Projektowanie instalacji fotowoltaicznych

Świadomość ludzi ceniących niezależność w produkcji energii ze źródeł odnawialnych oraz troska o środowisko zwiększa się z roku na rok. Tym samym największa odpowiedzialność spoczywa na osobach, które polecają i doradzają klientom najlepsze rozwiązania istniejące na rynku. Jako znawcy w swojej dziedzinie powinni oni dobrać i stworzyć taki system fotowoltaiczny, który w pełni zadowoli klienta.

Zebranie podstawowych informacji na temat obiektu, na którym zostanie zamontowana fotowoltaika

Jedną z najważniejszych rzeczy przy projektowaniu indywidualnej instalacji fotowoltaicznej jest uzyskanie od klienta kilku informacji na temat obiektu, na którym zostanie ona zamontowana. Chodzi o takie informacje, jak:

Orientacja względem słońca

• adres,
• mapa,
• zagospodarowanie terenu.

Zużycie prądu

• rachunki za prąd (roczne lub miesięczne),
• przewidywane zużycie,
• przewidywane dodatkowe odbiorniki,
• liczba domowników.

Rodzaj i wymiar dachu

Rodzaj poszycia dachu

• dachówka ceramiczna,
• blachodachówka,
• blacha trapezowa,
• blacha na rąbek itp.

Projektowanie instalacji fotowoltaicznych przy pomocy specjalistycznego oprogramowania

Uwzględnienie tych i dodatkowych informacji uzyskanych od klienta pozwoli na przygotowanie projektu instalacji fotowoltaicznej przy pomocy specjalistycznego oprogramowania. Programy takie ułatwiają graficzne i analityczne odwzorowanie zacienienia, występującego w ciągu roku dla każdej lokalizacji na świecie. Jednym z takich programów jest PVSOL.

Prawidłowe zorientowanie budynku względem stron świata

W pierwszym etapie projektowania instalacji fotowoltaicznej należy stworzyć budynek na podstawie otrzymanych materiałów. Najważniejszą kwestią na tym etapie jest odpowiednie zorientowanie budynku względem stron świata oraz umieszczenie na nim elementów konstrukcyjnych dachu takich jak kominy, jaskółki, anteny itp., które będą przyczyną tworzącego się zacienienia zmieniającego się w zależności od pory dnia.

Ilustracja 1. Wizualizacja budynku zorientowanego na południe.

Drugim krokiem w projektowaniu systemu fotowoltaicznego jest dobór takiej mocy instalacji, która pokryje roczne zapotrzebowanie, przy uwzględnieniu strat wynikających z np. falownika, zacienienia, zabrudzeń oraz temperatury. Ważną kwestią jest również uwzględnienie ustawy z 2016 o tzw. ”Systemie Upustów”. Mówi ona o korzyściach dla właścicieli gospodarstw domowych o instalacjach do 10 kW, którzy w ciągu roku mogą odebrać 80% energii wprowadzonej do sieci. Instalacja fotowoltaiczna produkując prąd przeznacza go w pierwszym etapie na własne potrzeby. Dopiero w przypadku, gdy zaspokoimy potrzeby, energia zostaje przekazywana do sieci i zliczana przez licznik dwukierunkowy zamontowany bezpłatnie przez zakład energetyczny. Sieć w tym przypadku jest magazynem energii i w momencie gdy instalacja nie wyprodukuje wystarczającej ilości energii, możemy ją bezpłatnie odebrać w 80%. W przypadku instalacji o mocy od 10 kW do 40 kW możliwe jest odebranie 70% energii z sieci publicznej.

Przykładowo:

Gospodarstwo domowe (orientacja południe, 25 stopni nachylenia) – roczne zużycie energii na poziomie 5700 kWh.

Instalacja projektowana na modułach o mocy 300 W powinna składać się z 19 paneli fotowoltaicznych. Jest to natomiast błędne podejście do sprawy, gdyż system o mocy 5,7kW nie wyprodukuje takiej ilości energii, by pokryć w pełni zapotrzebowanie wspomnianego gospodarstwa domowego. Wynika to z występujących strat i zacienienia (szczegóły w późniejszej części artykułu) oraz z faktu, że część wyprodukowanej energii będzie wprowadzona do sieci publicznej w godzinach przedpołudniowych, gdy nie ma domowników i odbierana z 20% stratą. Dlatego więc odpowiednią instalacją dla takiego gospodarstwa jest system o mocy 6,3 kW, by zbilansować system z wcześniej wspomnianych strat energii.

Odpowiednie rozplanowanie modułów fotowoltaicznych – zmniejszenie skutków zacienienia

Kolejnym etapem jest rozplanowanie modułów fotowoltaicznych (składających się z ogniw słonecznych) na dachu, uwzględniając tworzące się strefy zacienienia na połaci dachu.

Ilustracja 2. Stefy zacienienia (pomarańczowy- duże, żółty – średnie, zielony – małe).

Jak widać na zamieszczonej ilustracji 2, w pobliżu komina od wschodu i zachodu rozciąga się największa strefa zacienienia. Wynika to ze zmieniającej się pory dnia. Do południa cień będzie znajdował się po lewej stronie, a po południu po prawej stronie. W przypadku gdy element konstrukcyjny znajduje się w centralnej części dachu (ilustracja 3), można rozdzielić moduły PV na dwie strefy poprzez podłączenie ich do falownika z dwoma niezależnymi MPPT. Pozwoli to na zmniejszenie skutków zacienienia, co wiąże się z większą produkcją energii elektrycznej.

Ilustracja 3. Dach podzielony jaskółką na dwie części.

Rozplanowanie paneli fotowoltaicznych (ilustracja 4) pokazuje, które moduły będą pracować z niższą wydajnością w ciągu roku. W pierwszym kroku należy wyeliminować moduły ze strefy pomarańczowej, i jeśli to możliwe jak najwięcej z żółtej. W przypadku instalacji, gdzie nie ma możliwości uniknięcia stref o wysokim stopniu zacienienia należy zastosować optymalizatory mocy, których zadaniem jest wymuszenie pracy w punkcie mocy maksymalnej na poziomie pojedynczego modułu, co zwiększa uzysk z instalacji fotowoltaicznej.

Ilustracja 4. Rozplanowanie modułów

Wyliczenie uzysku z instalacji fotowoltaicznej

Kolejnym i zarazem ostatnim etapem projektowania systemu fotowoltaicznego jest wyliczenie uzysku na stronie PVGIS, podając takie dane, jak:

• adres,
• straty systemu,
• kąt nachylenia dachu lub konstrukcji w przypadku instalacji na dachu płaskim i instalacji naziemnej,
• orientacja wykorzystywanej połaci względem stron świata.

Po ustaleniu odpowiedniej mocy systemu dla projektowanego gospodarstwa domowego, dodatkowymi elementami w instalacji będą wcześniej wspomniane optymalizatory mocy ze względu na występujące duże zacienienie (ilustracja 5) oraz ten sam system bez optymalizacji (ilustracja 6) wraz policzonymi uzyskami.

Ilustracja 7. Wizualizacja gospodarstwa domowego z instalacją fotowoltaiczną o mocy 6,3 kW.