Сколько электроэнергии вырабатывает солнечная панель зимой

Работают ли солнечные панели при низкой температуре

Мнение, что с приходом холодов фотоэлектрическая система превращается в бесполезное украшение крыши, к реальности отношения не имеет. Кремниевому модулю для генерации тока нужен свет, а не тепло. Поэтому солнечные панели зимой продолжают отдавать энергию в любой ясный и даже в пасмурный день. Меняется другое — количество этой энергии.

В Беларуси на декабрь, январь и февраль приходится порядка 8–10 % годового прихода солнечной радиации. Соответственно, месячная выработка в середине зимы падает относительно июньской примерно в шесть-восемь раз. Система не останавливается, но покрывает заметно меньшую долю потребления объекта, и это закладывают в расчет еще на стадии проекта.

Есть и обратная сторона. Отдельно взятый морозный день с чистым небом и свежим снегом вокруг нередко дает мгновенную мощность выше паспортной — за счет низкой температуры пластин и отражения от снежного покрова. Такие всплески не компенсируют короткий световой день, но наглядно показывают: холод сам по себе технике не вредит.

От каких факторов зависит зимняя выработка электроэнергии

Выработка солнечных панелей зимой складывается из нескольких переменных, и большинство из них связано не с температурой воздуха, а с геометрией и погодой. Прежде чем считать киловатт-часы, стоит понимать, что именно на них влияет:

• продолжительность светового дня и высота солнца над горизонтом;
• тип облачности и доля рассеянной радиации в общем потоке;
• температура фотоэлектрических пластин;
• наличие снега, инея и пыли на стекле;
• угол наклона и ориентация плоскости модулей;
• затенение от деревьев, соседних построек, дымоходов, антенн;
• КПД инвертора при работе на малых мощностях.

Последний пункт часто упускают из виду. Инвертор, подобранный под летние пиковые значения, зимой большую часть дня работает на 10–20 % своей номинальной мощности, а на таких режимах его КПД ниже паспортного. Разница в 2–4 % на фоне и без того скромной генерации ощутима.

Как продолжительность светового дня влияет на производительность системы

Главный ограничитель зимой — не мороз, а астрономия. В конце декабря в Минске светлое время суток длится около 7 часов 30 минут против почти 17 часов в июне. Но и эти семь с половиной часов нельзя считать полноценными: солнце поднимается над горизонтом всего на 13–15 градусов, его лучи проходят через более толстый слой атмосферы и теряют часть энергии по дороге.

Практики оперируют не долготой дня, а числом пиковых солнечных часов — условным временем, в течение которого освещенность равна 1000 Вт на квадратный метр. Для Беларуси в декабре это примерно 0,6–0,9 часа в сутки, в феврале уже 1,6–2,0 часа, а в июне — 5,0–5,5 часа. Именно это соотношение и определяет, сколько вырабатывает солнечная панель в разные сезоны, а вовсе не показания термометра за окном.

Как облачность и интенсивность солнечного излучения влияют на генерацию

Зимняя облачность в нашем регионе плотная и низкая, а полностью ясных дней в декабре набирается два-четыре за месяц. Под сплошным серым небом модуль получает только рассеянную составляющую излучения и выдает от 8 до 20 % номинальной мощности. При тонкой перистой облачности показатель поднимается до 40–60 %, а короткие просветы между тучами дают кратковременные пики почти на полную.

Даже в пасмурную погоду солнечные панели продолжают вырабатывать электроэнергию, поскольку используют не только прямой солнечный свет, но и рассеянное излучение. Однако при плотной облачности мощность системы заметно снижается. Современные монокристаллические модули лучше работают при слабом освещении, поэтому их зимняя производительность выше по сравнению с устаревшими технологиями.

Влияет ли мороз на эффективность фотоэлектрических модулей

Влияет, причем в положительную сторону. Мороз сам по себе не снижает эффективность солнечных панелей. Более того, при низких температурах фотоэлектрические модули могут работать эффективнее, чем в жаркую погоду. Потери производительности зимой связаны в первую очередь не с холодом, а с меньшим количеством солнечного света и коротким световым днем.

Летом наблюдается обратная картина: разогретая до 60–65 °C панель теряет до 15 % мощности. Отсюда следует неочевидный вывод — эффективность солнечных панелей зимой в ясный день выше, чем в жаркий июльский полдень, просто длится этот день втрое меньше. Сам по себе мороз конструкции не угрожает: рабочий диапазон большинства модулей заявлен от −40 до +85 °C, закаленное стекло и алюминиевая рама рассчитаны на снеговую нагрузку 5400 Па и выше.

Как снег на поверхности панелей отражается на выработке

Плотный слой снега может практически полностью перекрыть доступ света к фотоэлектрическим элементам, из-за чего выработка электроэнергии резко снижается. При этом панели с достаточным углом наклона часто очищаются самостоятельно после потепления или солнечного дня. Сложности начинаются при малых углах и при мокром снеге, который смерзается коркой.

Несколько правил упрощают зимнюю эксплуатацию:

• убирать снег мягкой щеткой на телескопической ручке, без металлических скребков;
• не поливать стекло горячей водой — резкий перепад температур для него опасен;
• следить за нижней кромкой массива, где сползающий снег образует валик и затеняет крайний ряд ячеек;
• при монтаже оставлять зазор между нижним краем модуля и плоскостью кровли.

Чистить массив после каждого снегопада имеет смысл только при наклоне менее 25 градусов. В остальных случаях достаточно вмешаться два-три раза за сезон, после обильных мокрых осадков.

Примерный расчет зимней производительности солнечной панели

Например, солнечная панель мощностью 550 Вт летом может производить значительно больше энергии, чем зимой. В декабре одна панель в условиях Беларуси может дать около 8–10 кВт·ч за месяц, а в феврале — уже около 20 кВт·ч. Точный результат зависит от ориентации, угла наклона и погодных условий. 

Месяц	Пиковых часов в сутки	Одна панель 550 Вт, кВт·ч за месяц	Станция 5 кВт, кВт·ч за месяц
Декабрь	0,7	9	82
Январь	0,9	12	106
Февраль	1,8	22	198
Март	2,9	37	341

 

Для сравнения: та же станция в июне отдает 700–780 кВт·ч. Цифры усредненные, отклонение по конкретным годам достигает ±25 %, но порядок величин они передают верно и для предварительной оценки годятся.

Почему фактическая выработка может отличаться от расчетной

Расхождение между проектом и показаниями счетчика — обычная история, и почти всегда у него есть объяснимые причины:

• погода конкретной зимы отличается от многолетней статистики, по которой считали проект;
• частичное затенение, незаметное летом при высоком солнце, зимой перекрывает массив на несколько часов;
• деградация модулей, которая в среднем составляет 0,4–0,55 % мощности в год;
• потери в кабелях при длинной трассе постоянного тока;
• работа инвертора вне зоны максимального КПД;
• запыленное или покрытое инеем стекло.

Отдельно стоит проверить настройки MPPT-трекера. При низких температурах напряжение холостого хода растет, и если строка собрана без запаса по этому параметру, инвертор уходит в защиту как раз в самые ясные и морозные часы — то есть теряет лучшее время суток.

Как угол наклона и расположение модулей влияют на зимнюю генерацию

Оптимальный круглогодичный угол для Беларуси — 35–40 градусов. Но если задача состоит в том, чтобы выжать максимум именно из холодного сезона, плоскость ставят круче: 55–65 градусов. При таком наклоне модуль ловит низкое зимнее солнце почти перпендикулярно и заодно лучше самоочищается от снега.

Ориентация по азимуту тоже важна. Отклонение на юго-восток или юго-запад в пределах 30 градусов стоит около 5 % годовой выработки, а вот чисто восточные и западные скаты зимой почти бесполезны. Владельцы наземных систем иногда применяют сезонную перестановку кронштейнов: весной и осенью угол меняют вручную, что дает прибавку 8–12 % за год. Производительность солнечных панелей, закрепленных вертикально на южном фасаде, зимой оказывается неожиданно приличной — до 70 % от оптимального варианта, при том что летом такой монтаж проигрывает вдвое.

Какие меры помогают увеличить выработку электроэнергии зимой

Полностью компенсировать короткий день невозможно, но несколько решений заметно улучшают картину. Начинать стоит с проектных мер: увеличенный угол наклона, размещение массива вне зоны затенения, запас по напряжению строки, разделение массива на две группы с разной ориентацией. Дальше подключается эксплуатация — осмотр после снегопадов, очистка стекла и контроль показаний по каждой строке, чтобы вовремя заметить просевшую цепочку.

Для автономных объектов имеет смысл сместить баланс в сторону аккумуляторов и резервного генератора: солнечная электростанция зимой работает как дополнительный источник, а не как основной. В сетевых системах выручает механизм взаимозачета, когда летние излишки компенсируют декабрьский дефицит. Такой подход дает предсказуемый результат вместо попыток бороться с астрономией. Если же рассматривать вопрос шире, то ответ на него звучит так: работают ли солнечные панели зимой — да, работают, но планировать энергобаланс дома нужно по годовому циклу, а не по отдельно взятому месяцу.