Fotowoltaika na dachu skośnym – podstawowe zasady montażu paneli PV
Panele fotowoltaiczne to coraz popularniejszy sposób na obniżenie rachunków za energię, zwłaszcza w obliczu rosnących cen prądu. Jednak ich montaż na dachu skośnym wymaga odpowiedniego przygotowania i znajomości zasad technicznych. Niewłaściwie zamocowane panele mogą prowadzić do strat finansowych, obniżonej wydajności, a nawet uszkodzenia dachu.
Autor: CREATON
Panele zintegrowane z pokryciem. Zaletą montażu paneli w płaszczyźnie pokrycia jest to, że śnieg nie gromadzi się za nimi, ani pod nimi, co powodowałoby dodatkowe mocne obciążenie konstrukcji, na której by się opierały
Spis treści
- Instalacja fotowoltaiczna ‒ on-grid, czy off-grid?
- Elementy instalacji PV
- Magazyn energii
- Montaż instalacji fotowoltaicznych
- Instalacja PV ‒ normy ważne dla instalatorów
- Umiejscowienie paneli PV na dachu
- Montaż paneli PV na dachu krytym dachówką
- Przejście przewodów instalacji fotowoltaicznej przez połać dachową
- Montaż paneli na dachu krytym blachą lub gontami
- Instalacja elektryczna a montaż paneli PV – kluczowe zasady bezpieczeństwa
- Przyłączenie do sieci
Instalacja fotowoltaiczna ‒ on-grid, czy off-grid?
Decydując się na pozyskiwanie prądu ze słońca są dwie główne drogi do wyboru. Pierwsza ‒ instalacja fotowoltaiczna on-grid ‒ zakłada, że panele zostaną przyłączone do domowej sieci, aby w części zaspokoić zapotrzebowanie budynku na energię elektryczną. W razie niedoboru, co jest nieuniknione podczas dni pochmurnych, wspomoże wtedy dostawca prądu, poprzez tradycyjną sieć elektroenergetyczną. Gdy zaś panele przekroczą potrzeby, inwestor, jako prosument przekazuje nadwyżkę do sieci. Niestety ostatnio koncepcja ta straciła na atrakcyjności, bo przestała być tak opłacalna, jak do niedawna.
Druga opcja ‒ instalacja fotowoltaiczna off-grid – zakłada wykorzystanie całości wytworzonej energii, dzięki możliwości jej magazynowania. Rynek magazynów energii gwałtownie się rozwija i rośnie ich popularność. Dziś niemal wszystkie firmy oferujące fotowoltaikę klientom biznesowym i indywidualnym wybierają taką właśnie drogę.
Polecany artykuł:
Elementy instalacji PV
Elementami instalacji fotowoltaicznej oprócz paneli PV są inwerter (falownik), który zmienia prąd stały w zmienny, oraz licznik energii dostarczany przez zakład energetyczny (operatora sieci przesyłowej), jeśli fotowoltaika ma pracować w systemie on-grid.
W przypadku zastosowania magazynu energii, trzeba zastosować specjalny falownik hybrydowy, a w razie modernizacji systemu, do już zamocowanego falownika dodać drugi, umożliwiający współdziałanie z akumulatorem.
W skład systemu wchodzą również zabezpieczenia elektryczne strony AC i DC: ograniczniki przepięć DC, rozłącznik izolacyjny DC, wyłącznik nadprądowy, ogranicznik przepięć AC (opcjonalnie wyłącznik różnicowoprądowy), uziemienie.
Kto decyduje się na magazynowanie prądu u siebie, musi zainwestować w baterie oraz regulator ich ładowania.
Panele dostarczane są wraz z systemem mocowania ich do połaci dachowych oraz wszelkimi niezbędnymi akcesoriami montażowymi.
Magazyn energii
Specjaliści przekonują, że instalacja PV jest najbardziej opłacalna, jeśli współpracuje z magazynem energii, czyli akumulatorem gromadzącym jej nadmiar.
Magazyny takie wciąż są drogie, głównie ze względu na wysokie ceny surowców potrzebnych do ich produkcji.
Kupując akumulator potrzebny będzie też BMS – Battery Management System, optymalizujący proces ładowania i chroniący przed przeładowaniem. Warto wybrać regulator działający metodą PWM. Zapewnia on ładowanie pulsacyjne. Bateria nie jest więc ładowana jednostajnie tyko krótkimi seriami wysokiego napięcia. Pozwala to na szybkie oraz stabilne dostarczanie energii, niezależnie od aktualnej sprawności modułów.
Polecany artykuł:
Montaż instalacji fotowoltaicznych
Panele PV powinny być mocowane do takich systemów wspornikowych, które mają badania w zakresie nośności. Instalacja jest bowiem narażona na silne wiatry, co może skutkować wypinaniem się modułów z elementów mocujących. Nie trzeba przekonywać że wypięcia takie są niebezpieczne dla osób przebywających w pobliżu budynku, znajdującego się tam mienia oraz powodują dotkliwe straty finansowe.
Nowoczesne konstrukcje wspornikowe są też badane pod kątem korozyjności w środowisku o wysokim zasoleniu lub zasiarczeniu powietrza. Na tej podstawie dopuszczany jest do stosowania w strefie o danej kategorii korozyjnej (od C3 do C5).
Ocenia się ponadto ich wytrzymałość w warunkach pożaru.
Wybierając system mocowania trzeba brać pod uwagę rozmiar i ciężar modułów PV oraz lokalizacje dachu pod względem strefy obciążenia wiatrem i śniegiem.
Podkonstrukcja nie może ograniczać odprowadzania wody deszczowej z połaci, ani utrudniać dostępu do infrastruktury dachowej – kominów, odpowietrzników pionów kanalizacyjnych, anten itp.
Wszystkie komponenty zestawu do montażu powinny mieć certyfikat do zastosowania w instalacjach fotowoltaicznych.
Instalacja PV ‒ normy ważne dla instalatorów
Instalacja PV na dachu skośnym musi być wykonywana na podstawie projektu, przez osoby z uprawnieniami w zakresie montażu instalacji elektrycznych. Za uprawnionych do tego uznaje się fachowców legitymujących się certyfikatem wydanym przez Urząd Dozoru Technicznego, potwierdzającym kwalifikacje do instalowania systemów solarnych. Alternatywne dokumenty to: świadectwo kwalifikacyjne uprawniające do zajmowania się eksploatacją urządzeń, instalacji i sieci elektroenergetycznych albo uprawnienia budowlane w specjalności instalacyjnej w zakresie sieci, instalacji i urządzeń elektrycznych i elektroenergetycznych do kierowania robotami.
Projekt powinien powstać na podstawie oceny zapotrzebowania inwestycji na energię. Pozwala to właściwie dobrać wielkość instalacji.
Wiele kwestii dotyczących instalacji solarnych wyjaśniają następujące normy:
- PN-EN 61173:2002 - Ochrona przepięciowa fotowoltaicznych (PV) systemów wytwarzania mocy elektrycznej – Przewodnik.
- PN-EN 61724:2002 -Monitorowanie własności systemu fotowoltaicznego – Wytyczne pomiaru, wymiany danych i analizy.
- PN-EN 61730-1:2007 - Ocena bezpieczeństwa modułu fotowoltaicznego (PV) – Część 1: Wymagania dotyczące konstrukcji.
- PN-EN 62446:2010 - Systemy fotowoltaiczne przyłączone do sieci elektrycznej – Minimalne wymagania dotyczące dokumentacji systemu, badania rozruchowe i wymagania kontrolne.
- PN-HD 60364-7-712:2007 - Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych – Część 7-712: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Fotowoltaiczne (PV) układy zasilania.
- PN-EN 62109-1:2010 - Bezpieczeństwo konwerterów mocy stosowanych w fotowoltaicznych systemach energetycznych – Część 1: Wymagania ogólne.
- PN-EN 62109-2:2011 - Bezpieczeństwo konwerterów mocy stosowanych w fotowoltaicznych systemach energetycznych – Część 2: Wymagania szczegółowe dotyczące falowników.
Umiejscowienie paneli PV na dachu
Panele najlepiej umieszczać na najbardziej nasłonecznionej połaci, czyli tej, która jest skierowana na południe. Nic też nie powinno jej zasłaniać, ponieważ każdy cień drastycznie obniża sprawność ogniw fotowoltaicznych. Co więcej, jeżeli choć jeden moduł jest zacieniony na przykład w 20%, to wydajność całej reszty nawet, jak nie są zacienione również spadnie o 20%. Problem można rozwiązać stosując optymalizatory mocy. Co więcej, zacieniony moduł działa jak opornik, przegrzewa się i może ulec uszkodzeniu.
Najkorzystniejszy kąt nachylenia dachu to 30‒45°.
Jeśli południowa połać jest zacieniona, trzeba skorzystać z innej, lepiej nasłonecznionej, i zastosować większa liczbę paneli, aby uzyskać podobny rezultat.
Jeżeli moduły PV nie zostaną ustawione idealnie na południe, lecz odchylenie od tego kierunku nie będzie przekraczało 45°, różnica w ilości wytwarzanej energii elektrycznej nie powinna przekroczyć 5% w stosunku do optymalnej lokalizacji.
Umiejscowienie paneli PV musi być ujęte w projekcie, sporządzonym po wizji lokalnej. Projektant musi orientować się, jaka jest nośność dachu, jego dopuszczalne obciążenie śniegiem i wiatrem. Konieczne więc będą obliczenia obciążeń modułu, podkonstrukcji nośnej i sił przenoszonych na konstrukcję połaci. W przypadku montażu instalacji na starym dachu, do sporządzenia projektu może być konieczna ekspertyza dotycząca jego stanu technicznego.
Montaż paneli PV na dachu krytym dachówką
Panele PV instaluje się w taki sposób, żeby nie zostały zerwane przez wiatr. Istnieją tu dwie możliwości ‒ albo będą układane jednocześnie z montażem pokrycia i umieszczone między jego elementami (montaż zintegrowany), albo też ekipa przytwierdzi je do już wykończonego dachu.
Pierwszy wariant zyskuje na popularności. Panele opiera się wówczas na dodatkowych łatach dachowych ‒ tak jak okna połaciowe. Łaty muszą mieć wówczas przekrój nie mniejszy niż 3x5 cm.
Montaż do łat jest możliwy dzięki uchwytom dostarczonym przez producenta paneli. Szczelność na połączeniu z pokryciem zapewnią specjalne kołnierze, podobnie jak ma to miejsce przy montowaniu okien połaciowych, a estetykę połączenia zapewniają profile maskujące. Elementy takie także są dostarczane wraz z panelami. Kilka firm oferuje kompletne systemy takiego właśnie montażu paneli. Są one starannie przebadane pod względem szczelności i odporności na działanie wiatru. Jedna z nich oferuje panele, które są dopasowane rozmiarami do okien dachowych, dzięki czemu zabudowana z nich połać wygląda bardzo estetycznie.
Jeśli panele mają być umieszczane na pokryciu z dachówek, szyny trzeba połączyć z krokwiami dachowymi przy użyciu specjalnych uchwytów stalowych. Wymaga to zdejmowania pojedynczych dachówek oraz miejscowego podcinania ich zamków. Rozstaw szyn powinien mieścić się w przedziale 80‒110 cm. Można je umieszczać poziomo, aby zamocować panele w układzie pionowym, lub pionowo, gdy te mają być mocowane poziomo. Każdy panel łączy się z szynami w przynajmniej czterech punktach. Nie wolno przy tym przewiercać paneli.
Połączenia szyn nośnych nie powinny wypadać między modułami. Zaciski końcowe szyn muszą znajdować się nie bliżej niż 2,5 cm od ich krańców.
Niedopuszczalną praktyką jest taki montaż modułów, żeby wystawały one poza krawędzie dachu. Nie ma podanej minimalnej odległości, ale zaleca się żeby między krańcami połaci a modułami pozostawiać odstęp minimum 20 cm, a najlepiej około 40 cm.
Przestrzeń między spodem modułu a pokryciem powinna natomiast wynosić około 10 cm, co pozwoli stworzyć przestrzeń wentylacyjną, niezbędna do chłodzenia paneli.
Do przykręcania modułów najlepszy będzie klucz dynamometryczny z ustawianym momentem obrotowym.
Należy także pamiętać, że w związku z niezastosowaniem się do instrukcji montażu producenta, klient utraci prawo do roszczeń gwarancyjnych w przypadku awarii modułów.
Przejście przewodów instalacji fotowoltaicznej przez połać dachową
Ważną kwestią pozostaje przeprowadzenie przewodów przez połać dachu do wnętrza budynku. Siłą rzeczy muszą one przebić wszystkie warstwy izolacyjne. W przypadku termoizolacji nie stworzy to większego problemu, gorzej z membraną dachową i folią paroizolacyjną. Aby zachować ciągłość tych warstw, trzeba posłużyć się firmowymi kołnierzami uszczelniającymi dostarczanymi przez ich producentów. To specjalnie docięte fragmenty membran i folii, którym towarzyszy taśma samoprzylepna. Kołnierze takie przykleja się taśmą do izolacji. Taśmą zakleja się też styk przewodu z tym fragmentem kołnierza, który jest na niego wyprowadzony.
Kable muszą też przejść przez pokrycie. Oczywiście można sobie poradzić metodą "chałupniczą", wprowadzając je na przykład pod gąsiory. Trwalsze i skuteczniejsze rozwiązanie zapewnia specjalna dachówka, wymyślona w tym celu. Wymienia się na nią pojedynczą zwykłą dachówkę.
Autor: Mariusz Bykowski
Podkucie dachówki. Aby zamocować uchwyt szyny nośnej, trzeba skuć fragment zamka dachówki
Montaż paneli na dachu krytym blachą lub gontami
Blachodachówka, blacha trapezowa, panele z blachy, blacha płaska to materiały sprzedawane w elementach o dużym rozmiarze. Trudno jest demontować je i ponownie zakładać, jak ma to miejsce w przypadku dachówek. W ich przypadku panele PV montuje się przeważnie na pokryciu, a nie w jego płaszczyźnie.
Łączniki do szyn nośnych przytwierdza się do więźby. Służą do tego tak zwane szpilki montażowe (inaczej – śruby dwugwintowe, które wkręca się w dach, ustaliwszy wcześniej przebieg krokwi (szpilki muszą być w nich zakotwione).
Mocując system na pokryciu z blachy, papy, gontów bitumicznych problemem jest przeważnie zlokalizowanie przebiegu krokwi. W tym celu trzeba zdemontować elementy okapu lub kalenicy, żeby odsłonić krawędzie krokwi i wytyczyć ich przebieg na połaciach.
Każda ze szpilek montażowych ma uszczelkę, dzięki której miejsce przewiercenia nie będzie przepuszczało wody. Część szpilki, która wystaje ponad pokrycie też ma gwint, dzięki któremu można do nich na odpowiedniej wysokości zamocować uchwyty stanowiące podpory szyn (tak zwane adaptery).
Specjalne systemy montażowe dla szyn przewidziane są do dachów krytych blacha trapezową.
Na szynach opiera się panele i łączy z nimi przy użyciu specjalnych uchwytów (klem). Uchwyty przykręca się do szyn.
Do pokryć z paneli łączonych na rąbek szyny mocuje się inaczej Nie trzeba wtedy łączyć takiej podkonstrukcji z więźbą. Szyny przytwierdza się wprost do rąbków, dzięki specjalnym uchwytom.
Można także kupić panele PV, przystosowane do umieszczania między rąbkami paneli blaszanych. One nie wymagają podkonstrukcji nośnej, bowiem są przytwierdzane specjalnymi obejmami do rąbków. Między panelami a blachą pozostaje wtedy 3 cm szerokości szczelina wentylacyjna, zapewniająca chłodzenie ich spodniej strony.
Gdy dach wykończono gontami bitumicznymi, także można zastosować omawiane szpilki. Lepszym rozwiązaniem są jednak metalowe, ocynkowane uchwyty w kształcie litery L (podobne do tych stosowanych na pokryciach z dachówek), które przykręca się poprzez gonty i deskowanie na którym te spoczywają do krokwi dachowych. Gonty z wyżej biegnącego rzędu osłaniają wówczas miejsca mocowania, zapewniając im szczelność.
W przypadku pokryć blaszanych lub bitumicznych przewody biegnące od paneli do falownika lepiej jest poprowadzić tak, żeby nie przebijały pokrycia. Warto je więc skierować po pokryciu i wyprowadzić na elewację, a tam, przez otwór wywiercony w ścianie wpuścić do budynku. Kable powinny biec w peszlach, czyli plastikowych rurkach ochronnych.
Autor: Tomasz Zaborowicz
Rozmieszczanie szpilek montażowych. Na zamontowane, gwintowane szpilki nasadza się wsporniki szyn i poziomuje. Pomaga w tym sznurek rozpięty między skrajnymi nimi
Instalacja elektryczna a montaż paneli PV – kluczowe zasady bezpieczeństwa
Ponieważ montaż instalacji PV odbywa się pod napięciem, na ten czas obwód musi pozostawać otwarty. Aby uniknąć porażenia, zasłania się moduły, aby w trakcie montażu nie produkowały prądu.
Do montowania instalacji trzeba używać narzędzi przeznaczonych do kabli solarnych z gniazdem MC4.
Kable, które łączą ze sobą poszczególne moduły nie mogą leżeć na pokryciu. Trzeba je podczepić do szyn opaskami zaciskowymi. Nie powinno się też tworzyć oddzielnych pętli, więc przewód ujemny musi biec wraz z dodatnim.
Średnica przewodów powinna być natomiast dobrana przez projektanta instalacji.
Kwestią, która nie może być zbagatelizowana jest wykorzystanie przy rozprowadzaniu instalacji solarnej produktów przeznaczonych do prądu stałego (DC). Chodzi między innymi o rozłączniki i bezpieczniki. Zastępowanie ich modelami do prądu zmiennego (AC) jest niedopuszczalne.
Przewody do instalacji PV musza mieć grubsza izolację. Trzeba uważać, żeby ta nie została w żadnym miejscu przetarta lub w inny sposób uszkodzona.
Skrzynki instalacyjne i różnego rodzaju obudowy stosowane na dachu muszą mieć klasę IP, stosowną dla instalacji zewnętrznych. Ponieważ w instalacji prądu stałego może występować wysokie napięcie, musi być ona zabezpieczona przed przypadkowym dotknięciem.
Instalacja DC kończy się na falowniku, który powinien zostać umieszczony w pomieszczeniu technicznym lub przynajmniej nieopodal rozdzielni głównej, a nie w pomieszczeniu przeznaczonym na pobyt ludzi. Dopuszczalne jest także umieszczanie falowników na zewnątrz obiektu, jeśli taka ewentualność dopuszcza jego producent.
Gdy zastosowano na dachu moduły cienkowarstwowe, pasującym do nich falownikiem będzie falownik z transformatorem, który musi być wyposażony w urządzenie separujące go od sieci. Inaczej, w razie awarii, elektryk dokonujący jej naprawy może zostać porażony prądem, bo falownik będzie wciąż zasilał sieć.
Na koniec, ku przypomnieniu – wszystkie urządzenia instalacji PV, zarówno aktywne jak i pasywne, wymagają uziemienia.
Przyłączenie do sieci
Gotowa instalacja PV musi zostać przyłączona do sieci i zgłoszona do zakładu energetycznego oraz straży pożarnej. Wówczas operator sieci dystrybucyjnej wymieni licznik na dwukierunkowy, który umożliwi oddawanie nadwyżek wyprodukowanej przez fotowoltaikę energii do sieci i jej odbiór w przypadku zwiększonego zapotrzebowania.
