Монтаж солнечных панелей: угол наклона, крепление, каркас своими руками

От того, как стоит панель, зависит не меньше, чем от её мощности. Правильный угол наклона солнечных панелей и ориентация на юг дают максимум энергии с тех же ватт, а тень от трубы или соседнего ряда может «съесть» значительную часть генерации. Механическая часть монтажа — угол, крепление для солнечных панелей своими руками, каркас — вполне по силам хозяину с руками, если понимать несколько простых правил.

В этой статье — только механика: угол, ориентация, расстояние между рядами, крепление на крышу и землю, каркас своими руками и портативные панели. Как соединять панели электрически, описано в отдельной статье как подключить солнечные панели. Электрическая часть стационарной станции — дело электрика.

Угол наклона солнечных панелей для Украины

Панель собирает больше всего энергии, когда солнечные лучи падают на неё под прямым углом. Высота солнца меняется в течение года, поэтому оптимальный угол установки солнечных панелей тоже меняется: летом солнце высоко — панель ставят положе, зимой низко — круче. Отправная точка — географическая широта места.

Рабочие правила: на весь год — широта минус 10–15°; летом — широта минус 15–20°; весной и осенью — примерно равен широте; зимой — широта плюс 10–15°. Для Украины это даёт такие ориентиры:

Менять угол или нет? На крыше модули почти всегда ставят под одним углом на весь год — переставлять их неудобно и опасно. Сезонная регулировка имеет смысл для наземных конструкций с шарниром и для портативных панелей, которые и так каждый день выносят на солнце. Для станции, которая должна держать резерв именно зимой, угол стоит сделать круче всесезонного: меньше снега задерживается на модулях и лучше ловится низкое зимнее солнце.

Ориентация (азимут) — на юг. Отклонение на восток или запад на несколько десятков градусов даёт небольшие потери, а восток-запад на плоской крыше — осознанный вариант, когда нужно ровнее распределить генерацию в течение дня. Северный скат крыши для модулей не подходит.

Затенение и расстояние между рядами

Тень — главный враг генерации. Даже небольшая тень на части модуля снижает отдачу всей цепочки панелей, поэтому перед монтажом пройдитесь по крыше в разное время дня и посмотрите, куда падает тень от трубы, антенны, деревьев и соседних домов.

На плоской крыше или земле ряды ставят один за другим, и передний ряд затеняет задний. Минимальное расстояние считается от самого низкого солнца — в полдень 21 декабря. Высота солнца в этот момент равна 90° минус широта минус 23,4°: для Одессы это около 20°, для Киева — около 16°. Тень от предмета высотой H тогда имеет длину H ÷ tg(высоты солнца).

Пример. Модуль длиной 1,7 м стоит в Киеве под углом 35°. Его верхний край поднят над нижним на 1,7 × sin 35° ≈ 0,98 м. Чтобы передний ряд не затенял задний даже в самый короткий день, промежуток между рядами должен быть около 3,4 м. Часто ставят плотнее и соглашаются на тень в несколько самых коротких дней — это компромисс между площадью и зимней генерацией, который стоит просчитать заранее.

Как крепить солнечные панели на крыше

Способ крепления определяет тип крыши. Общее правило для всех: модуль держится за раму в местах, которые указал производитель в инструкции, а саму раму не сверлят, если это не разрешено.

Скатная крыша

На скатной крыше модули ставят параллельно кровле, так что угол наклона равен углу крыши. Схема такая: к стропилам или обрешётке через кровлю крепят крюки или кронштейны под свой тип покрытия (черепица, металлочерепица, профнастил, шифер), на них — две горизонтальные рейки, а модули прижимают к рейкам крайними и средними зажимами.

Главное — герметичность: каждое отверстие в кровле уплотняют. Крепить стоит к несущим элементам, а не только к покрытию, потому что ветер пытается сорвать модуль, как парус. Если скат смотрит на юг под углом 30–45°, это уже близко к оптимуму для большей части Украины.

Плоская крыша

На плоской крыше ставят треугольные опоры, которые задают угол. Их либо анкеруют к перекрытию, либо прижимают балластом — бетонными блоками. Балласт не повреждает гидроизоляцию, но добавляет вес, поэтому нагрузку на перекрытие должен оценить инженер. На плоской крыше часто выбирают меньший угол, чем оптимальный: так ряды можно поставить плотнее, а ветровая нагрузка меньше.

На земле

Наземная конструкция — самая простая в обслуживании: модули легко чистить от снега, угол можно регулировать. Опоры — винтовые сваи, забетонированные столбики или тяжёлый фундамент. Нижний край модулей поднимают над землёй так, чтобы его не заметало снегом и не закрывала трава.

Каркас для солнечных панелей своими руками

Самый простой каркас — треугольник: наклонная балка, на которой лежит модуль, передняя короткая опора, задняя высокая опора и горизонтальное основание. Несколько таких треугольников соединяют продольными рейками, на рейки кладут модули. Тот же принцип работает и для каркаса на крышу, только опоры крепят к перекрытию.

Материалы. Лучше всего — алюминиевый профиль для солнечных систем или оцинкованный стальной уголок и профтруба. Чёрный металл без цинкования нужно грунтовать и красить, иначе за несколько сезонов появится ржавчина. Крепёж — нержавеющий или оцинкованный. Дерево дешёвое, но от дождя и солнца быстро теряет прочность, так что для конструкции на десятилетия оно не годится.

Чертёж каркаса для солнечных панелей: формула вместо рисунка

Чертёж под каждую панель рисовать не нужно: геометрию треугольника даёт простая тригонометрия. Если длина наклонной части — L, а угол наклона — α, то высота задней опоры над передней равна L × sin α, а горизонтальная проекция — L × cos α. Значения на 1 метр наклонной длины:

1. 1 Измерьте модуль: длину и ширину берите из паспорта модели, а не «на глаз».
2. 2 Умножьте длину наклонной части на числа из таблицы. Для модуля 1,7 м под углом 35°: задняя опора выше передней на 1,7 × 0,57 ≈ 0,97 м, основание — 1,7 × 0,82 ≈ 1,39 м.
3. 3 Добавьте клиренс: если передний край поднят над землёй, например, на 0,4 м от снега, эта высота добавляется к обеим опорам.
4. 4 Шаг треугольников — так, чтобы рейки под модулем ложились в зоны крепления, указанные производителем.
5. 5 Добавьте диагональные раскосы: без них треугольник «складывается» под ветром.
6. 6 Проверьте угол угломером до установки модулей — переделывать потом значительно сложнее.

Портативные панели: как ставить на балконе или на земле

Складные панели для зарядных станций имеют собственную ножку-подставку, которая задаёт угол, так что каркас им не нужен. Например, ALLPOWERS SOLAX SE200 на 200 Вт или ALLPOWERS SP037 на 400 Вт раскладывают во дворе, на крыше гаража или на балконе и разворачивают к солнцу. Большую ALLPOWERS SP039 на 600 Вт удобнее ставить на земле или плоской крыше — у неё большая парусность.

Гибкие ALLPOWERS SF100 и SF200 крепят на крышу авто, кемпера, лодки или навеса. Как именно — смотрите в инструкции к модели; гибкую панель не сгибайте сильнее, чем допускает производитель, и не оставляйте без вентиляции на раскалённой поверхности.

• Разворачивайте складную панель к солнцу каждые 1–2 часа — это простой способ получить больше энергии.
• Прижимайте ножки грузом или привязывайте панель: порыв ветра легко переворачивает даже тяжёлую модель.
• На балконе крепите панель страховкой к перилам — падение с высоты опасно для людей внизу.
• Не ставьте панель за стеклом: стекло и плёнки забирают значительную часть энергии.
• На ночь и в непогоду складывайте панель и заносите внутрь.

Больше о балконном сценарии — на странице солнечная панель на балкон, а все портативные модели — в разделе солнечные панели. Сколько места занимают панели разной мощности и сколько они весят, разобрано в статье размер и вес солнечной панели.

Солнечная электростанция своими руками: что можно, а что нет

Самостоятельно вполне реально: рассчитать угол и расстояние между рядами, собрать и поставить каркас, закрепить модули, разложить портативные панели. Это механика, где ошибка стоит времени, а не здоровья.

Электрическая часть стационарной станции — другое дело. Последовательная цепочка модулей даёт постоянное напряжение в сотни вольт, которое нельзя просто выключить, пока светит солнце, а дугу постоянного тока трудно погасить. Подключение панелей к инвертору, DC-защиту и заземление должны делать специалисты; принципы — в статьях как подключить солнечные панели и схема подключения гибридного инвертора. Сколько панелей нужно под ваше потребление, подскажет калькулятор солнечных панелей.

Безопасность работ на крыше

• Работайте вдвоём и со страховкой: пояс, трос, надёжная точка крепления.
• Не лезьте на крышу в дождь, мороз, сильный ветер и по мокрой или обледеневшей кровле.
• Не становитесь на модули: стекло и элементы трескаются от веса человека, микротрещины потом снижают генерацию.
• Модуль под солнцем уже вырабатывает напряжение. Во время монтажа разъёмы не соединяйте, а модули при необходимости накрывайте непрозрачным материалом.
• Большой модуль на ветру работает как парус — поднимайте его вдвоём и в безветренную погоду.