Коротко — какие факторы и как их учитывать (формулы + практические действия).
Основная модель выходной мощности модуля:
$P=P_{STC}\frac{G_{inc}}{G_{STC}}[1+\gamma (T_c-T_{STC})]\cdot IAM(\theta )\cdot (1-S)\cdot {\eta }_{sys}$,
где
- $P_{STC}$ — мощность по паспорту при STC,
- $G_{inc}$ — суммарная падающая на панель освещённость (Вт/м²),
- $G_{STC}=1000W/{\mathrm{m}}^2$, $T_{STC}=25^{\circ }\mathrm{C}$,
- $\gamma$ — температурный коэффициент мощности (обычно −0.003…−0.005 1/°C),
- $T_c$ — температура элементов,
- $IAM(\theta )$ — коэффициент потерь из-за угла падения (≤1),
- $S$ — потери от загрязнений/пыль/снег (доля, 0…1),
- ${\eta }_{sys}$ — остальной системный КПД (инвертор, провода, коннекторы).
Как учитывать и оценивать каждый фактор:
1) Инсоляция (G)
- Разложите на составляющие: прямая $G_b$, рассеянная $G_d$ и отражённая $G_r$.
- Проекция на поверхность: $G_{inc}=G_b\cos \theta +G_d{F}_d+G_r{F}_r$ (где $F_d,F_r$ — факторы для наклонной поверхности).
- Измерение: пиранометр/чувствительный модуль на месте. Для быстрой оценки используйте метеоданные и учёт угла.
- Оптимизация: правильный угол наклона/азимут, сезонная регулировка.
2) Угол падения (θ) и IAM
- Угол: $\cos \theta =\hat{n}\cdot \hat{s}$ (скалярное произведение нормали панели и направления солнца).
- Часто используют эмпирический IAM, например: $IAM(\theta )=1-k\left(\frac{1}{\cos \theta }-1\right)$ (k≈0.05–0.1) или данные производителя.
- Оптимизация: повернуть/наклонить панель максимально близко к оптимальному азимуту/наклону (обычно азимут = юг для северного полушария; наклон ≈ широта ± сезонная коррекция).
3) Температура модуля (T_c)
- Практическая модель (NOCT): $T_c=T_{amb}+\frac{G}{800}(NOCT-20^{\circ }C)$, где NOCT ≈ 45–48°C типично.
- Точное: баланс энергии: $T_c=T_{amb}+\frac{G(1-{\eta }_{opt})}{U}$ (U — коэффициент теплоотдачи).
- Влияние: мощность меняется по $\gamma$. Пример: при $\gamma =-0.004$ и $T_c=45^{\circ }C$ мощность ≈ $1+(-0.004)(20)=0.92$ → −8%.
- Оптимизация: обеспечить вентиляцию, воздушный зазор, светлая подложка, выбор модулей с меньшим |$\gamma$|.
4) Загрязнение и отражение (Soiling, soiling factor S)
- Потери $S$ зависят от местности; типично 2–10% летом при редкой мойке.
- Измерять: сравнить кратковременно чистую/грязную панель или установить эталонный модуль.
- Оптимизация: график мойки при превышении порога (напр., >3–5%), гидроочистка, уклон для самоочищения.
5) Теневая нагрузка и частичное затенение
- Затенение даёт нелинейные потери (диоды, строки панелей). Небольшая тень на одном ячейке может сильно снизить выход.
- Моделировать: I–V симуляция или использовать оптимизаторы/микроинверторы для минимизации влияния.
- Оптимизация: убрать источники тени (обрезать деревья), перестановка, установка оптимизаторов/микроинверторов.
6) Электрические потери и КПД системы
- Инвертор: ${\eta }_{inv}$ (обычно 95–98% в рабочей зоне).
- Провода: потери $P_{loss}=I^{2}R$ → снижать ток (более высокое напряжение, толще кабели).
- Коннекторы/панели: коэффициент ${\eta }_{sys}={\eta }_{inv}\cdot {\eta }_{wires}\cdot {\eta }_{conn}$.
- Оптимизация: правильный подбор кабелей, корректная настройка инвертора/MPPT.
7) Спектральные и температурно-зависимые эффекты на Voc, Isc
- Приближенно: $I_{sc}\propto G$, $V_{oc}$ зависит логарифмически от освещённости, но обычно учитывается через паспортные температуры и $\gamma$.
- Для точного расчёта используйте IV-кривые производителя и стандартные модели (one-diode).
8) Деградация
- Годовая деградация $d$ (обычно 0.5–1%/год для современных модулей).
- Модель: $P(t)=P_0(1-d{)}^t$ или приближённо $P(t)\approx P_0(1-dt)$ при малых d.
- Учитывать при долгосрочном прогнозе и окупаемости.
Рекомендуемый рабочий план (количественно):
1. Измерить: установить пиранометр, датчик температуры панели/взаимодействия, взять IV-снимок в пик (измерить фактический $P_{max}$, $I_{sc}$, $V_{oc}$).
2. Рассчитать ожидаемое $P$ по формуле выше с фактическими $G$, $T_c$, $\theta$, принять типичные $\gamma$, $IAM$, $S$.
3. Сравнить измерение и расчёт: расхождения покажут доминирующую причину (напр., если $G$ нормален, но $T_c$ высока — смотрим охлаждение/вентиляцию; если $G$ низка — инсоляция/угол/затенение).
4. Выполнить оптимизации: змеи (наклон/азимут), чистка при S>порог, убрать тень, улучшить вентиляцию, поставить оптимизаторы/микроинверторы, заменить на модули с меньшим |$\gamma$| при реконфигурации.
5. Мониторить: логирование $G$, $T_c$, $P$ и ежегодный учёт деградации.
Типичные числовые ориентиры:
- Темп. коэффициент $\gamma$: −0.003…−0.005 /°C (−0.3…−0.5%/°C).
- NOCT: 42–48°C.
- Инвертор: 95–98% КПД.
- Soiling: 2–10% в зависимости от условий.
- Деградация: 0.5–1%/год.
Вывод: для диагностики сравните фактическую $P$ с модельной по формуле выше; измерьте $G$, $T_c$, угол и степень загрязнения/тени; затем примите меры (убрать тени, чистка, улучшение вентиляции, оптимизаторы и/или изменение угла) с прицельной оценкой ожидаемого прироста по формуле.