У грудні над Києвом сонце опівдні піднімається лише на 16 градусів, а світловий день триває близько восьми годин. Тож кожної осені власники сонячних станцій і ті, хто тільки прицінюється, питають одне й те саме: чи є взагалі сенс від панелей узимку? Сенс є, але з застереженнями. Сам холод панелям не шкодить, на морозі вони навіть працюють ефективніше. Зимову генерацію забирають інші речі: короткий день, низьке сонце, хмари і сніг.
Нижче пояснюємо, як працюють сонячні батареї зимою з погляду фізики, наводимо орієнтовні цифри виробітку по місяцях для центральної України і розбираємо практичні питання. Чи треба чистити сніг, де тримати акумулятор і чому інвертор може постраждати саме в сильний мороз.
Як сонячна панель виробляє струм і до чого тут температура
Панель реагує на світло, а не на тепло
Кремнієвий фотоелемент складається з двох шарів з різним типом провідності. Коли фотон потрапляє в кремній, він вибиває електрон, і на межі шарів з’являється напруга. Якщо замкнути коло, потече постійний струм, а інвертор перетворить його на змінний, придатний для побутової мережі.
У цьому ланцюжку немає кроку, де потрібне тепло. Тому питання, як працюють сонячні батареї взимку, по суті зводиться до іншого: скільки світла дістається панелі. Світло вимірюють у ватах на квадратний метр. Паспортну потужність модуля визначають при 1000 Вт/м². У ясний грудневий полудень на похилу панель у Києві падає приблизно 400-700 Вт/м², залежно від кута нахилу і прозорості повітря. У суцільну хмарність цифра опускається до 50-150 Вт/м².
Практично всі сонячні батареї, які сьогодні ставлять на приватні будинки, монокристалічні. Модулі на технологіях PERC, TOPCon чи HJT краще за старі полікристалічні працюють із розсіяним світлом, і в похмурі місяці ця різниця помітна в добовому виробітку.
Чому на морозі ККД зростає
Напівпровідник поводиться так: що холодніший елемент, то вища напруга на ньому і то більшу потужність він віддає. Виробники вказують це в паспорті як температурний коефіцієнт потужності. Для типової сучасної панелі він становить близько -0,35 % на кожен градус вище +25 °C. Працює і зворотне: кожен градус нижче +25 °C додає ті самі 0,35 %.
| Температура елемента | Зміна потужності (коефіцієнт -0,35 %/°C) | Панель 450 Вт при 1000 Вт/м² |
| +65 °C (спекотний липень) | -14 % | ~387 Вт |
| +45 °C (тепла весна) | -7 % | ~419 Вт |
| +25 °C (стандартні умови STC) | 0 % | 450 Вт |
| 0 °C | +8,75 % | ~489 Вт |
| -10 °C | +12,25 % | ~505 Вт |
Тут є дві поправки. По-перше, елемент на сонці завжди тепліший за повітря: влітку на 20-30 градусів, узимку на 10-20. По-друге, освітленість 1000 Вт/м² у грудні в Україні майже не трапляється. Таблиця показує лише вплив температури. Проте на практиці найвищі миттєві піки потужності часто бувають саме в ясні морозні дні наприкінці лютого і в березні, коли сонце вже високо, а повітря ще холодне. Буває, що в такий день після снігопаду станція короткочасно видає більше за паспортну потужність.
Скільки енергії дають сонячні батареї взимку в Україні
Продавці зазвичай наводять річний виробіток, і ця цифра чесна, але розподілена по року дуже нерівномірно. Якщо ви плануєте купити сонячні батареї, варто заздалегідь розуміти, на що розраховувати в грудні, а не лише в липні.
Виробіток по місяцях: орієнтир для Києва
Значення нижче округлені і відповідають моделюванню в калькуляторах на кшталт PVGIS для станції, що дивиться на південь під кутом близько 35° зі звичайними втратами в кабелях та інверторі.
| Місяць | кВт·год на 1 кВт панелей за місяць | Станція 5 кВт, у середньому за день |
| Листопад | ~30 | ~5 кВт·год |
| Грудень | ~20 | ~3 кВт·год |
| Січень | ~30 | ~5 кВт·год |
| Лютий | ~50 | ~9 кВт·год |
| Березень | ~90 | ~14-15 кВт·год |
| Липень (для порівняння) | ~145 | ~23 кВт·год |
Три зимові місяці разом дають лише 8-10 % річного виробітку. Один липень приносить більше енергії, ніж грудень, січень і лютий, разом узяті. Реальні цифри конкретного року можуть відхилятися від середніх на 20-30 %, бо зимова погода мінлива: один сонячний тиждень у січні помітно змінює місячний підсумок. На півдні країни зимовий виробіток вищий, ніж у Києві, на заході результат сильно залежить від хмарності й туманів.
Чому взимку панелі виробляють менше
Головну роль грає геометрія. Ось як виглядає різниця між двома сонцестояннями для широти Києва:
| Показник | 22 червня | 22 грудня |
| Тривалість світлового дня | ~16 год 20 хв | ~8 год |
| Висота сонця опівдні | ~63° | ~16° |
| Товщина атмосфери на шляху світла (повітряна маса) | ~1,1 | ~3,6 |
Коли сонце низько, світло проходить крізь утричі товщий шар повітря, розсіюється і слабшає. Додайте до цього кілька факторів, які накладаються один на одного:
- Хмарність. Листопад, грудень і січень в Україні найпохмуріші. У такі дні панель працює на розсіяному світлі і дає приблизно 5-15 % від номіналу.
- Довгі тіні. При висоті сонця 16° десятиметрове дерево опівдні кидає тінь довжиною близько 35 метрів. Сусідній будинок чи димар, які влітку не заважають, узимку можуть затіняти частину станції пів дня.
- Сніг. Навіть тонкий шар на склі може зупинити генерацію повністю. Про це детальніше нижче.
Сніг на панелях: коли чекати, а коли чистити
Коли сніг сходить сам
Скло панелі гладке, а темні елементи під ним нагріваються навіть від розсіяного світла. Якщо кут нахилу 35-40° або більше, сніг зазвичай сповзає сам протягом дня-двох після снігопаду, особливо коли виходить сонце. На пласких дахах і наземних конструкціях з нахилом 10-15° він лежить значно довше.
Є менш очевидна проблема. Рама панелі трохи виступає над склом, і біля нижнього краю часто залишається смужка снігу. Панель розділена на три групи елементів, кожну захищає обхідний діод. Якщо модуль стоїть вертикально (портретна орієнтація), нижня смужка затіняє всі три групи одразу, і виробіток падає майже до нуля. При горизонтальному монтажі така смужка закриває лише одну групу, і дві третини потужності зберігаються. Для регіонів зі сніжними зимами це аргумент на користь горизонтальної розкладки або більшого кута нахилу.
Як прибрати сніг і не зіпсувати панелі
Якщо сніг лежить кілька днів, а синоптики обіцяють сонце, його можна прибрати. Робити це варто обережно.
Що можна:
- м’яка щітка або спеціальний пінопластовий скребок на телескопічній ручці, яким працюють із землі чи з безпечного майданчика;
- змітати пухкий сніг, залишаючи тонкий шар, який сонце розтопить саме;
- почекати відлиги, якщо на панелях утворилася крижана кірка.
Чого робити не треба:
- поливати панелі гарячою водою, бо різкий перепад температур може спричинити мікротріщини в елементах або навіть тріщину скла;
- використовувати металеві лопати і скребки, які дряпають антивідбивне покриття;
- сипати сіль чи реагенти;
- збивати лід ударами;
- лізти на обмерзлий дах без страховки. Жоден кіловат-год не вартий падіння.
Ще одна деталь для скатних дахів: сніг, що сповзає з панелей, падає разом, великою масою. Якщо під станцією вхід, доріжка чи машина, поставте снігозатримувачі.
Сніг як помічник: відбите світло і двосторонні модулі
Свіжий сніг відбиває 80-90 % світла, тоді як трава лише близько 20 %. Коли панелі чисті, а навколо лежить сніг, на них потрапляє додаткове відбите світло. Найбільше з цього виграють двосторонні (bifacial) модулі, в яких працює і тильна сторона. На наземних конструкціях, піднятих на метр і вище, приріст на снігу може становити 10-20 % порівняно з односторонньою панеллю.
Які панелі краще працюють взимку
| Тип панелей | Температурний коефіцієнт потужності | Робота при слабкому світлі | Коментар для зими |
| Полікристалічні | від -0,40 до -0,45 %/°C | посередня | застаріла технологія, найслабші в похмурі дні |
| Моно PERC | від -0,34 до -0,37 %/°C | добра | масовий і доступний варіант |
| TOPCon | від -0,29 до -0,32 %/°C | дуже добра | часто випускаються двосторонніми |
| HJT | від -0,24 до -0,26 %/°C | дуже добра | найкраща поведінка при низькій освітленості, вища ціна |
Невелике уточнення, яке рідко звучить у рекламі. Низький температурний коефіцієнт для зими майже не важливий: мороз однаково допомагає всім панелям. Ця характеристика рятує виробіток улітку, у спеку. Тому якщо ви вирішили купити сонячні батареї з розрахунком на зимову роботу, у паспорті дивіться насамперед на три речі: як модуль працює при розсіяному світлі, чи він двосторонній і на яке снігове навантаження розрахований. Більшість якісних панелей проходить випробування на 5400 Па фронтального навантаження, але кріплення і конструкція даху теж мають витримувати сніг вашого регіону.
Як підготувати сонячну станцію до зими
Кут нахилу
Для цілорічної роботи в Україні оптимальний кут становить 35-40°. Для зими найкраще працює кут 60-65°: панель стоїть майже перпендикулярно до низького сонця, і сніг з неї сходить швидше. На даху кут зазвичай фіксований. Якщо ж станція наземна і конструкція регульована, сезонна зміна кута двічі на рік дає кілька відсотків річного виробітку і відчутно більше саме в грудні-лютому.
Акумулятори бояться холоду більше, ніж панелі
Панелям мороз не шкодить, а от акумуляторам шкодить. Літій-залізо-фосфатні (LiFePO4) батареї не можна заряджати при температурі нижче 0 °C: на аноді осідає металевий літій, і батарея незворотно втрачає ємність. Добра BMS у такому разі просто блокує заряд, тож станція може виробляти енергію, а акумулятор її не прийме. Свинцево-кислотні AGM і GEL на холоді помітно втрачають ємність.
Найпростіше рішення: тримати акумулятори в опалюваному приміщенні з температурою +10…+25 °C. Якщо вони стоять у гаражі чи підвалі без опалення, варто обрати модель із вбудованим підігрівом.
Інвертор і напруга на морозі
Холод підвищує не лише потужність, а й напругу панелей. Візьмемо ланцюжок із 12 модулів з напругою холостого ходу 49,5 В. За стандартних умов це 594 В. При -25 °C і коефіцієнті напруги близько -0,27 %/°C напруга зростає приблизно на 13,5 % і досягає майже 675 В. Якщо максимальна вхідна напруга інвертора 600 В, у морозний сонячний ранок його можна пошкодити.
Тому ланцюжки розраховують за мінімальною температурою регіону, а не за паспортними 25 °C. Якщо станцію збирали без такого розрахунку, варто перевірити це до перших морозів.
Чек-лист перед першим снігом
- Огляньте кріплення, затискачі і рейки: чи не розхиталися за літо.
- Перевірте кабелі та роз’єми MC4 на тріщини і сліди вологи.
- Помийте панелі від осіннього пилу, пилку і листя. Взимку сонця мало, і брудне скло забирає частку, яку потім не компенсувати.
- Обріжте гілки, які затінятимуть станцію при низькому сонці.
- Переконайтеся, що акумулятори стоять у теплому місці.
- Перегляньте статистику інвертора в застосунку: різке падіння виробітку одного ланцюжка часто вказує на проблему, яку краще знайти восени.
Чи має сенс сонячна станція, якщо взимку вона дає мало
Станцію купують на рік, а не на сезон. Влітку вона дає надлишок, узимку дефіцит, і в річному балансі це нормально. Економіку розраховують за сумарним виробітком, а 8-10 % зимової частки в ній уже враховані.
Для резервного живлення під час відключень зимова генерація теж має цінність. Навіть 3-5 кВт·год, які станція на 5 кВт дає в ясний грудневий день, покривають холодильник, освітлення, роутер і циркуляційний насос газового котла. У похмурі дні акумулятор можна заряджати з мережі, коли світло є, і тоді панелі просто подовжують автономність.
Якщо ж мета повністю відмовитися від мережі взимку, доведеться ставити значно більше панелей, ніж потрібно влітку, або мати генератор. Для більшості приватних будинків це невигідно, і тут чесніше розраховувати на гібридну схему.
F.A.Q.
Працюють, але слабко. На розсіяному світлі панель дає приблизно 5-15 % від номінальної потужності. Станція на 5 кВт у суцільно похмурий грудневий день виробить орієнтовно 0,5-1,5 кВт·год.
У Києві 1 кВт панелей дає близько 20 кВт·год за грудень, 30 кВт·год за січень і 50 кВт·год за лютий. Для порівняння, у липні це близько 145 кВт·год. На півдні України зимові показники вищі.
При нахилі 35-40° і більше сніг зазвичай сходить сам за день-два. Якщо він лежить довше, його змітають м’якою щіткою на телескопічній ручці. Гаряча вода, металеві скребки і сіль панелям шкодять.
Літієві LiFePO4 акумулятори не можна заряджати нижче 0 °C, і BMS у такому разі блокує заряд. Тримайте батареї в опалюваному приміщенні або обирайте моделі з підігрівом.
Для зимового сезону оптимальний кут 60-65°: панель стоїть майже перпендикулярно до низького сонця, і сніг з неї сходить швидше. Для цілорічної роботи в Україні зазвичай обирають 35-40°.
