Чтобы производительность солнечного коллектора была максимальной очень важна ориентация и угол наклона коллектора. Что бы поглощать максимальное количество солнечной энергии плоскость солнечного коллектора должна быть всегда перпендикулярна солнечным лучам. Однако солнце светит на Земную поверхность в зависимости от времени суток и года всегда под различным углом. Поэтому для монтажа солнечных коллекторов необходимо знать оптимальную ориентацию в пространстве абсорбера солнечного коллектора. Для оценки оптимального ориентирования коллекторов учитывается вращение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, а так же изменение расстояния от Солнца. Для определения положения солнечного коллектора или солнечной батареи необходимо учитывать основные угловые параметры:
-широта места установки φ;
-часовой угол ω;
-угол солнечного склонения δ;
-угол наклона к горизонту β;
-азимут α;
Широта места установки (φ)показывает, насколько место находится севернее или южнее от экватора, и составляет угол от 0° до 90°,отсчитываемый от плоскости экватора до одного из полюсов — северного или южного.
Часовой угол (ω) переводит местное солнечное время в число градусов, которое солнце проходит по небу. По определение часовой угол равен нулю в полдень. Земля поворачивается на 15° за один час. Утром угол солнца отрицательный, вечером — положительный.
Угол склонения Солнца (δ) зависит от вращения Земли вокруг Солнца, поскольку орбита вращения имеет эллиптическую форму и сама ось вращения тоже наклонена, то угол меняется в течение года от значения 23.45° до -23.45°. Угол склонения становится равным нулю два раза в год в дни весеннего и осеннего равноденствия.
|
|
Склонение солнца для конкретно выбранного дня определяется по формуле:
Где n – порядковый номер дня в году, отсчитанный от 1-го января.
Наклон к горизонту (β) образуется между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью. К примеру, при монтаже на наклонной крыше угол наклона коллектора определяется крутизной ската крыши.
Азимут (α) характеризует отклонение поглощающей плоскости коллектора от южного направления, при ориентировании солнечного коллектора точно на юг азимут = 0°.
Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность, имеющую определенное значение азимута α и угол наклона β, определяется по формуле:
Если в данной формуле заменить значение угла β на 0, тогда получится выражение для определения угла падения солнечных лучей на горизонтальную поверхность:
Интенсивность потока солнечного излучения для определенного положения поглощающей панели в пространстве вычисляется по формуле:
Где Js и Jdинтенсивность потоков прямого и рассеянного солнечного излучения падающие на горизонтальную поверхность, соответственно. 
- коэффициенты положения солнечного коллектора для прямого и рассеянного солнечного излучения.
Для обеспечения попадания на абсорбер максимального (за расчетный период) количества солнечной энергии коллектор монтируют в наклонном положении с оптимальным углом наклона к горизонту β, который определяется расчетным методом и зависит от периода использования гелиосистемы. При южном ориентировании коллектора для круглогодичных гелиосистем β = φ, для сезонных гелиосистем β = φ–15°. Тогда формула примет вид, для сезонных гелиосистем:
|
|
Для круглогодичных:
Солнечные коллекторы, ориентированные в южном направлении и смонтированные под углом от 30° до 65° относительно горизонта, позволяют достичь максимального значения поглощения солнечного излучения в Украине. Но даже при определенных отклонениях от этих условий гелиосистема может вырабатывать достаточное количество энергии. Установка с небольшим углом наклона более эффективна в случае, если солнечные коллекторы или солнечные батареинельзя ориентировать на юг.
К примеру, если солнечные панели ориентированы на юго-запад, с азимутом 45° и углом наклона 30°, то такая система сможет поглощать до 95% от максимального количества солнечного излучения. Или при ориентировании в восточном или западном направлении можно обеспечить до 85% попадания энергии на коллектор при установке панелей под углом 25-35°. Если угол наклона коллектора больше, то количество энергии, поступающее на поверхность коллектора, будет более равномерным, для поддержки отопления такой вариант установки более эффективен.
Зачастую ориентирование солнечного коллектора зависит от варианта монтажа солнечных коллекторов, установка коллектора производится на крыше здания, поэтому очень важно на стадии проектирования учесть возможность оптимально установки коллекторов.