Ориентация и угол наклона солнечных коллекторов

Что бы производительность гелиосистемы была максимальной очень важна ориентация и угол наклона солнечного коллектора на монтажной площадке. Для поглощения  максимального количества солнечной энергии плоскость солнечного коллектора должна быть всегда перпендикулярна солнечным лучам. Однако солнце светит на Земную поверхность в зависимости от времени суток и года всегда под различным углом. Поэтому для монтажа солнечных коллекторов необходимо знать оптимальную ориентацию в пространстве абсорбера солнечного коллектора.

Для оценки оптимального ориентирования коллекторов учитывается вращение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, а так же изменение расстояния от Солнца. Для определения положения солнечного коллектора или солнечной батареи необходимо учитывать основные угловые параметры:

  • широта места установки φ;
  • часовой угол ω;
  • угол солнечного склонения δ;
  • угол наклона к горизонту β;
  • азимут α;
Широта места установки (φ) показывает, насколько место находится севернее или южнее от экватора, и составляет угол от 0° до 90°,отсчитываемый от плоскости экватора до одного из полюсов — северного или южного.
Часовой угол (ω) переводит местное солнечное время в число градусов, которое солнце проходит по небу. По определение часовой угол равен нулю в полдень. Земля поворачивается на 15° за один час. Утром угол солнца отрицательный, вечером — положительный.
Угол склонения Солнца (δ) зависит от вращения Земли вокруг Солнца, поскольку орбита вращения имеет эллиптическую форму и сама ось вращения тоже наклонена, то угол меняется в течение года от значения 23.45° до -23.45°. Угол склонения становится равным нулю два раза в год в дни весеннего и осеннего равноденствия.
Склонение солнца для конкретно выбранного дня определяется по формуле:
Где n – порядковый номер дня в году, отсчитанный от 1-го января.
Наклон к горизонту (β) образуется между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью. К примеру, при монтаже на наклонной крыше угол наклона коллектора определяется крутизной ската крыши.
Азимут (α) характеризует отклонение поглощающей плоскости коллектора от южного направления, при ориентировании солнечного коллектора точно на юг азимут = 0°.
Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность, имеющую определенное значение азимута α и угол наклона β, определяется по формуле:
Если в данной формуле заменить значение угла β на 0, тогда получится выражение для определения угла падения солнечных лучей на горизонтальную поверхность:
Интенсивность потока солнечного излучения для определенного положения поглощающей панели в пространстве вычисляется по формуле:
Где Js и Jdинтенсивность потоков прямого и рассеянного солнечного излучения  падающие на горизонтальную поверхность, соответственно.
 — коэффициенты положения солнечного коллектора для прямого и рассеянного солнечного излучения.
Для обеспечения попадания на абсорбер максимального (за расчетный период) количества солнечной энергии коллектор монтируют в наклонном положении с оптимальным углом наклона к горизонту β, который определяется расчетным методом и зависит от периода использования гелиосистемы. При южном ориентировании коллектора  для круглогодичных гелиосистем β = φ, для сезонных гелиосистем  β = φ–15°. Тогда формула примет вид, для сезонных гелиосистем:
Для круглогодичных:
Солнечные коллекторы, ориентированные в южном направлении и смонтированные под углом от 30° до 65° относительно горизонта, позволяют достичь максимального значения поглощения солнечного излучения в Украине. Но даже при определенных отклонениях от этих условий гелиосистема может вырабатывать достаточное количество энергии. Установка с небольшим углом наклона более эффективна в случае, если солнечные коллекторы или солнечные батареи нельзя ориентировать на юг.
К примеру, если солнечные панели ориентированы на юго-запад, с азимутом 45° и углом наклона 30°, то такая система сможет поглощать до 95% от максимального количества солнечного излучения. Или при ориентировании в восточном или западном направлении можно обеспечить до 85% попадания энергии на коллектор при установке панелей под углом 25-35°. Если угол наклона коллектора больше, то количество энергии, поступающее на поверхность коллектора, будет более равномерным, для поддержки отопления такой вариант установки более эффективен.
Зачастую ориентирование солнечного коллектора зависит от варианта монтажа солнечных коллекторов, установка коллектора производится на крыше здания, поэтому очень важно на стадии проектирования учесть возможность оптимально установки коллекторов.
Сергей Маринец

Сергей Маринец

Автор - инженер по возобновляемым источникам энергии

Похожие записи

Гелиосистема или солнечная электростанция: что лучше для нагрева воды?

Гелиосистема или солнечная электростанция: что лучше для нагрева воды?

Солнечные коллекторы для нагрева воды

Солнечные коллекторы для нагрева воды

Cолнечные панели в пасмурную погоду

Cолнечные панели в пасмурную погоду

Что такое оптимизатор мощности солнечной панели?

Что такое оптимизатор мощности солнечной панели?

15 комментариев

  1. в общем ёмкая статейка. ещё-бы вспомнить что такое sin и cos и всё будет класс. спасибо.

  2. к сожалению не во всем разобрался, если бы вы сделали пример, как правильно все определить для указаной местности я думаю это бы очень помогло разобраться с теоретическим материалам

  3. Доброго времени суток, у вас действительно получилась хорошая статься, я пишу научную работу по этой теме и был бы безумно благодарен, если бы вы указали источник, сюда или в личку на мыло, как вам будет удобно.

    • «Solar Engineering of Thermal Processes», авторы: John A. Duffie, William A. Beckman.
      Это самая ёмкая книга по солнечной тепловой энергетике.

  4. Добрый день.подскажите как расчитывать расстояние между полями,если это наземная станция.для того чтобы не падала тень на следующее поле и от этого ухудшалась выработка станции

  5. Здравствуйте,как определить часовой угол? а точнее, как его выбрать,если он меняется каждый час?

    • Для каждого времени необходимо делать свои расчеты, чтобы узнать данные именно для этого времени.
      Для расчетов в более долгий период используют программы с симуляцией данных.

  6. А можно поинтересоваться какой угол установки солнечных коллекторов для отопления в городе Петропавловск-Камчатский а точнее г. Елизово просто я в этих формулах ничего не понимаю, у нас стоят под углов 45 градусов, но как я понимаю что то точно не так. Пять установок по 30 труб и не могут нагреть помещение в 60 квадратов. Установлено два бака по 500 литров. Мы ими торгуем и устанавливаем если поможете с данным вопросом будем очень благодарны заранее спасибо.

    • Даже по упрощённой методике оптимальнее будет угол наклона 60 градусов при использовании системы на отопление. Однако более важно ориентирование относительно юга. Но большой прибавки это не даст. Возможно проблема в другом. Чтобы понять почему система не выдаёт ожидаемого результата надо проанализировать более детально условия работы, например, расход теплоносителя, мощность теплообменника в баках, теплопотери помещения и т.д. Возможно проблема в солнечных коллекторах.

      • Спасибо, я сейчас буду устанавливать на Отопление гаража и подсобных помещений два ряда и попробую один ряд установлю 60 градусов и второй 75 и сравню.

Добавить комментарий для Тимур Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наши рекомендации

Запрошуємо до участі у V науково-практичній конференції:

Наша страница Facebook

Facebook Pagelike Widget

Свежие записи