Montaż paneli fotowoltaicznych - sprawdź, na co zwrócić uwagę
Prawidłowy montaż paneli fotowoltaicznych oraz ich usytuowanie ma duży wpływ na wydajność instalacji i wynikającą z niej opłacalność jej zastosowania, więc należy mu poświęcić dużo uwagi.
Żeby panele fotowoltaiczne osiągały maksymalną wydajność, trzeba znaleźć dla nich niezacienione miejsce i ustawić je w optymalnej pozycji, w której będą absorbować najwięcej promieniowania słonecznego. Sam montaż polega na przymocowaniu ich tak, żeby nie uległy zniszczeniu na skutek działania wiatru czy śniegu, oraz oczywiście na połączeniu przewodów elektrycznych i zainstalowaniu niezbędnego osprzętu.
Montaż paneli fotowoltaicznych - z której strony domu
Powierzchnia paneli fotowoltaicznych jest znaczna – do uzyskania 1 kW mocy szczytowej potrzeba ogniw o powierzchni blisko 7 m2 – więc niewiele osób decyduje się ustawić je na działce koło domu, bo tam zwykle szkoda na nie miejsca, a jeśli się weźmie pod uwagę, że nie mogą być zacienione, może się okazać, że po prostu go brakuje. Najczęściej instaluje się je na dachu lub elewacji.
Po pierwsze panele nikomu tam nie przeszkadzają, a po drugie są wtedy na takiej wysokości w stosunku do innych obiektów, że jest duża szansa, że nie znajdą się w ich cieniu.
Najwyższą sprawność i moc modułów fotowoltaicznych osiąga się, ustawiając je tak, żeby ich powierzchnia czynna była skierowana w stronę słońca. Ale przy nieruchomych panelach taka sytuacja jest możliwa tylko przez chwilę, ze względu na stały ruch Ziemi względem naszej gwiazdy, czyli pozorny ruch Słońca po nieboskłonie. Najkorzystniejsze jest skierowanie paneli na południe i pochylenie ich pod kątem 30-40° do poziomu, a im większa jest odchyłka od tej pozycji, tym mniej produkowanej energii. Jednak nawet przy ustawieniu paneli w kierunku południowo-wschodnim lub południowo-zachodnim i pochyleniu w granicach 25-55° uzysk energii jest wciąż zadowalający – stanowi 90-95% maksymalnego. Jeżeli panele są skierowane na wschód albo zachód, to w zakresie nachylenia od 25 do 40° otrzymuje się 80-90% energii możliwej do pozyskania przy ustawieniu optymalnym. Zimą korzystniej jest ustawić panele bardziej pionowo, ale ze względu na to, że największe znaczenie dla całkowitego uzysku energii ma działanie paneli w lecie, lepiej nie przekraczać kąta 60°. Jeśli większość odbiorników pracuje w krótkim okresie w ciągu dnia, planując usytuowanie nieruchomych paneli, warto brać pod uwagę, że przy z większonym zapotrzebowaniu na energię po południu korzystne jest zwrócenie paneli w kierunku południowo-zachodnim, a przy z większonym zapotrzebowaniu na energię przed południem – południowo-wschodnim.
Najmniej korzystna sytuacja, pomijając oczywiście skierowanie paneli na północ (instalowanie ich w takim położeniu mija się z celem), występuje wtedy, gdy muszą być zwrócone na wschód, a z urządzeń elektrycznych korzysta się głównie po południu. Wtedy bezpośrednie promieniowanie słoneczne dociera do powierzchni ogniw pod niekorzystnym kątem, przez co nie osiągają one maksymalnej mocy. Oczywiście można uzyskać zakładaną moc w tym czasie, stosując odpowiednio dużą liczbę paneli, ale warto brać pod uwagę, jak bardzo to wpływa na opłacalność inwestycji.
Duże znaczenie dla wydajności instalacji ma zanieczyszczenie paneli. Z tego względu nie zaleca się ustawiania ich w poziomie. Minimalny kąt pochylenia zapewniający ich względną czystość to 20°.
Trakery - sterowanie ustawieniem paneli fotowoltaicznych
Ustawienie paneli fotowoltaicznych w kierunku słońca, tak by jego promieniowanie docierało do fotoogniw zawsze pod kątem prostym, wymaga ciągłego obracania ich względem osi pionowej i poziomej. Służą do tego trakery – wsporniki z automatycznie sterowanymi mechanizmami poruszającymi panele tak, by nadążały za pozornym ruchem Słońca po nieboskłonie. Mimo że rozwiązanie wydaje się być znakomite, to jednak stosuje się je rzadko. Badania wykazały, że choć teoretycznie ilość energii uzyskiwanej z paneli umieszczonych na trakerze może być o 30% większa niż z paneli nieruchomych ustawionych optymalnie dla naszej szerokości geograficznej, to w praktyce ten zysk jest nawet o połowę mniejszy. Wynika to między innymi z konieczności ich ochrony przed wiatrem – gdy jest silny, panele są automatycznie ustawiane poziomo. Trakery zwiększają koszt wykonania dużej instalacji (zbudowanej co najmniej z kilkudziesięciu paneli) mniej więcej o 20%, a małej (z kilku) o jeszcze więcej. Jeśli do tego uwzględni się koszt ich konserwacji i ewentualnych napraw, to wniosek jest taki, że stosowanie trakerów w domowych systemach przy obecnych cenach energii się nie opłaca. W dodatku obracające się panele fotowoltaiczne potrzebują sporo przestrzeni.
Zobacz też:
Chłodzenie paneli fotowoltaicznych
Panele nagrzewają się od słońca, a także na skutek przepływu przez nie prądu, a wzrost temperatury ogniwa polikrystalicznego o 1oC powoduje spadek jego mocy o około 0,5%. Ich moc szczytowa jest mierzona w temperaturze 25oC, natomiast w czasie pracy latem zdarza się, że znacznie przekracza 50oC. Wtedy panel o mocy nominalnej 250 W zapewnia niespełna 220 W przy natężeniu promieniowania 1000 W/m2. Należy to brać pod uwagę podczas montażu i zadbać o wentylację paneli – umożliwić swobodny przepływ powietrza wokół nich. Z tego względu najkorzystniejsze jest ustawienie ich w otwartej przestrzeni – koło domu lub na dachu płaskim. Często praktykowane mocowanie ich kilka centymetrów nad połacią dachu skośnego, w płaszczyźnie równoległej do niej, nie powoduje znacznego spadku wydajności (poniżej 5%), ale położenie bezpośrednio na dachu, bez zapewnienia wentylacji od spodu, oznacza już uzysk energii mniejszy o 10%.
Zacienienie paneli fotowoltaicznych
Cień na panelu fotowoltaicznym jest równoznaczny z tym, że do fotoogniw dociera mniej energii słonecznej. Sporym problemem jest to, że nawet gdy tylko niewielki fragment jednego ogniwa jest zasłonięty, na przykład przez przyklejony liść, to wszystkie połączone z nim ogniwa dostarczają mniej energii. Może się więc zdarzyć, że mimo słonecznej pogody nie będzie on w ogóle działał z powodu stosunkowo niewielkiego zanieczyszczenia lub zacienienia fragmentu panelu. Zatem problemem są nawet pozornie niegroźnie wyglądające słupy, maszty czy przewody elektryczne rzucające niewielki cień. Należy zachować od nich duży odstęp, instalując panele, a wszystkie ruchome elementy, na przykład anteny, najlepiej przenieść na inną połać dachu. Energia pochodząca z ogniw niezacienionych jest tracona z powodu wystąpienia wstecznego przepływu prądu przez połączone z nimi ogniwa zacienione, które zachowują się wtedy jak oporniki. W rezultacie dochodzi do wzrostu ich temperatury. Miejscowe przegrzewanie paneli, czyli powstawanie tak zwanych gorących punktów (hot-spot) jest dla nich niebezpieczne. Rozgrzanie ogniwa wywołuje naprężenia mogące spowodować zniszczenie warstwy zabezpieczającej ogniwo, a nawet jego samego. Ale to zdarza się raczej tylko wtedy, gdy panel był już wcześniej nieznacznie uszkodzony mechanicznie (z mikropęknięciem), co powodowało efekt gorącego punktu, a zacienienie jeszcze go spotęgowało.
Jak uniknąć skutków zacienienia
Producenci stosują rozwiązania minimalizujące skutki zacienienia. Zwykle panele są wyposażone w diody bocznikujące (by-pass), które wyłączają zasłonięte ogniwa, by nie zakłócały działania pozostałych. Wówczas prąd przepływa przez diodę zamiast przez pas połączonych ogniw. Warto zwrócić uwagę na to, ile diod ma panel. W najpopularniejszych urządzeniach z ogniwami krzemowymi krystalicznymi szeregi dziesięciu lub 12 ogniw są ustawione w sześciu rzędach i zwykle podzielone na trzy niezależne sekcje, każda z jedną diodą. Wówczas zacienienie niewielkiego fragmentu może spowodować wyłączenie 1/3 panelu. Gdyby była tylko jedna, przestałby działać cały panel. Oprócz paneli zbudowanych z kwadratowych ogniw krystalicznych spotyka się też moduły cienkowarstwowe – z bardzo wąskich ogniw biegnących wzdłuż całej długości panelu. Są one ustawione równolegle w jednym rzędzie. Taka budowa sprawia, że zacienienie fragmentów nawet wszystkich ogniw powoduje jedynie częściowy spadek mocy modułu. Ale jeżeli któreś ogniwo znajduje się w całości w cieniu i nie pracuje, cały panel jest wyłączony przez diodę – w modułach tego typu zwykle jest ona tylko jedna. Rozmieszczenie i połączenie ogniw w panelu powinno się brać pod uwagę, ustalając jego położenie.
Przeczytaj też:
Gdy panele są pochylone pod niezbyt dużym kątem, zimą zalega na nich śnieg, który topiąc się, zsuwa się w dół. Jeśli mamy panel z ogniwami krystalicznymi, w którym niezależne sekcje tworzą szeregi ogniw ustawione wzdłuż osi pionowej, to do chwili całkowitego stopienia się śniegu nie pracuje cały panel. Ale jeżeli się go obróci o 90o, to szeregi ogniw będą ustawione wzdłuż osi poziomej. Wtedy jedna z sekcji zostanie odsłonięta już po częściowym zsunięciu się śniegu i produkcja energii rozpocznie się wcześniej. W przypadku ogniw cienkowarstwowych taka sytuacja ma miejsce, gdy ogniwa biegną wzdłuż osi pionowej, bo wtedy żadne nie jest zasłonięte w całości. Im bardziej pionowo są ustawione panele, tym mniejszy jest problem z zaleganiem na nich śniegu i innych zanieczyszczeń. W ten sam sposób przy ustalaniu położenia paneli należy brać pod uwagę zacienienie przez sąsiadujące obiekty i ustawić panele pionowo albo poziomo w zależności od tego, jak przesuwa się cień. By mieć pewność, jakie położenie daje najlepszy efekt, trzeba przeprowadzić symulację działania instalacji w obu wariantach – taką możliwość dają profesjonalne programy komputerowe. Ze względu na znacznie większy uzysk energii latem niż zimą uniknięcie skutków zacienienia przez sąsiadujące obiekty jest ważniejsze niż niedopuszczenia do zakrycia paneli śniegiem.
Ochrona odgromowa systemów fotowoltaicznych
Systemy fotowoltaiczne są obarczone znacznym ryzykiem szkód piorunowych. Gdy instalacja jest szczególnie wyeksponowana, to znaczy gdy wokół niej nie ma innych obiektów, należy ją chronić przed bezpośrednim uderzeniem pioruna za pomocą zwodów wyznaczających strefę ochronną, wewnątrz której znajdują się wszystkie panele. Jeżeli budynek, na którym montuje się panele, ma zewnętrzną instalację odgromową, to trzeba zwrócić uwagę na zachowanie wymaganych bezpiecznych odstępów paneli od urządzenia piorunochronnego. Jeśli w budynku nie ma instalacji zewnętrznej, nie wykonuje się jej wyłącznie dla instalacji fotowoltaicznej, bo mogłoby to spowodować indukowanie przez nią szkodliwych przepięć.
