен свет, а не тепло

Многие думают, что в жаркий солнечный день солнечные батареи вырабатывают больше энергии, чем в морозный солнечный день. Это не так. Для выработки электричества солнечных батареям нужен свет, а вот температура наоборот снижает их эффективность. Поэтому яркое солнце и низкая температура — идеальные условия для солнечных батарей. Конечно, в пасмурную погоду панели будут вырабатывать меньше света чем обычно, но в целом редко бывают случаи, когда в правильно рассчитанной системе аккумуляторная батарея на протяжении дня не успевает заряжаться. Зато в солнечную морозную погоду батареи будут очень эффективны. 

Чем ниже солнце над горизонтом, тем меньше энергии достигает солнечных панелей, т.к. солнечным лучам нужно пройти толщу атмосферы. Зимой Солнце всегда низко, а дни короче, поэтому энергии от него можно получить гораздо меньше, чем летом.  Зимой очень важен уровень наклона солнечных батарей. Часто выставляется универсальный угол, на целый год. Про исследование влияния угла наклона на эффективность работы солнечных батарей см. статью «Оптимальный угол установки солнечной батареи для максимальной выработки энергии в северных широтах«

Насколько меньше электроэнергии вырабатывают солнечные батареи зимой, чем летом? Расчёты показывают, что система, ориентированная строго на юг и производящая около 300 кВт*ч в июне и июле, будет производить около 50-60 кВт*ч в декабре и январе, т.е. примерно в 5-6 раз меньше, чем летом. Это при условии, что солнечные панели очищены от снега. Если ваши панели будут занесены снегом, то солнечная батарея вообще не будет вырабатывать электроэнергию. Для более точной оценки выработки энергии солнечной фотоэлектрической системы при разных углах наклона можно использовать калькулятор PVWatts на сайте NREL. Калькулятор хорош тем, что рассчитывает выработку энергии с учетом потерь на загрязнение модулей, их нагрев, потерь в проводах, инверторе и проч.

Ниже пример расчёта для Самары для солнечной электростанции мощностью 1 кВт.

Работают ли солнечные коллекторы зимой?

Мы выше показали, что фотоэлектрические батареи будут производить энергию и зимой, хотя и намного меньше, чем летом. А будут ли солнечные коллекторы греть зимой воду?

Ожидаемо, что зимой мы сможем получить от солнечных коллекторов гораздо меньше тепловой энергии, чем летом. И это связано не только с меньшим приходом солнечной энергии, а также и с тем, что зимой больше потери тепла как в самом коллекторе, так и в трубах, соединяющих их с баком-аккумулятором. 

Вакуумные солнечные коллекторы в среднем могут производить до 60% тепловой энергии, которая требуется вам для горячего водоснабжения. Можно получить около 90% требуемого для ГВС количества  энергии в летние месяцы, и около 25% — зимой. Для плоских солнечных коллекторов цифра летом будет примерно такая же, но вот зимой доля энергии для ГВС от Солнца будет гораздо меньше, и связано это с бОльшими теплопотерями плоских коллекторов при низких температурах воздуха.

Для солнечных коллекторов важно следить, чтобы трубки, по которым проходит жидкость зимой не замерзала. Хотя номинально они могут нагревать воду и при -30 градусах до 10-15 градусов и дальнейший нагрев делают уже другие приборы. Даже если у вас в системе залит незамерзающий теплоноситель (например, какой-нибудь из предлагаемых нами), то при сильных морозах он густеет и снижает свою текучесть. Это приводит к большей нагрузке на циркуляционные насосы, и нужно следить за тем, чтобы их мощности хватало для прокачки теплоносителя даже в сильные морозы. В сильные морозы теплоноситель (обычно специальный «солнечный» на основе пропиленгликоля) может загустеть до такой степени, что циркуляционный насос не сможет продавить его по трубам. В нашей практике даже были случаи, когда на морозе в -40С в солнечную погоду вакуумные коллекторы закипали из-за того, что насос не мог прокачать загустевший в трубах теплоноситель. Это нужно учитывать при проектировании и эксплуатации солнечной системы теплоснабжения.

Для работы в круглогодичном режиме для минимизации потерь тепла в элементах системы нужно устанавливать сплит системы с размещением бака-аккумулятора в доме. Тогда потери будут только в трубопроводах, расположенных снаружи; их нужно максимально утеплить, чтобы тепло, выработанное солнечным коллектором, дошло до бака-теплоаккумулятора. Для российских зим мы рекомендуем утеплять трубы, идущие от вакуумных коллекторов утеплителем толщиной не менее 10 см (см фото выше, там видно как правильно нужно утеплять трубы солнечный коллекторов). Очень часто мы видим, что утепление труб производится термотрубками толщиной 2-3 см, этого явно недостаточно для сильных морозов. 

В отличие от фотоэлектрических панелей, которые на морозе работают лучше, а тепловых потерь на пути от панелей до инвертора практически нет, у солнечных тепловых систем есть потери энергии, причем они тем больше, чем холоднее.

Можно ли оптимизировать солнечные панели для работы зимой?

Зимой оптимальный угол наклона к горизонту как солнечных батарей, так и солнечных коллекторов будет больше, из-за того, что Солнце зимой более низко над горизонтом. Для того, чтобы получать максимальное количество энергии и зимой, нужно менять угол наклона солнечных батарей или коллекторов. В нашем ассортименте есть специальные монтажные конструкции для солнечных батарей, которые позволяют менять угол наклона в пределах 15-30 или 30-60 градусов. Еще больше энергии можно получить при помощи трекеров, которые следят за ходом Солнца в течение дня. Однако, большинство систем установлены с фиксированным углом наклона (особенно это относится к солнечным коллекторам, т.к. у них сложнее менять угол наклона из-за трубопроводов). Значения углов наклона для максимальной выработки энергии в различные сезоны года и в среднем за год рассматривается в статьях  Угол наклона и направление и Натурные испытания оптимального угла установки СБ.

Калькулятор PVWATTS также дает интересные результаты для различных углов наклона. Считается, что оптимально устанавливать солнечные панели под углом, равным широте местности. Действительно, для более равномерного распределения выработки энергии при не очень большом снижении годовой выработки этот угол является оптимальным. Если же нужно получить максимальную генерацию энергии в течение года, то угол наклона должен быть примерно «широта местности — 15 градусов«. То есть для Московской области угол наклона для максимальной выработки равен 38-42 градуса.

Влияние снега на работу солнечных батарей

Проблемы, которые может причинить снег солнечным батареям, обычно минимальны. Однако, нужно обратить внимание на следующие моменты, если в вашем регионе снежные зимы и у вас на крыше установлены солнечные батареи:

1. Все солнечные панели рассчитаны выдерживать определенный вес, и снеговая нагрузка обычно гораздо меньше максимально допустимой. Все солнечные панели тестируются под давлением на производстве, чтобы быть уверенным в их сроке службе и качестве. Посмотрите на характеристики солнечной панели, обычно в спецификации указывается максимальный вес, который может выдержать солнечная панель.
2. Если снег закрывает солнечные панели, они не могут производить электричество — но для решения этой проблемы достаточно почистить солнечную батарею специальным оборудованием. Солнечным панелям нужен солнечный свет, чтобы производить электроэнергию. В большинстве случаев солнечные панели для круглогодичной эксплуатации устанавливаются под определенным углом, который обеспечивает естественный сход снега с солнечных панелей (обычно при угле более 60-70 градусов к горизонту снег долго не задерживается на панелях). Вы можете ускорить этот процесс при помощи ручной очистки снега специальными щетками, которые не повреждают и не царапают солнечные панели.
3. Морозная солнечная погода повышает выработку энергии солнечными батареями.  Пока светит солнце на панели, они вырабатывают электроэнергию, зимой даже лучше, чем летом. Это значит, за 1 час солнечной погоды ваши солнечные панели зимой выработают больше энергии, чем за тот же час, но летом. Общее количество энергии, конечно же, будет меньше, потому что зимой день намного короче, чем летом, и солнечных дней меньше. 

Можно ли надеяться на солнечные батареи зимой?

К сожалению, солнечные батареи и коллекторы не смогут обеспечить вас достаточным количеством энергии в зимнее время. Но некоторые системы работают на удивление эффективно и зимой.

Не надо надеяться на то, что солнечные батареи или коллекторы обеспечат ваши потребности в горячей воде или отоплении, но они помогут существенно сэкономить вам на счетах за электричество. Настолько, что ваша система окупится менее, чем за 10 лет. А если вы не подключены к электросетям и используете генератор для получения электричества, то фотоэлектрическая система окупится за срок от нескольких месяцев до 2-3 лет в зависимости от стоимости топлива и ваших затрат на капитальный ремонт или замену топливного генератора.

Даже с учетом того, что зимой на большей части России приход солнечной радиации снижается, вложения в солнечную энергосистему продолжает оставаться доходным. Более того, есть регионы, где приход солнечной радиации зимой даже больше, чем летом (например, Дальний Восток). В любом случае, солнечные батареи позволяют экономить на платежах за электроэнергию круглый год. 

Требования к аккумуляторам, работающим зимой с солнечными батареями

В сетевых солнечных электростанциях нет аккумуляторов, поэтому проблемы с ними также нет. Если у вас система с аккумуляторами, но вы подключены к сети, то и в этом случае особых проблем не возникает — просто нужно следить за оптимальными режимами работы аккумуляторов и стараться поддерживать их в заряженном состоянии для того, чтобы если случится авария в сетях (а они обычно случаются неожиданно) у вас был запас энергии в аккумуляторах для того, чтобы продержаться до того, как сетевое электроснабжение возобновят.

Но вот если у вас автономная система, которая должна работать и зимой, то требования к аккумуляторам намного жестче. Аккумуляторы должны иметь возможность быстро заряжаться в редкие периоды солнечной погоды зимой. Таким качеством не обладают свинцово-кислотных батареи. Даже если вы установите в 5 раз большую мощность солнечных батарей для генерации достаточного количества энергии зимой, то все равно свинцово-кислотные аккумуляторы не смогут быстро зарядиться по 2 важным причинам:

1. Максимально допустимый ток заряда не должен превышать 0,2С (то есть если у вас аккумуляторы емкостью 200 А*ч, то ток заряда не должен быть больше 20А)
2. Минимальное время для заряда свинцовых аккумуляторов составляет 7-8 часов (при этом они смогут зарядиться примерно до 70-80% емкости), а солнце зимой появляется в среднем на 3-4 часа, и то не каждый день.
   

   

   Поэтому зимой у свинцово-кислотных аккумуляторов в автономной системе с большой вероятностью будет хронический недозаряд. Это ведет к их быстрому выходу из строя вследствие необратимой сульфатации. Более того, у слабо заряженного аккумулятора снижается плотность электролита, и если в таком состоянии их сильно охладить (так часто бывает, если АБ находятся в неотапливаемом помещении), то они могут лопнуть.

Поэтому для зимней эксплуатации в автономной солнечной энергосистеме подходят только литиевые аккумуляторы. Они могут заряжаться токами до 2-3С, заряжаются быстро (за 2-3 часа до 80% емкости, а литий-титанатные еще быстрее), им не страшен хронический недозаряд. Однако и у литиевых аккумуляторов есть существенный недостаток — их нельзя заряжать при отрицательных температурах, поэтому они должны работать или в отпаливаемом помещении, или в теплоизолированных ящиках с подогревом. Автоматика зарядного устройства или BMS должны запрещать заряд при отрицательных температурах для того, чтобы не вывести литиевые аккумуляторы из строя.

Подготовка солнечной энергосистемы к зиме

К зиме нужно готовить не только сани, но и солнечные установки. При этом, конечно же, комплекс мероприятий для фотоэлектрических и тепловых установок будет разным.

Как подготовить к зиме солнечную фотоэлектрическую систему?

Проверьте солнечные панели на наличие повреждений. Крайне важно осмотреть вашу систему солнечных батарей на наличие повреждений или трещин до наступления зимы. Любые повреждения поверхности панели могут повлиять на производительность, снизить мощность выработки энергии или даже навсегда повредить эти дорогие компоненты.

Проверьте тщательно все кабели и электрические соединения. Особенно если в вашей системе не используется специальный солнечный кабель, стойкий к воде и ультрафиолету. Особенно обратите внимание на надежность соединений как в MC4 коннекторах, так и в монтажных коробках, установленных между солнечными батареями и солнечным контроллером или инвертором.

Осенью после листопада на панелях может быть много опавшей листвы, перед морозами нужно очистить ваши солнечных панели от мусора и листьев.

Измените угол наклона солнечных панелей

Зимой солнце ниже над горизонтом, чем летом. Для оптимальной работы ваши солнечные панели должны быть по возможности обращены прямо к солнцу. Зимой вам придется располагать панели под крутым углом, чтобы улавливать больше солнечного света. Регулируя угол наклона солнечных панелей, вы можете увеличить выработку энергии вашей солнечной системой. Еще одним преимуществом является то, что большой угол наклона ваших солнечных панелей поможет снегу легче спадать с них. Про влияние угла наклона солнечной батареи на ее выработку энергии, а также про выбор оптимального угла наклона для различных сезонов года или круглогодичной эксплуатации подробно рассказано в нашей статье Оптимальный угол установки солнечной батареи для максимальной выработки энергии в северных широтах

Когда снова придет весна, вы (или приглашенные вами профессионалы) сможете отрегулировать ваши панели для летней эксплуатации, очистить их и проверить на наличие повреждений. Это позволит получить максимальную отдачу от солнечных панелей.

Теплоизолируйте свои аккумуляторы

Аккумуляторные батареи не предназначены для работы при низких температурах и имеют оптимальный температурный диапазон (эту информацию можно найти в спецификациях). Большинство аккумуляторов теряют около 10% своей номинальной емкости на каждые 15-20 градусов ниже 20°С (именно при такой температуре обычно дается номинальная емкость аккумулятора). Отличный способ подготовить солнечные энергоустановки к зиме — теплоизолировать аккумуляторы, работающие на улице или обеспечить их работу в отапливаемом помещении. Если у вас свинцово-кислотные аккумуляторы, учтите, что они могут замерзнуть при минусовой температуре (см. выше). Самое популярное место для размещения аккумуляторных батарей – гараж или дом.

Следите за уровнем разряда аккумулятора

Необходимо оценить глубину разряда вашей батареи (DoD). Каждая аккумуляторная батарея имеет определенную емкость. Емкость аккумулятора — это количество электроэнергии, которую может обеспечить аккумулятор, выраженное в киловатт-часах (кВтч). Уровень разряда аккумулятора — это процент разряженного аккумулятора по отношению к его полной емкости. Например, если у вас аккумулятор емкостью 8 кВтч и вы забираете 6 кВтч, то разряд вашего аккумулятора составит 75%.

Следить за уровнем разряда аккумулятора — один из лучших способов обслуживания аккумуляторных батарей. Это влияет на здоровье солнечной энергосистемы и гарантирует правильное использование аккумуляторной батареи.

Проверьте ваш инвертор и резервный генератор

Инвертор — это сердце резервной или автономной солнечной энергосистемы. Он преобразует постоянный ток от солнечных или аккумуляторных батарей в переменный ток, которые потребляет нагрузка в доме. Поместите инвертор как можно ближе к аккумуляторам, желательно (но не обязательно) тоже в отапливаемом помещении. Защитите его от прямого воздействия осадков и солнечного света. Помните, что при минусовых температурах жидкокристаллические экраны перестают работать. поэтому многие производители указывают допустимый диапазон работы инверторов от 0°С. Однако это не значит, что инвертор не будет работать при минусовых температурах, просто вы не увидите на экране отображение его работы. 

Гораздо опаснее, если в помещении будут перепады температур, которые могут привести к образованию конденсата внутри инвертора. Конденсат может быть причиной короткого замыкания в электронной схеме, поэтому следите, чтобы инвертор (или другое электронное оборудование) был нагрет до температуры помещения перед включением.

Для того, чтобы не остаться без света зимой, проверьте ваш инвертор на полной мощности в течение минимум 30 минут. Инвертор не должен перегреваться. Если температура выше допустимой, проверьте его внутри — за время работы летом в него могла попасть пыль, жир, насекомые, или даже мыши. На видео справа от компании «Экотехнологии» (Краснодарский край) — инвертор МАП Энергия, в котором обосновались мыши. 

А вот фото инвертора, который вышел из строя по причине отложения пыли и жира. И меняли мы его как раз зимой. Таких фотографий у нас в архивах немало. Пыль и жир могут быть причиной короткого замыкания элементов электронной платы, что ведет к выходу из строя инвертора. 

Проверьте также наличие и работоспособность элементов защиты — автоматических выключателей, предохранителей, УЗИП и т.п.

Если вам нужно провести техническое обслуживание ваше системы энергоснабжения — у нас есть такая услуга, выезжаем по Москве и Подмосковью. Проверим ваш инвертор и аккумуляторы, почистим, затянем, дадим рекомендации по улучшению работы. 

Резервный генератор. Если у вас автономная система, то, скорее всего, у вас есть резервный дизельный или бензиновый генератор. Проведите его техническое обслуживание перед зимой, замените масло проверьте свечи, систему подачи топлива. Если в баке старый бензин (а такое бывает очень часто при работе совместно с солнечными батареями, потому что в летнее время они вырабатывают достаточно энергии для дома и генератор может ни разу не запускаться многие месяцы) — слейте его и замените на новый. Обязательно запустите генератор и проверьте его во всех рабочих режимах. Обратитесь к инструкции на генератор для проведения планового технического обслуживания. 

Регулярно удаляйте снег и мусор с солнечных батарей

Если солнечные батареи покрыты снегом, они снижают генерацию энергии. Если выпало много снега, то нужно как можно лучше удалить снег с солнечных батарей с помощью мягкой щетки для снега. Жесткая щетка может повредить ваши солнечные батареи.

Лед-за своего веса может представлять угрозу для опорных конструкций. Попадание влаги под стекло или пленку из-за разгерметизации приводит к ночного замерзания и расширения трещин. Днем влага провоцирует короткое замыкание, что выведет оборудования из строя. Даже железо “рвет” замерзшая вода, поэтому к морозам нужно проверить, нет ли повреждений в изоляции.

Солнечные батареи, установленные на уровне земли легко доступны для смахивания снега, но если ваши панели установлены на крыше, вы можете просто подождать, пока снег растает. Панели имеют темный цвет, покрыты антибликовым материалом и предназначены для поглощения света и тепла, поэтому их температура выше температуры окружающей среды способствует таянию снега. Однако если вы решите удалить снег с солнечных батарей на крыше, соблюдайте предельную осторожность. При необходимости используйте обувь с высоким сцеплением и ремни безопасности.

Сократите потребление энергии в зимнее время

Солнечные панели могут улавливать солнечный свет и генерировать энергию для вашего дома зимой. Но поскольку световой день короче, ваши солнечные панели будут производить меньше энергии, чем летом. В результате вам может потребоваться либо сократить потребление энергии, либо подготовиться к более высоким счетам за электроэнергию. Хорошей новостью является то, что существует множество способов сократить потребление энергии, в том числе:

• Перейдите на энергосберегающие лампочки. Они служат дольше и работают лучше. В общем, традиционную лампочку мощностью 60 Вт можно заменить энергосберегающей лампочкой мощностью 15 Вт.
• Выключите свет и приборы, которыми вы не пользуетесь. Хотя большинство из нас знает, что мы тратим энергию, оставляя эти вещи включенными, мы забываем, что это на самом деле влияет на наши кошельки.
• Отключите мелкую бытовую технику, которой вы не пользуетесь, из розетки. Даже когда они не используются, они могут потреблять небольшое количество электроэнергии, что увеличивает ваш расход электроэнергии.

Конечно, этот совет напрямую не относится к расходам на отопление — к сожалению, зимой российскому дому требуется очень много энергии на отопление, а солнечные батареи и коллекторы практически бесполезны для целей отопления зимой (за исключением некоторых регионов Дальнего Востока и Сибири). Но снизить расходы на отопление зимой тоже можно — для этого нужно усилить теплоизоляцию дома, а также уменьшить потери энергии через вентиляцию (путем установки рекуператора).

Как законсервировать систему на зиму?

Если вы не пользуетесь вашей системой в зимнее время (например, если система установлена на даче), то для того, чтобы весной оборудование работало и было готово к следующему дачному сезону, нужно правильно ее законсервировать. Наиболее уязвимым элементом системы является аккумуляторная батарея. Если ее оставить подключенной к инвертору или солнечному контроллеру, то она может разрядиться полностью и выйти из строя. Поэтому аккумулятор нужно полностью отключить от всех потребителей. Перед отключением его нужно полностью зарядить — от солнечных батарей или резервного генератора.  Остальные элементы системы нужно просто хранить в защищенном от воздействия осадков и прямых солнечных лучей. Солнечные батареи можно оставить на улице, но убедитесь, что они не будут повреждены снегом, который в России за зиму может быть толщиной до метра.   

Как подготовить к зиме систему с солнечными коллекторами? 

В системе с солнечными коллекторами нужно проверить следующее:

1. Проверка герметичности системы — проверьте всю трассу от коллекторов до накопительного бака на подтекания, коррозию
2. Проверьте давление в системе — обычно оно выставляется на уровне 1,5 бар для обеспечения надежной работы циркуляционных насосов. Уберите все воздушные пробки в системе, если они есть. 
3. Подкачайте давление в расширительном бачке. Это нужно делать регулярно, каждые несколько месяцев
4. Проверьте состояние теплоизоляции трубопровода как снаружи дома, так и внутри. Очень часто теплоизоляция повреждается птицами — они любят строить из нее гнезда. 
5. Поверьте работоспособность контроллера и насосной станции. 
6. Почистите все фильтры. Очень часто засор фильтров ведет к остановке системы из-за перегрева, потому что циркуляционный насос не может прокачать достаточное количество теплоносителя для отбора тепла от солнечных коллекторов. Если у вас в системе есть датчик протока, проверьте его работоспособность — многие контроллеры останавливают работу насоса при засоре датчика протока.
7. Если вы давно не меняли теплоноситель в системе — самое время это сделать перед зимой. Летом он мог перегреваться, что ведет к разложению теплоносителя. Теплоноситель рекомендуется менять каждые 2-3 сезона.

Обращайтесь в нашу компанию, если вам нужно провести техническое обслуживание вашей системы или подготовить ее к зиме. Мы поможем вам правильно подготовиться к надежной зимней эксплуатации вашей солнечной энергосистемы

Эта статья прочитана 68428 раз(а)!

Продолжить чтение