Пиковые солнце-часы, инсоляция и кВт·ч на киловатт: как читать цифры о солнце

В расчётах станций для Минска встречаются три годовые цифры: 1 063, 1 248 и 1 012. Все три верны и получены одним запросом к PVGIS. Первая — сколько световой энергии приходит на горизонтальный квадратный метр. Вторая — сколько приходит на квадратный метр панели, наклонённой на 39° к югу. Третья — сколько киловатт-часов отдаёт в розетку один киловатт панелей. Если подставить в формулу не ту, ошибка составит 20–25 % за год и вдвое за зимний месяц. Ниже — как эти величины устроены и как переходить от одной к другой.

Мощность света и энергия света

Сначала единицы, потому что путаница начинается с них.

• Освещённость (точнее — плотность потока излучения) измеряется в Вт/м². Это мгновенная мощность света на площадке. В ясный летний полдень на поверхность, повёрнутую к солнцу, приходит 900–1 000 Вт/м², в плотную облачность — 50–200 Вт/м².
• Инсоляция измеряется в кВт·ч/м². Это энергия, накопленная площадкой за день, месяц или год: освещённость, просуммированная по времени.

Мощность панели в паспорте указана для стандартных условий испытаний: 1 000 Вт/м², температура ячеек 25 °C. Панель «450 Вт» выдаёт 450 Вт именно при таком потоке. При 500 Вт/м² она даст примерно половину.

В старых климатических справочниках инсоляция записана в МДж/м². Перевод простой: 1 кВт·ч = 3,6 МДж, значит, 3 800 МДж/м² в год — это 3 800 ÷ 3,6 ≈ 1 056 кВт·ч/м².

Три величины, которые путают

Величина	Единица	Минск, год	Что показывает
Инсоляция на горизонтальную поверхность	кВт·ч/м²	1 063	климат места; по ней сравнивают города и страны
Инсоляция в плоскости панелей (39°, юг)	кВт·ч/м²	1 248	сколько света пришло на саму панель
Удельная выработка	кВт·ч/кВт	1 012	сколько станция отдала с каждого киловатта панелей после всех потерь

Данные — PVGIS, спутниковая база за 2005–2020 годы, системные потери 14 %. На этих же цифрах работает наш калькулятор станции. В отчёте PVGIS вторая величина называется «годовая инсоляция в плоскости», третья — «годовое производство энергии»; как пользоваться самим сервисом, описано в уроке про PVGIS и другие инструменты расчёта.

Пиковые солнце-часы

Пиковые солнце-часы — та же инсоляция в плоскости панели, только названная иначе. Если за день на панель пришло 5 кВт·ч/м², это столько же энергии, сколько дали бы 5 часов стандартного потока 1 000 Вт/м²: 5 кВт·ч/м² ÷ 1 кВт/м² = 5 часов. Реальный день длится дольше, а поток меняется от нуля до максимума, но сумма та же.

Удобство в том, что панель при стандартном потоке выдаёт паспортную мощность. Поэтому идеальная станция без потерь за день выработала бы «мощность × пиковые часы». Для Минска в среднем за год: 1 248 ÷ 365 ≈ 3,4 пикового часа в сутки. Но среднее здесь мало что значит — посмотрите на месяцы.

Месяц	На горизонталь, кВт·ч/м²	На панель 39°, кВт·ч/м²	Пиковых часов в сутки	Выработка, кВт·ч/кВт	Выработка ÷ инсоляция
Январь	18,2	35,9	1,16	32,4	0,90
Февраль	34,8	55,6	1,98	49,7	0,89
Март	73,7	97,6	3,15	83,3	0,85
Апрель	123,8	146,2	4,87	120,4	0,82
Май	156,5	163,5	5,27	129,5	0,79
Июнь	173,7	172,0	5,73	134,3	0,78
Июль	166,1	168,2	5,43	131,1	0,78
Август	143,2	160,0	5,16	125,2	0,78
Сентябрь	93,7	121,8	4,06	98,7	0,81
Октябрь	48,6	74,4	2,40	62,8	0,84
Ноябрь	18,4	30,1	1,00	25,2	0,84
Декабрь	11,9	22,5	0,73	19,1	0,85
Год	1 063	1 248	3,42	1 012	0,81

Июнь даёт 5,7 пикового часа при световом дне почти 17 часов, декабрь — 0,7 часа при дне в 7 часов. Разница между июнем и декабрём восьмикратная, и никакое «в среднем 3,4 часа» её не показывает. Что это значит для каждой панели по месяцам, разобрано в статье сколько энергии даёт одна панель в день.

Как перейти от одной цифры к другой

От горизонтали к плоскости панели одного коэффициента нет. За год наклон 39° прибавляет 1 248 ÷ 1 063 ≈ 1,17, то есть 17 %. Но в декабре отношение равно 22,5 ÷ 11,9 ≈ 1,9, а в июне 172,0 ÷ 173,7 ≈ 0,99: низкое зимнее солнце наклонная панель ловит почти вдвое лучше горизонтальной площадки, а высокое летнее — никак не лучше. Поэтому пересчёт делают не коэффициентом, а запросом к PVGIS для своего угла и азимута. Как угол меняет картину по сезонам — в уроке об угле наклона панелей в Беларуси.

От плоскости панели к выработке ведёт коэффициент потерь. PVGIS раскладывает его на части:

• отражение при косом падении лучей: −3,0 %;
• отличие спектра от стандартного: +1,7 %;
• нагрев ячеек и слабая освещённость: −4,4 %;
• системные потери, которые задаёт пользователь (кабели, инвертор, загрязнение, разброс панелей): −14 %.

Перемножаем: 0,970 × 1,017 × 0,956 × 0,86 ≈ 0,811. Проверка: 1 248 × 0,811 ≈ 1 012 кВт·ч/кВт. Суммарные потери — 18,9 %, а не 14 %. Строчка «потери 14 %» в запросе — только часть, остальное модель добавляет сама по климату места. Отношение 0,81 — это коэффициент производительности станции, о нём отдельный урок: Performance Ratio.

От удельной выработки к станции — умножением на мощность. Станция 6 кВт: 6 × 1 012 ≈ 6 070 кВт·ч в год. Обратная задача: дому нужно 5 000 кВт·ч в год, значит, 5 000 ÷ 1 012 ≈ 4,9 кВт панелей.

Пример: скат на юго-восток

Дом под Минском, скат 25°, азимут — юго-восток, 8 кВт панелей. Считаем по шагам.

1. Инсоляция в плоскости. PVGIS для наклона 25° и азимута −45° даёт 1 168 кВт·ч/м² в год, или 1 168 ÷ 365 ≈ 3,2 пикового часа в сутки. Это на 6 % меньше, чем при оптимальных 39° на юг.
2. Удельная выработка. Тот же запрос: 941 кВт·ч/кВт. Отношение 941 ÷ 1 168 ≈ 0,81 — потери почти такие же, меньше стало именно света.
3. Годовая выработка станции. 8 × 941 ≈ 7 530 кВт·ч.
4. Худший месяц. В декабре на этот скат приходит 17,4 кВт·ч/м² — 0,56 пикового часа в сутки. Станция даст 8 × 13,8 ≈ 110 кВт·ч за месяц, около 3,6 кВт·ч в день.
5. Лучший месяц. Июнь: 8 × 138,3 ≈ 1 106 кВт·ч, в среднем 37 кВт·ч в день.

Обратите внимание на июнь: пологий скат летом даёт даже больше, чем оптимальные 39° (138,3 против 134,3 кВт·ч/кВт), а зимой — заметно меньше. Годовая цифра этого не показывает, а для подбора накопителя и оценки самопотребления важны именно месяцы.

Как получить эти цифры для своего объекта

1. Откройте PVGIS и поставьте точку на карте по адресу объекта.
2. В расчёте сетевой станции задайте мощность 1 кВт и потери 14 %. Мощность в один киловатт удобна тем, что результат сразу получается удельным.
3. Введите свой наклон и азимут. В PVGIS юг — это 0°, восток — −90°, запад — 90°. Если нужен оптимум, отметьте автоматический подбор угла.
4. Из результата выпишите три строки: годовую инсоляцию в плоскости, годовое производство энергии и суммарные потери. Помесячную таблицу сохраните целиком.
5. Разделите производство на инсоляцию. Должно получиться около 0,8; если вышло 0,6 или 0,95, в исходных данных ошибка.
6. Чтобы узнать инсоляцию на горизонталь, повторите запрос с наклоном 0°.
7. Умножьте удельную выработку на мощность станции — по году и по каждому месяцу.

Одно предупреждение: модель не знает о деревьях и соседних домах. Рельеф местности она учитывает сама, а препятствия у дома нужно добавлять вручную — как именно, показано в уроке о линии горизонта и дальнем затенении.

Типичные ошибки

• Умножить мощность на инсоляцию на горизонталь. 1 063 вместо 1 248 занижает год на 15 %, а декабрь — почти вдвое.
• Забыть про потери. «6 кВт × 1 248 = 7 490 кВт·ч» — завышение на 23 %.
• Учесть потери дважды. Взять готовые 1 012 кВт·ч/кВт и «на всякий случай» вычесть ещё 14 %.
• Считать световой день часами работы. 17 часов июньского дня — это 5,7 пикового часа, а не 17.
• Путать пиковые часы с продолжительностью солнечного сияния. Метеорологи считают часы, когда диск солнца не закрыт облаками; для Минска это порядка 1 800 часов в год. Пиковых часов в году 1 248, и это другая величина.
• Считать автономную систему по среднегодовым 3,4 часа. В декабре их 0,7. Зимний расчёт — в статье автономный дом зимой.
• Сводить в одну таблицу цифры из разных баз. Спутниковые и наземные данные разных источников расходятся на несколько процентов; сравнивать варианты нужно в одной базе.
• Перепутать период. 3,4 кВт·ч/м² — это в сутки, 104 — в месяц, 1 248 — в год. В чужих таблицах всегда ищите, за какой срок цифра.

Частые вопросы

Что такое «киловатт пик» и кВт·ч/кВт?

Киловатт пик — мощность панелей при стандартном потоке 1 000 Вт/м². Запись «1 012 кВт·ч/кВт» означает, что каждый такой киловатт за год отдаёт 1 012 кВт·ч. Величину ещё называют удельной выработкой или числом часов использования установленной мощности.

Годится ли 1 012 для любого года?

Это среднее за 16 лет. PVGIS показывает и разброс: стандартное отклонение годовой выработки для Минска — около 48 кВт·ч/кВт, то есть примерно 5 %. Хороший год даст 1 060, плохой — 960. Как с этим разбросом работают банки и инвесторы, рассказано в уроке о P50 и P90.

Можно ли измерить инсоляцию самому?

Да, пиранометром или эталонной ячейкой, установленной в плоскости панелей; на крупных станциях такой датчик ставят постоянно. Телефон и люксметр для этого не годятся: они измеряют видимый свет, а не полный поток.

Почему в расчёте подрядчика другая цифра?

Спросите три вещи: какая база данных, какой угол и азимут заложены и какие потери. Расхождение в 3–5 % между аккуратными расчётами нормально, в 15–20 % — признак того, что перепутаны величины из этого урока.

Урок модуля «Как это работает». Дальше — как проверить по этим цифрам уже работающую станцию: урок о Performance Ratio.