Наземная установка панелей: сваи, столы и расстояние между рядами

Наземная установка оправдана, когда крыша не подходит — смотрит на север, затенена, мала или слаба — и на участке есть открытое место. На земле панели ставят точно на юг под оптимальным углом, их легко осматривать и чистить от снега. Плата за это — фундамент, траншея с кабелем и занятая земля. Основа конструкции — «стол»: рама на сваях, на которой панели лежат в один-два ряда.

Когда земля лучше крыши

Ситуация	Крыша	Земля
Скаты смотрят на восток и запад или на север	Потери выработки, иногда значительные	Точный юг и оптимальный угол
Крыша затенена деревьями или соседним домом	Тень на части панелей	Можно выбрать открытое место
Кровля старая, через несколько лет её менять	Панели придётся снимать и ставить заново	Станция от кровли не зависит
Нужна большая мощность, а скат маленький	Ограничена площадью	Ограничена только участком
Участок небольшой, каждый метр занят	Не занимает землю	Забирает место и требует прохода вокруг
До дома далеко, а на участке тень от забора и построек	Короткая трасса кабеля	Длинная траншея, зимой возможна тень на нижний ряд

Ещё один довод в пользу земли — двусторонние панели. На столе, поднятом над светлой поверхностью или над снегом, их тыльная сторона получает отражённый свет; на скатной кровле вплотную к листу — почти ничего. Об этом — в статье про прибавку двусторонних панелей.

Фундамент: винтовые сваи и их альтернативы

Для частного участка самый ходовой фундамент — винтовая свая: стальная труба с лопастью, которую вкручивают в грунт. Бетон не нужен, монтаж занимает день, участок не превращается в стройплощадку. Но в России у свай есть серьёзный противник — морозное пучение. Влажный глинистый грунт при замерзании увеличивается в объёме и выталкивает всё, что в нём закреплено неглубоко. Весной стол на «всплывших» сваях перекашивает, рамы панелей получают изгиб, которого в расчёте не было.

Отсюда главное правило: лопасть сваи должна оказаться ниже глубины промерзания и в плотном несущем слое. Глубина промерзания у каждого района своя — её берут из строительных норм для своей местности или у местных изыскателей. До закупки делают пробное вкручивание одной-двух свай: оно показывает, на какой глубине начинается плотный грунт и нет ли камней.

Что ещё важно при монтаже свай:

• покрытие — горячее цинкование, а не краска: в грунте краска живёт недолго;
• сваи выставляют по высоте в одну плоскость, иначе раму придётся «натягивать» на них с напряжением;
• ствол закрывают оголовком или заполняют, чтобы внутри не стояла вода;
• число свай и их диаметр определяет расчёт на ветер и снег для вашего района по СП 20.13330.

Альтернативы: забивные стальные профили — их применяют на больших станциях, где работает сваебойная машина; бетонные блоки на поверхности — для каменистого грунта, куда сваю не вкрутить; бетонные столбики, залитые ниже промерзания. Конструкции под каждый вариант есть в разделе грунтовых систем крепления.

Стол и высота нижнего края

На стол панели кладут в один или два ряда вертикально либо в несколько рядов горизонтально. Чем выше стол, тем больше ветровая нагрузка и мощнее сваи, поэтому на частных участках чаще ставят два вертикальных ряда.

Нижний край панелей поднимают над землёй по трём причинам. Первая — снег: он лежит на земле сам и к тому же сползает с панелей, образуя вал перед столом. Если вал дорос до стекла, нижний ряд ячеек закрыт, а снегу с панели больше некуда сходить. Вторая — трава: летом она за две недели вырастает выше низкого края. Третья — брызги грязи при дожде.

Высоту выбирают по обычной для вашей местности высоте снежного покрова с запасом на сползающий снег. На практике это от полуметра на малоснежном юге до метра и выше в снежных районах. Эти же соображения действуют и для двусторонних панелей: чем выше стол, тем больше света попадает на тыльную сторону.

Расстояние между рядами

Если столов несколько, передний затеняет задний. Длина тени равна перепаду высот между верхним и нижним краем стола, делённому на тангенс высоты солнца. Возьмём стол из двух вертикальных панелей длиной 1,72 м — наклонная длина 3,44 м — и углы из данных PVGIS.

Город	Оптимальный угол	Перепад высот стола	Тень в полдень 22 декабря	Тень в полдень в равноденствие
Краснодар	36°	3,44 × sin 36° = 2,02 м	5,1 м	2,0 м
Москва	41°	3,44 × sin 41° = 2,26 м	11,8 м	3,3 м
Новосибирск	44°	3,44 × sin 44° = 2,39 м	11,7 м	3,4 м

Высота солнца в полдень 22 декабря — 90° минус широта минус 23,44°: в Краснодаре 21,5°, в Москве 10,8°, в Новосибирске 11,5°. В равноденствие — 90° минус широта.

На юге расставить столы по декабрьской тени реально: пять метров между рядами на участке найти можно. В Москве и Новосибирске двенадцать метров — уже нет. Поэтому в средней полосе и в Сибири ряды ставят так, чтобы они не затеняли друг друга с марта по октябрь, и мирятся с тенью в декабре: в Москве этот месяц даёт 2 % годовой выработки. К трём метрам тени добавляется горизонтальная проекция самого стола — для Москвы 3,44 × cos 41° = 2,6 м, итого шаг рядов около шести метров.

Простой способ обойти задачу — один длинный ряд вдоль северной границы участка вместо двух коротких. Затенять ему некого. Для станции, которая должна работать и зимой, это лучший вариант.

Кабель в траншее

От стола к дому кабель ведут в земле. По ПУЭ кабель в траншее закладывают на глубину не менее 0,7 м; солнечный кабель укладывают в трубе — гладкой полиэтиленовой или двустенной гофрированной, — на песчаную подсыпку, а выше кладут сигнальную ленту. В трубе оставляют запас по диаметру, чтобы кабель можно было заменить или добавить ещё один. Ввод в дом делают через гильзу с уплотнением.

Вопрос, что вести в траншее — постоянный ток от панелей или переменный от инвертора, — решает расчёт потерь. Пример: 40 м в одну сторону, медь 6 мм². Сопротивление петли: 0,0175 × 80 ÷ 6 = 0,233 Ом.

• Постоянный ток: цепочка панелей на 400 В и 13 А. Падение напряжения 13 × 0,233 = 3,0 В, или 0,76 %.
• Переменный ток: однофазный инвертор 5 кВт у стола, ток 5 000 ÷ 230 ≈ 21,7 А. Падение 21,7 × 0,233 = 5,1 В, или 2,2 %.

Постоянный ток при высоком напряжении цепочки теряет втрое меньше. К тому же подъём напряжения на длинной линии переменного тока может выводить инвертор за допустимый предел, и он начнёт отключаться в солнечный полдень. Поэтому инвертор чаще ставят в доме, а по траншее ведут постоянный ток. Сечение под свою длину считают в калькуляторе сечения кабеля; выбор сечения подробно описан в статье о кабеле для панелей.

Заземление и уход за площадкой

Металлическую конструкцию и рамы панелей соединяют между собой и с заземлением дома. Сваи сами по себе контактируют с грунтом, но рассчитывать на них как на единственный заземлитель нельзя: соединение выполняют отдельным проводником, как описано в статье про заземление станции.

Под столом и перед ним регулярно косят траву или кладут геотекстиль со щебнем. Кабели под панелями закрепляют так, чтобы до них не дотянулись ни триммер, ни грызуны, а спуск к траншее защищают трубой.

Частые вопросы

Нужно ли менять угол стола по сезонам?

Конструкции с перестановкой угла существуют, но прибавка от двух перестановок в год — единицы процентов, а узел регулировки усложняет и удорожает стол. Для дома проще добавить одну панель. Исключение — автономные системы, которым важна именно зима: их сразу ставят круче оптимального.

Можно ли поставить стол на бетонные блоки без свай?

Можно, это балластный фундамент. Вес блоков считают на опрокидывание от ветра, и получается он немалым. Блоки ставят на уплотнённую подсыпку: на пучинистом грунте они тоже «гуляют», только вместе со столом.

Насколько земля дороже крыши?

Дороже на стоимость свай, более массивной конструкции, траншеи и кабеля. Разница зависит от грунта и расстояния до дома, поэтому её считают по конкретному участку. Частично она возвращается выработкой: панели на земле стоят под лучшим углом и лучше охлаждаются.

Что делать со снегом на наземных панелях?

При угле 40° и больше снег сходит сам в первый солнечный день, если ему есть куда падать. Следить нужно за валом перед столом: когда он подпирает нижний край, его откидывают лопатой, не касаясь стекла.