Чи працюють сонячні панелі в похмуру погоду?

Сонячні панелі часто асоціюються з яскравим сонцем і безхмарним небом. Тому цілком логічно виникає питання: чи виробляє сонячна електростанція електроенергію, коли на вулиці похмуро, небо затягнуте хмарами або йде дощ?

Коротка відповідь: так, сонячні панелі працюють у похмуру погоду. Але їхня потужність у таких умовах помітно знижується. Панелям не потрібне пряме сонячне проміння — фотоелектричні елементи здатні використовувати також розсіяне світло, яке проходить крізь хмари.

Наскільки сильно впаде виробіток, залежить від щільності хмар, пори року, часу доби, орієнтації та нахилу панелей, затінення, температури та характеристик самої сонячної електростанції.

Чому сонячні панелі працюють без прямого сонця?

Принцип роботи фотоелектричних панелей ґрунтується не на нагріванні сонцем, а на перетворенні світлової енергії на електричну. Коли світло потрапляє на фотоелементи, у них виникає електричний струм.

Важливо розрізняти два типи сонячного випромінювання:

• пряме випромінювання — світло, яке надходить безпосередньо від Сонця;
• розсіяне випромінювання — світло, яке розсіюється атмосферою, водяною парою, частинками пилу та хмарами.

За даними Міністерства енергетики США (U.S. Department of Energy), сонячне випромінювання, яке досягає поверхні Землі, складається з прямої та розсіяної складових. Хмари можуть практично повністю заблокувати пряме випромінювання, але частина світла все одно проходить крізь них або розсіюється в атмосфері.

Саме це розсіяне світло і продовжує живити фотоелектричні модулі в похмурий день.

Наскільки падає виробіток сонячних панелей у хмарну погоду?

Ось тут немає однієї універсальної цифри. Фраза «у похмуру погоду панелі виробляють 20% від номінальної потужності» може бути корисною лише як дуже приблизний орієнтир, але її не варто сприймати як гарантований показник.

Наприклад, тонкі або світлі хмари можуть зменшити виробіток відносно незначно. За щільної суцільної хмарності сонячне випромінювання біля поверхні Землі може бути набагато слабшим, а виробництво електроенергії — впасти в кілька разів.

Дослідження та моделі Національної лабораторії відновлюваної енергетики США (NREL) окремо враховують пряме та розсіяне випромінювання саме тому, що характеристики хмар суттєво впливають на кількість сонячної енергії, яка досягає фотоелектричних модулів.

Показовим є і практичний приклад Міжнародного енергетичного агентства (IEA): вимірювання на сонячній електростанції Cirata в Індонезії показали суттєву різницю між профілем виробництва у сонячний і хмарний день. При цьому в хмарну погоду станція не припиняла генерувати електроенергію.

Чи працюють сонячні панелі під час дощу?

Так, працюють. Сам дощ не вимикає сонячну електростанцію. Основна причина різкого падіння генерації під час дощу — не вода на поверхні панелей, а дуже низька інтенсивність сонячного випромінювання через щільну хмарність.

Якщо дощ слабкий, а хмари не надто щільні, панелі можуть продовжувати виробляти помітну кількість електроенергії. Якщо ж іде сильна злива і небо практично чорне, генерація може стати дуже низькою.

Водночас дощ може мати й побічний позитивний ефект: він змиває з поверхні панелей пил та інші забруднення. Після того як хмари розійдуться, чисті модулі можуть працювати ефективніше, ніж до опадів.

Чи впливає температура на роботу сонячних панелей?

Є ще один цікавий момент: сонячні панелі не обов’язково працюють краще в спеку.

Фотоелектричні модулі зазвичай демонструють кращі електричні характеристики за нижчої температури елементів. Тому прохолодний день із хорошим освітленням може бути сприятливішим для панелей, ніж дуже спекотний день із таким самим рівнем сонячного випромінювання.

Саме тому не варто оцінювати ефективність сонячної електростанції лише за температурою повітря. Найважливішим фактором залишається кількість сонячного випромінювання, яке фактично потрапляє на поверхню модулів.

Чи працюють сучасні сонячні панелі краще в похмуру погоду?

Сучасні фотоелектричні модулі здатні ефективно використовувати розсіяне світло. Але твердження, що якась конкретна технологія «майже не втрачає потужності в хмарність», варто сприймати обережно.

У реальній системі результат визначається не лише типом фотоелементів. Важливі також площа масиву, орієнтація, кут нахилу, затінення, характеристики інвертора, температура, чистота панелей та локальні погодні умови.

Наприклад, часткове затінення може бути проблемнішим, ніж просто рівномірна хмарність. Якщо дерево, сусідня будівля або інша конструкція затінює частину масиву, виробіток може падати непропорційно до площі затіненої ділянки.

Чи має значення орієнтація панелей у похмуру погоду?

Так. За переважання прямого сонячного світла правильна орієнтація допомагає отримувати більше енергії протягом дня. Але коли сонце приховане хмарами, частка розсіяного випромінювання зростає, а воно надходить до панелі з різних напрямків.

Тому поведінка панелей у похмуру погоду може відрізнятися від поведінки в сонячний день. На рівні всієї системи оптимальний кут і орієнтація все одно визначаються насамперед очікуваним річним виробітком, а не окремим похмурим днем.

Energy Saving Trust зазначає, що сонячні панелі працюють і в хмарну погоду, хоча найкраще виробляють електроенергію за прямого сонячного світла. Організація також підкреслює важливість орієнтації даху та відсутності затінення для загальної продуктивності системи.

Що важливіше: сонячний день чи кількість світла протягом року?

Для власника сонячної електростанції набагато важливіше не те, скільки було сонячних днів, а скільки електроенергії система виробила за місяць і за рік.

Наприклад, два дні можуть виглядати зовсім по-різному:

• перший — абсолютно ясний, але взимку, коли день короткий і Сонце низько над горизонтом;
• другий — прохолодний і хмарний, але навесні, коли світловий день довший.

Другий день не обов’язково дасть менше енергії за весь день. Саме тому професійний розрахунок сонячної електростанції базується на довгострокових даних про сонячну радіацію та погодні умови, а не на простому підрахунку «сонячних днів».

Fraunhofer ISE, один із провідних європейських дослідницьких інститутів у сфері сонячної енергетики, використовує для прогнозування виробітку фотоелектричних систем детальні дані про сонячне випромінювання та погоду.

А що відбувається взимку?

Взимку сонячні панелі також працюють, але загальна генерація зазвичай нижча. Причина комплексна: коротший світловий день, нижче положення Сонця над горизонтом і частіше несприятливі погодні умови.

При цьому холод сам по собі не є проблемою для фотоелектричних панелей. Навпаки, нижча температура елементів може позитивно впливати на їхню електричну ефективність. Основним обмеженням узимку стає саме недостатня кількість сонячного випромінювання та тривалість світлового дня.

Окреме питання — сніг. Якщо панелі повністю вкриті снігом і світло не потрапляє на фотоелементи, виробіток може різко знизитися. Після очищення модулів або природного сходження снігу генерація відновлюється.

Чи можна забезпечити будинок електроенергією тільки сонячними панелями в похмуру погоду?

Ось тут важливо розділити два питання: «Чи працюють панелі?» і «Чи вистачить їхньої генерації для всього будинку?»

На перше питання відповідь — так. На друге — не завжди.

У похмуру погоду сонячна електростанція може виробляти електроенергію, але її може бути недостатньо для одночасної роботи всіх побутових приладів. Наприклад, якщо будинок споживає 2 кВт, а через хмарність сонячна станція в цей момент виробляє лише 500 Вт, різницю доведеться компенсувати з акумулятора або електромережі.

Саме тому для автономної системи важливе значення має акумуляторна батарея. У сонячний період надлишок енергії можна накопичувати, а під час хмарності, увечері або вночі — використовувати запас.

Чи потрібна батарея, якщо сонячні панелі працюють у хмарність?

Не обов’язково. Все залежить від того, як побудована система.

Якщо сонячна електростанція підключена до електромережі, нестачу сонячної генерації можна компенсувати споживанням електроенергії з мережі.

Якщо система автономна, акумулятор стає набагато важливішим. Він дозволяє використовувати енергію, накопичену раніше, коли панелі тимчасово виробляють мало електроенергії.

Для будинку, який має критичні навантаження — наприклад, холодильник, систему опалення, освітлення, інтернет або насос — поєднання сонячних панелей + інвертора + акумулятора зазвичай набагато практичніше, ніж спроба розрахувати систему виключно на поточну генерацію панелей.

Чи правда, що в Німеччині сонячні панелі працюють навіть за постійної хмарності?

Так, і це хороший приклад того, чому твердження «сонячні панелі працюють тільки там, де постійно світить сонце» є міфом.

Німеччина не належить до найбільш сонячних регіонів світу, проте фотоелектрична енергетика там отримала широке поширення. Причина в тому, що для PV-систем важливе не лише пряме сонячне проміння, а загальний обсяг сонячного випромінювання, включно з його розсіяною складовою.

Міжнародне енергетичне агентство також підкреслює, що сонячний ресурс складається з прямого та розсіяного випромінювання, а його доступність змінюється протягом дня та року.

Чи правда, що хмари іноді можуть навіть збільшити потужність панелей?

Так, але це нетипова короткочасна ситуація, а не правило.

Коли Сонце знаходиться поблизу краю хмари, світло може додатково розсіюватися та відбиватися від її країв. У результаті на панель на короткий час може потрапити більше випромінювання, ніж за звичайних умов поблизу хмари.

Наукові дослідження сонячної радіації показують, що хмари можуть створювати не лише затінення, а й короткочасні локальні підсилення сонячного випромінювання через розсіювання та відбиття.

Однак розраховувати на такий ефект при виборі сонячної електростанції не варто. Для практичних розрахунків його вплив не можна прирівнювати до стабільної сонячної генерації.

Від чого насправді залежить виробіток у похмуру погоду?

Якщо потрібно оцінити, скільки конкретна сонячна електростанція виробить у хмарний день, одного прогнозу погоди недостатньо.

На результат впливають:

• щільність хмар — тонкі хмари пропускають значно більше світла, ніж щільний суцільний хмарний покрив;
• час доби — вранці та ввечері Сонце знаходиться низько, тому доступної радіації менше;
• пора року — взимку світловий день коротший;
• орієнтація панелей — впливає на кількість отриманої енергії протягом року;
• кут нахилу — визначає, наскільки ефективно модулі приймають випромінювання;
• затінення — дерева, будівлі та інші перешкоди можуть істотно зменшувати генерацію;
• чистота панелей — пил, бруд, листя або сніг зменшують кількість світла, яке потрапляє на фотоелементи;
• температура модулів — впливає на електричні характеристики фотоелементів;
• інвертор та інші компоненти системи — визначають, наскільки ефективно отримана енергія перетворюється та використовується.

Чи варто встановлювати сонячні панелі в регіоні з великою кількістю похмурих днів?

Так, сама по собі хмарна погода не є причиною відмовлятися від сонячної електростанції.

Але перед встановленням потрібно правильно оцінити очікувану річну генерацію. Хороша сонячна електростанція — це не просто певна кількість панелей на даху. Це система, розрахована з урахуванням місцевого сонячного ресурсу, орієнтації даху, затінення, споживання електроенергії та бажаного рівня автономності.

Саме тому професійний розрахунок має враховувати довгострокові дані про сонячну радіацію та погодні умови. NREL, наприклад, підтримує спеціалізовані набори даних і моделі для оцінки сонячного ресурсу та продуктивності PV-систем.

Чи працюють сонячні панелі в похмуру погоду?

Так, працюють. Це підтверджується як фізичним принципом роботи фотоелектричних елементів, так і практикою експлуатації сонячних електростанцій.

Панелі використовують не тільки пряме сонячне світло, а й розсіяне випромінювання, тому навіть при похмурому небі вони продовжують виробляти електроенергію. Міністерство енергетики США прямо зазначає, що PV-системи використовують як пряме, так і розсіяне сонячне світло, а Energy Saving Trust підтверджує, що сонячні панелі продовжують генерувати електроенергію навіть у хмарні дні.

Водночас похмурість суттєво зменшує виробіток. Чим щільніші хмари та менше сонячного випромінювання досягає поверхні панелей, тим менше електроенергії вони виробляють. Тому не варто очікувати від сонячної електростанції в похмуру погоду тієї самої потужності, що й у сонячний день.

Найважливіший висновок простий: сонячні панелі не потребують яскравого сонця, щоб працювати. Їм потрібне світло. А наскільки ефективно вони використають це світло — залежить уже від погоди, сезону, конструкції та правильності проєктування всієї системи.