Co sprawia, że instalacja fotowoltaiczna działa wydajniej?

Przełom roku 2019 i 2020, można śmiało nazwać „boomem” na fotowoltaikę. Jako, że jest to branża w naszym kraju ciągle młoda, Polacy dopiero zaprzyjaźniają z tą technologią. Wszystko jednak wskazuje na to, że będzie coraz lepiej. Podwyżki cen prądu czy też energetyczne bezpieczeństwo to główne czynniki zachęcające do inwestowania w fotowoltaikę. Mimo, że montaż instalacji jest łatwiejszy niż może się to wydawać, to większa część inwestorów decyduje się na ofertę jednej z wielu firm zajmujących się kompleksową realizacją projektu. Wydając kilkanaście lub kilkadziesiąt tysięcy na taki system warto, posiadać o nim podstawową wiedzę. W ostatnim czasie powstało wiele firm, które trudnią się generalnym wykonawstwem instalacji fotowoltaicznych. Wiele z nich, dopiero zdobywa doświadczenie. Dlatego też, warto wiedzieć, co wpływa na wydajność instalacji i pod tym kątem weryfikować przedstawiony projekt oraz nadzorować montaż. Przedstawiamy, zatem, na co zwrócić uwagę, aby instalacja fotowoltaiczna przynosiła wymierne korzyści i pracowała wydajnie.

Poprawnie zaplanowany montaż

Dobrze zaprojektowana instalacja to podstawa do wszelkich pozostałych działań mających na celu zwiększenie wydajności systemu PV. W czasie planowania montażu modułów, należy wziąć pod uwagę kilka czynników, które są kluczowe dla prawidłowego funkcjonowania systemu.

Nachylenie modułów i azymut

Zacznijmy od kąta nachylenia modułów fotowoltaicznych. W Polsce, za optymalne nachylenie uznaje się wartości w przedziale 30°- 40°. Niestety, uzyskanie takiego kąta często wymaga zastosowania dodatkowej infrastruktury. W przypadku dachów płaskich, stosuje się konstrukcje wsporczą, która podnosi moduły, zwiększając kąt ich nachylenia. Co w przypadku, jeśli dach jest bardziej stromy niż w/w wartości? W takiej sytuacji należy rozważyć montaż instalacji na konstrukcji naziemnej. Generuje to większe koszty niż montaż na dachu budynku. Dlatego też, warto przeanalizować opłacalność montażu instalacji naziemnej. Dla przykładu, moduły o kącie nachylenia wynoszącym, 60° (czyli wartości charakterystycznej dla starszych domów, typu „zakopianka”) przyniosą tylko 4% strat. Dla instalacji dedykowanej do domu jednorodzinnego, jest to wartość nieodczuwalna w skali roku.

Moduły fotowoltaiczne powinny być skierowane w kierunku południowym. Jednak, analogicznie do kąta nachylenia, nie zawsze mamy możliwość, aby taki ukierunkować panele. Tutaj, także z pomocą przychodzi konstrukcja wolnostojąca. Dzięki niej, można moduły skierować idealnie w kierunku południowym. Jednak i w tym przypadku, rentowność takiego zabiegu jest wątpliwa. Aby lepiej zobrazować wpływ kierunku nachylenia modułów fotowoltaicznych na sprawność instalacji, warto zaprezentować przykładowe wartości (zakładając, że kąt nachylenia modułów wynosi 30°):

·         Dla azymutu 210° i 150° suma strat będzie miała wartość około 1%.

·         Dla azymutu wynoszącego 120° i 240° straty będą wynosiły około 7%.

·         Dla azymutów 90° i 270° straty to około 16%.

Dzięki podanym wartościom, łatwo policzyć, który wariant jest najbardziej opłacalny: droższa instalacja naziemna o idealnym azymucie czy tańsza instalacja dachowa o kilkustopniowym odchyleniu od kierunku południowego.

Infrastruktura dachowa (elementy zacieniające)

Montaż instalacji fotowoltaicznej pod odpowiednim kątem i azymutem, niestety nie gwarantuje 100% uzysków energetycznych. Podczas planowania montażu modułów, trzeba także uwzględnić wszelkie elementy, które mogą rzucać na nie cień. Mowa tu m.in. o kominach, strażakach wentylacyjnych czy też drzewach. Aby przeanalizować wpływ takich elementów na wydajność instalacji, muszę w pierwszej kolejności przybliżyć specyfikę działania systemu PV pod kątem elektrycznym. Każdy moduł fotowoltaiczny zbudowany jest z ogniw połączonych szeregowo. Moduły tworzące instalację są połączone ze sobą w ten sam sposób. Z tego wynika, że cała instalacja będzie dostosowywała parametry swojej pracy do najsłabszego ogniwa. Efektem tego jest fakt, że nawet 3% zacienionej powierzchni instalacji fotowoltaicznej, może zmniejszyć moc systemu nawet o 25%. W tym miejscu rozpoczyna się zadanie projektanta. Musi on rozplanować moduły fotowoltaiczne na powierzchni dachu, tak, aby uzyskać założoną moc i uniknąć zacienień. Pomocne w takiej sytuacji są wejścia MPPT znajdujące się w inwerterze. Umożliwiają one tworzenie niezależnych łańcuchów modułów.

Dla wyjątkowo problematycznych powierzchni, opracowano optymalizatory mocy. Są to niewielkie urządzenia montowane przy modułach fotowoltaicznych. Ich działanie polega na szukaniu punktu mocy maksymalnej na poziomie pojedynczego modułu PV. Dzięki optymalizatorowi, moduł jest obciążany w sposób, zapewniający maksymalną moc, niezależnie od mocy pozostałych modułów w szeregu. Są to rozwiązanie kosztowne, lecz gwarantujące maksymalizację uzysków energetycznych.

System nadążny

System nadążny, czyli inaczej solar tracker to nic innego jak pomysł inżynierów na optymalne ułożenie paneli PV przez cały dzień pracy. Za pomocą siłowników oraz sterownika (korzystającego z GPS), przemieszcza ogniwa od wschodu po zachód, jednocześnie korygując kąt nachylenia. Konstrukcja takiego trackera jest ograniczona i zazwyczaj można na niej zamontować do 12 modułów. Szacuje się, że takie rozwiązanie może zwiększyć roczną produkcję energii nawet o 30%. Niestety wiąże się to z dużymi kosztami inwestycyjnymi, co wydłuża okres zwrotu instalacji średnio o 25%. Ponadto, trackery wyposażone są w części ruchome, które mogą ulec awarii. W takiej sytuacji, nie można już mówić o bezobsługowej eksploatacji instalacji, jako jednej z największych zalet fotowoltaiki.

Czyszczenie instalacji

Zabrudzenia zbierające się na powierzchni paneli PV, mogą być przyczyną nawet 15% spadków mocy. Może to być liść, odchody ptaków lub po prostu zwykły kurz. Niektóre zabrudzenia są odporne na deszcz. W takiej sytuacji, trzeba wziąć sprawy w swoje ręce. Na rynku są dostępne urządzenia czyszczące moduły wodą zdemineralizowaną. Pozwala to na przyjazne środowisku mycie paneli, bez pozostawiania smug. Czyszczenie instalacji regularnie (przynajmniej 2 razy do roku) nie tylko zwiększa jej sprawność, ale również wydłuża żywotność.

Czynników wpływających na sprawność instalacji PV jest wiele. Do powyższych należy dodać kilka mniejszych elementów, na które trzeba zwrócić uwagę (np. długość przewodów czy miejsce montażu inwertera). Mimo, że technologia w branży PV się rozwija, to nie można zapomnieć, że prawidłowa eksploatacja oraz wiedza w zakresie projektowania to podstawy do efektywnego wytwarzania czystej energii ze słońca.

Źródła:

  • https://energetyka-sloneczna.net/wiadomosci/pokaz/11,system-nadazny-pv-solar-tracker-budowa-i-zasada-dzialania
  • https://globenergia.pl/jak-dziala-optymalizator-mocy/
Poprzedni artykuł

Wpadka, greenwashing czy światełko w tunelu? (Nie)przemyślany ekomarketing korporacji

Następny artykuł

Czy ocalilibyśmy planetę, żyjąc jak przed rewolucją przemysłową?

Ostatnie z kategorii