Как да разположим оптимално соларните си панели върху наличните площи?

Анализ на Иво Цеков за бюлетина Real Time Future

Крайните потребители и съвременният бизнес стават все по-креативни относно това, как и къде да разполагат слънчевите си панели. И то без значение дали говорим за домашна система, която искате да разположите на големия си двор пред къщата, или става дума за огромен терен, придобит за целите на голяма фирма. И наистина – пространството с което разполагате за соларните панели е от съществено значение, особено ако става дума за големи инсталации.

Но хората са наистина понякога гениални по отношение на оптимизацията и хитроумните идеи и неслучайно например в София ще видите панели „залепени“ по фасадите на много сгради, използвайки буквално всяко налично пространство по тях.

Спечелете всеки сантиметър от вашето пространство

Още един пример от последните години: какво би се получило, ако разположим множество панели на високи стълбове и засадим определени култури под тях? Ами, ако е замислено добре, всъщност резултата е доста добър, когато садите някои видове растения.

Така фермерите могат да се възползват от всяка педя неизползвана преди това земя, за да получат възможност за потенциално производство на електроенергия за бизнеса си или дори допълнителни източници за печалба.

Слънчевата енергия, добивана от покрива на паркинга е друга интересна възможност, която набира популярност. Така или иначе автомобилите стоят дълго време неподвижни на тези места и е още-по-добре слънцето да не ги напича директно. Поставянето на слънчеви панели върху паркинг зони и сгради е отличен начин за компаниите да произвеждат повече енергия от мястото, което така или иначе притежават. Капиталовложението им може да се отплати, като значително намали сметките им за енергия.

IKEA например завърши първия си подобен соларен проект в град Балтимор в американския щат Мериленд през 2021 г., а положителните резултати се били видими дори още преди строителството да приключи. Отчетен е спад от цели 84% в енергията, закупена от доставчиците за магазина между септември и декември 2020 г. Това се равнява на цели 57% спестяване на разходи за енергия в това местоположение! Проектът е само една от осемте планирани соларни инициативи в различни локации за IKEA. Пет от тях включват допълнителни системи за съхранение на генерираната енергия. По този начин по време на излишък (продължително слънчево време), магазините могат да запазят генерираната от слънцето енергия, за по-късна употреба.

Друг пример за използване на слънчева енергия директно на паркинга, което неминуемо води до повишена енергийна независимост, е споделен от производителят на електрически камиони – Rivian. Компанията създаде паркинг, снабден със собствена система за зареждане, състоящ се от няколко големи соларни навеса. Той се намира в производствено съоръжение в щата Илинойс и дава възможност на току-що произведените камиони да получат първите си няколко зареждания именно от възобновяем източник на енергия. Инсталацията изобщо не е малка – до 72 камиона могат да я използват едновременно!

Изследователи от Мичиганския технологичен университет (MIT) пък проучват и тестват потенциала за изграждане на станции за зареждане на електрически превозни средства, които се интегрират със слънчево енергийно оборудване на паркинга директно при големите търговски вериги. Един такъв пример касае голямата търговска щатска верига Walmart. Данните от тестовете досега показват, че създаването на соларни навеси над паркингите, могат да генерират минимум 3,1 MW електроенергия за всяко такова място в Съединените щати. А такова количество електроенергия може да захранва около 100 точки за зареждане на електрически превозни средства! Изобщо не е малко, нали?

Също така в голяма помощ идва и фактът, че магазините Walmart са много широко разпространени в Съединените щати. И ако всички те използват подобна технология, магазините ще могат колективно да осигурят повече от… 346 000 точки за зареждане на коли! Ако това се случи, подобни инициативи директно могат да покрият нуждите от енергия за електрическите превозни средства за приблизително 90% от американските потребители.

Агроволтаиците: новият приятел на стопанина

Соларните панели могат да се приложат с успех и в земеделието. Те вече дори се сдобиха със собствено име – агроволтаици. И представляват нова ниша в енергийните тенденции, спомагаща за запазване на естествената флора и биологичното равновесие на Земята, в комбинация с производството на енергия. Агроволтаиците съчетават използването на земята за земеделие с производството на соларна енергия. Концепцията за тях постоянно се развива и привлича все по-голям интерес. Според данни на Института за слънчеви енергийни системи Fraunhofer ISE, повече от 14 GW мощности са инсталирани в световен мащаб още през 2020 г. Водещо място сред тях заема разбира се огромната държава Китай. Тези източници на енергия обаче набират все по-голяма популярност и на Стария континент.

Ключово предимство на агроволтаиците е „двойното използване на земята със селскостопанско значение“ – за храна и за производство на слънчева енергия с помощта на наземни фотоволтаични системи. Умелото съчетаване на технологията с особеностите и нуждите на земеделието носи тези двойни ползи. Например монтирането на полупрозрачни фотоволтаични модули без рамки над културите с полузатворена едноредова система ги предпазва от атмосферни влияния. С това същевременно се осигурява по-добра вентилация и намалено използване на пестициди, което от своя страна води до опазване на биоразнообразието в полетата. Охлаждащият ефект от растенията, от своя страна благоприятства производството на енергия, тъй като слънчевите панели са най-ефективни при максимална слънчева радиация и умерена околна температура.

Ползите не спират дотук

Поставянето на слънчеви панели над паркинги и дворове е практичен начин за увеличаване на сенчестите зони на имота. Много хора поставят предпазни покривала на предното стъкло на колите си докато са паркирани, тъй като интензивната слънчева светлина може да намали продължителността на живота на електрониката на автомобила. Напичането от слънцето също така може да увреди вътрешните повърхности (например кожените седалки и таблото), както и да ги прави неприятни за използване, когато температурите станат твърде високи.

Компанията TGS, специализирана в анализите на енергийните данни, също прави тестове, поставяйки пет слънчеви масива от панели над паркинга за служителите си. Осигуряването на сенчесто място от южното слънце, беше един от приоритетите – но не само това. Работещите са искали покрити места за паркиране от години, а проектът им осигурява и други забележителни предимства. Слънчевите панели положени над паркинга пред офиса в Хюстън, Тексас генерират приблизително 60% от енергията нужна за самия него. Използването им води съответно до 30% намаление на емисиите парникови газове, генерирани от компанията. Навесите на TGS ще намалят емисиите на въглероден диоксид с 635 тона годишно, постигайки резултати, еквивалентни на засаждането на близо 11 000 дървета.

Но какво ако разполагаме с по-скромна площ, например апартамента, в който живеем? Съществуват фотоволтаични системи за частично автономно захранване на апартаменти, които са подходящи за монтаж на тераси и балкони с южно изложение. Поставянето на фотоволтаици в жилищна кооперация с апартаменти е възможно, макар и не толкова лесно. Независимо че обикновено хората са свикнали да виждат соларни панели на покриви на къщи и вили в извънградски райони, живеещите в апартаменти могат също да се възползват от слънчевата светлина и сами да генерират част от електричеството си.

Дали на покрива на сградата, фасадата на блока или на подходяща за инсталация тераса, собствениците на апартаменти могат също да намалят сметките си за ток с помощта на соларни модули. Малките инсталации за подгряване на вода например, са идеално решение за собствениците на такива жилища. Именно бойлерът е един от основните консуматори на електроенергия в едно домакинство. Благодарение на системите за нагряване на вода от фотоволтаици бихте могли да намалите разходите си за ток за топла вода до 70%. Фотоволтаична система може да бъде инсталирана, както на къщата, така и на фасадата на жилищна кооперация и дори тераса с подходящо изложение.

Мрежова система с мощност от 3kW, 5kW, или при по-голямо домакинство – 8-10kW, е достатъчна за енергийни битови нужди. Например 5kW соларни панели са достатъчни за 4 членно домакинство. Подобна инсталация може да захрани хладилник, няколко телевизора, осветление с над 20 лампи, пералня, съдомиялна, сушилня, компютри, климатик или няколко малки, различни електроуреда, които не се използват постоянно.

Германската компания Sono Motors разви идеята за ограниченото пространство, на което може да се монтира соларен панел, още повече. През есента на 2022 г. тя представи минивана Sion, който е покрит с 456 фотоволтаични клетки, способни да презареждат батериите с достатъчно количество енергия, за да гарантират пътувания между 112 и 245 км. на седмица. Автомобилът е оборудван и с батерия от 54 kWh, която заредена на 100%, обещава пробег от около 300 км.

Ако и вие вече имате план и „зелена светлина за действие“, ето най-важните практични неща, които трябва да вземете предвид при монтажа на панелите с оглед извличането на максимална полза от инсталацията.

Ориентация на слънчевия панел

Да, точно това означава – просто в коя географска посока трябва да бъде обърнат панелът: север, юг, изток или запад. Имайте предвид, че истинският север и юг (географските) леко се различават от тези, показвани от компасите (магнитните). Трябва да се ползват реалните посоки за юг и север, за да постигате най-добър резултат. Затова домовете, които имат слънчеви панели обърнати директно на изток или запад, ще произвеждат около 20% по-малко енергия.

Правилната ориентация на слънчевите панели за домове, разположени на север от екватора, е да са обърнати точно в посока на истинския юг. За домовете, разположени на юг от екватора пък важи обратното – те трябва да са обърнати към истинския (географски) север. Това ще осигури най-добрата ориентация, позволяваща те да бъдат излагани максимално много време на слънчевите лъчи и съответно да произвеждат най-голямо количество електричество.

Ъгъл на слънчевия панел

Той също е доста важен и представлява вертикалният наклон под който са монтирани вашите слънчеви панели. Той е малко по-труден за установяване, тъй като правилният наклон варира в зависимост от географското ви местоположение и сезонът през годината. По отношение на географското местоположение, ъгълът на вашите панели ще става все по-голям колкото повече се отдалечавате от екватора. Например ако живеете в южните държави, за вас слънцето през деня ще остава по-високо в небето. Което означава, че слънчевите панели в регионите там изискват по-малко накланяне. За регионите на север обаче слънцето през деня преминава много по-ниско в небето, което означава, че слънчевите панели там изискват по-голям наклон.

За да намерите оптималния ъгъл за вашите слънчеви панели, потърсете в Google географската ширина на вашия домашен адрес или вашия пощенски код. Обикновено идеалният ъгъл за вашите слънчеви панели ще бъде равен или близък до географската ширина на дома ви. Правилният ъгъл на слънчевия панел обаче варира в течение на годината. За лятото и по-топлите месеци ще бъде 15 градуса минус вашата географска ширина. За зимата и по-хладните месеци идеалният ъгъл на соларния панел ще бъде равен на вашата географска ширина, плюс 15 градуса. Това означава, че за да извлечете максимално производство от вашите слънчеви панели, ще трябва да променяте наклона с всеки сезон.

Въпреки това, повечето слънчеви панели, инсталирани за домашна употреба, са монтирани на покрива под фиксиран ъгъл. Това означава, че процесът на промяна на ъгъла на вашите слънчеви панели с всеки сезон може да бъде доста труден. Разбира се, съществуват системи, които могат да бъдат инсталирани и да проследяват оста на слънцето, коригирайки ъгъла с течение на времето. Но в момента те са изключително скъпи. И докато те наистина увеличават производителността на вашите панели, повишената цена може да не си струва първоначалната инвестиция.

Фактори, влияещи върху оптималния ъгъл на слънчевия панел

Вече вероятно е ясно, че ъглите на слънчевия панел представляват вертикалният наклон на вашата слънчева система. Няма как реално да постигате във всеки момент оптимален ъгъл на наклон за тях, освен ако не инвестирате в супермодерна технология. Но следвайки няколко фактора, все пак може да си гарантирате средно оптимален ъгъл за вашите стационарно разположени слънчеви панели.

Първият фактор е наклонът на покрива. Разбира се, за всяко жилище той е проектиран по различен начин, поради което е важно да го вземете предвид, преди да инсталирате самите слънчеви панели. Например инсталирането на слънчеви панели върху покрив с много стръмен наклон може да означава, че не можете да постигнете оптималният ъгъл с традиционна „стелажна система“. Следователно трябва да вземете предвид това, колко е стръмен ъгълът на вашия покрив. Ако е много стръмен, ще трябва да поставяте конструкция. Ако е добър, просто поставяте панелите си легнали върху покрива. Когато покривът е с нисък ъгъл, монтирането на панелите също може да се окаже сложно, тъй като те ще изискват специализирани стелажи, за да може да ги наклоните под оптималния ъгъл. Монтирането на легнали слънчеви панели директно върху покрив с нисък ъгъл ще произвеждат по-малко електроенергия и ще намалят тока, който добивате от слънцето.

Географската ширина е друг важен фактор за получаване на оптимална слънчева енергия. За нея вече стана дума, но нека повторим – вашите панели трябва да бъдат наклонени по начин, който оптимизира излагането на слънчева светлина за конкретното ви местоположение. Това става чрез накланянето им под същия ъгъл като географската ширина на вашия дом. За повечето собственици идеалният ъгъл за инсталиране на соларен панел е близък или равен на географската ширина – обикновено между 30 градуса и 45 градуса. Това гарантира, че вашият дом ще получи максимална средна мощност от слънчевата енергийна система през цялата година.

И още един фактор – времето от годината (сезонът). Той със сигурност може да повлияе колко ефективно работят вашите слънчеви панели поради позицията на слънцето. Например, през зимата в северното полукълбо слънцето е по-ниско до хоризонта. Следователно за вашите слънчеви панели е по-трудно да улавят слънчевата светлина, за да създават енергия. Въпреки това, инсталирането на панелите под по-стръмен ъгъл спрямо вашата географска ширина (около 60 градуса) може да помогне за противодействие на спадовете в производството през зимата. Също така е добре да се уверите, че вашите слънчеви панели са инсталирани под ъгъл, под който натрупалият се сняг върху тях може лесно да се плъзне сам и те да се открият за работа, без да се налага да ги чистите.

Кое е по-важно: ъгълът или ориентацията?

• Поради всички нюанси и различни фактори, свързани с определянето на правилния ъгъл на вашите слънчеви панели, може да си помислите, че той е най-важният фактор при монтажа. Вярно е обаче обратното. Когато става въпрос за слънчеви панели, определянето на правилната ориентация е най-важната променлива.
• Неправилната ориентация ще означава, че вашите панели няма да получат достатъчно време за излагане на слънце, намалявайки драстично производството на електроенергия. Грешният ъгъл в комбинация с правилна ориентация, ще произведе повече енергия, отколкото правилен ъгъл при грешна ориентация.
• Слънчевите панели са чудесен начин да подобрите ефективността и да намалите въглеродния си отпечатък. Има много фактори, които трябва да имате предвид, когато решавате да преминете към слънчева енергия, освен потенциалните спестявания на разходи. Най-добре е да изберете фирма, която има знания и опит да инсталира вашите слънчеви панели по подходящ начин. И все пак познаването на посочените ключови принципи за инсталирането на слънчеви панели, винаги е добра отправна точка.
• Правилната ориентация и ъгълът на соларния панел са двата фактора, които имат най-голям принос върху ефективността. Анализирайте информацията, изложена в тази статия, и работете с числата, които се отнасят до местоположението ви. Това ще ви позволи да сравните информацията с тази, предоставена от инсталаторите на вашите слънчеви панел, за да сте сигурни, че те са настроени да работят възможно най-ефективно.