Wymiary paneli fotowoltaicznych i ich rozmieszczenie na dachu. Jakie miejsce montażu jest najlepsze?

Jakie są wymiary paneli fotowoltaicznych? Wpływ miejsca montażu paneli fotowoltaicznych na ich efektywność. Panele fotowoltaiczne należy umieścić na dachu w sposób pozwalający na maksymalne wykorzystanie potencjału dostępnej powierzchni. Podpowiadamy, na co należy zwrócić uwagę przy planowaniu instalacji na dachu swojego domu.

Instalacja fotowoltaiczna to jedna z najlepszych inwestycji, która wraz z dynamicznym wzrostem cen za energię elektryczną, jest coraz bardziej popularna. Aby system fotowoltaiczny spełniał swoją funkcję w sposób najefektywniejszy, powinien zostać dobrze przemyślany i zaprojektowany. Panele fotowoltaiczne muszą być tak rozmieszczone na dachu, aby maksymalnie wykorzystać potencjał dostępnej powierzchni. Podpowiadamy, na co zwrócić uwagę przy planowaniu instalacji na dachu swojego domu.

Ile zamontować paneli fotowoltaicznych?

Znając własne zapotrzebowanie na moc generatora fotowoltaicznego uzależnione m.in. od zużycia energii elektrycznej w ciągu roku, uśrednionego współczynnika autokonsumpcji oraz współczynnika wynikającego ze sposobu rozliczania nadwyżek energii elektrycznej wyprodukowanej przez system, możemy określić liczbę potrzebnych paneli fotowoltaicznych.

Oczywiście najlepsze na rynku panele fotowoltaiczne to takie, które z jak najmniejszej powierzchni są wstanie wyprodukować największą ilość energii elektrycznej. Dla porównania efektywności poszczególnych modułów warto posłużyć się parametrem gęstości mocy, który określa ilość mocy wyrażonej w Watach [W] jaką panel fotowoltaiczny jest w stanie wyprodukować z 1 m2 swojej powierzchni. Na podstawie tej wartości można ocenić stopień zaawansowania technologicznego panelu. Aby obliczyć ten parametr dla dowolnego modułu, wystarczy odnaleźć wartość mocy nominalnej modułu (jest to moc zazwyczaj podawana na pierwszej stronie karty katalogowej), obliczyć powierzchnię całego modułu (na podstawie długości jego boków podanych w każdej karcie katalogowej), a następnie podzielić pierwszą wartość przez drugą. Najlepszej jakości panele fotowoltaiczne odznaczają się wartością gęstości mocy na poziomie 220 W/m². Te ze średniej półki będą osiągać wartości na poziomie 200 W/m².

Wymiary paneli fotowoltaicznych

Panele fotowoltaiczne mają kształt prostokąta o wymiarach 100 x 165-170 cm. Średni wymiar paneli fotowoltaicznych dostępnych na rynku to 170 x 100 mm. Nad inwestycją w duże panel, których powierzchnia przekracza 2 m² należy się zastanowić, ponieważ z racji dużego rozmiaru może nam być trudno w efektywny sposób umieścić je na dachu, aby uzyskać pożądaną moc. Tego typu panele fotowoltaiczne są zalecane na instalacje gruntowe, zwłaszcza do dużych projektów (farmy PV).

Znając model modułu fotowoltaicznego i jego moc, jesteśmy w stanie wyliczyć sumaryczną moc paneli potrzebnych do zaspokojenia naszego zapotrzebowania na energię elektryczną.

Panele fotowoltaiczne a powierzchnia dachu

Przed montażem paneli fotowoltaicznych należy sprawdzić rzut połaci dachowej z wyrysowanymi wymiarami. Trzeba pamiętać, że realne wymiary dachu mogą nie pokrywać się idealnie z rysunkiem technicznym, dlatego w miarę możliwości dobrze jest zmierzyć całą powierzchnię dachu pod panele fotowoltaiczne, a w przypadku braku takiej możliwości, należy przyjąć odpowiedni margines błędu.

Bardzo ważne jest, aby określić stan pokrycia dachowego, ponieważ w przypadku jego słabego stanu technicznego, lepiej jest zacząć od prac konserwacyjnych poprzedzających montaż systemu fotowoltaicznego. Zgniła więźba dachowa lub popękane dachówki z czasem wywołają konieczność demontażu paneli i naprawy poszycia, co zwiększy nakład czasu i pieniędzy związanych z inwestycją w fotowoltaikę.

Po poznaniu wymiarów połaci dachu i jej stanu technicznego, możemy rozpocząć planowanie rozłożenia modułów fotowoltaicznych.

W jakim kierunku montować panele fotowoltaiczne na dachu

Oczywiście najlepszym kierunkiem, w którym możemy skierować panele fotowoltaiczne jest południe. Jeżeli dodatkowo kąt nachylenia połaci waha się w granicach 30-40° mamy do czynienia z praktycznie wzorowymi warunkami dla montażu. Taki układ paneli zapewnia maksymalne wykorzystanie nasłonecznienia i uzyskanie stuprocentowej wydajności, oczywiście jeśli nie występuje zacienienie.

Często jednak zdarza się, że dom jest usytuowany inaczej i połaci są skierowane w różnych kierunkach oraz nachylone pod mniejszymi kątami. Ogólnie możemy przyjąć zasadę, że panele fotowoltaiczne układamy tak, aby jak najbardziej były skierowane na południe, oczywiście o ile połaci południowej nie przykrywa cień, który eliminuje ją jako najbardziej wydajną energetycznie.

Jeżeli nasz dom jest skierowany w osi pionowej północ-południe i mamy do dyspozycji jedynie połać dachu wschodnią i zachodnią to również nic nie stoi na przeszkodzie, aby układać tam panele fotowoltaiczne. Pamiętajmy jednak, aby upewnić się, że nie będzie ich pokrywał duży cień, który znacząco obniży wydajność całego systemu. Warto również przemyśleć przewymiarowanie instalacji fotowoltaicznej, uwzględniając straty wynikające z orientacji paneli. W celu uzyskania optymalnej wydajności instalacja wschód-zachód powinna być zaprojektowana tak, by stosunek mocy falownika do mocy pola modułów fotowoltaicznych wynosił 8:10, przy czym moc modułów powinna być przewymiarowana w stosunku do zapotrzebowania budynku na energię. Mimo wszystko umiejscowienie paneli wschód-zachód nie umożliwia uzyskania wydajności tak dużej jak w przypadku skierowania modułów na południe. Należy go więc traktować jako alternatywę bądź uzupełnienie w sytuacji, gdy nie ma możliwości montażu wszystkich modułów od strony południowej. 

Uwaga na zacienie dachu! Ogniwa w modułach są łączone szeregowo i prąd płynie po kolei przez każde z nich. Dlatego w momencie zacienienia części panela fotowoltaicznego, np. przez cień drzewa albo komina lub liść, który spadł z drzewa na pojedyncze ogniwo, obniża się moc całego modułu. Zacienione ogniwo działa jak opornik i blokuje przepływ energii przez kolejne ogniwa. Przy okazji może dojść do przegrzania się modułów, co skutkuje powstaniem hot spotów i w konsekwencji spadkiem sprawności modułu, a nawet jego awarią. Żeby zapobiegać takim sytuacjom, w panelach fotowoltaicznych stosuje się diody bocznikujące (by-passy), które pozwalają ominąć zacienione (czasowo wyłączone z pracy) ogniwo.

Zanim zaczniemy układać panele fotowoltaiczne, uwzględnijmy w projekcie obecność okien, kominów, wykuszy, które będą okresowo rzucać cień na panele. W miarę możliwości starajmy się odsuwać od tych elementów dachu, a jeżeli nie mamy takiej możliwości, zastosujmy optymalizatory mocy lub mikroinwertery.

Przeczyta też: Inwerter czy mikroinwerter – co wybrać w instalacji fotowoltaicznej?

Planując rozłożenie paneli fotowoltaicznych, pamiętajmy także o zachowaniu bezpiecznej odległości od krawędzi dachu, która powinna wynosić około 20 cm, a także o uwzględnieniu odstępów pomiędzy poszczególnymi modułami - wynoszącymi zazwyczaj około 2 cm (tyle miejsca zostaje po połączeniu modułów klemą przy dłuższych i krótszych krawędziach).

Czy inwerter ma wpływ na umiejscowienie paneli fotowoltaicznych na dachu

To jaką jednostkę konwertującą prąd stały na przemienny wybierzemy do systemu, może mieć również wpływ na to w jaki sposób rozłożyć panele fotowoltaiczne na dachu.

Przeanalizujmy to na najbardziej popularnym rozwiązaniu opartym o inwerter łańcuchowy. Powinniśmy wówczas poznać minimalną liczbę paneli fotowoltaicznych wpiętych w jeden łańcuch, zapewniającą optymalną pracę inwertera.

Żeby to stwierdzić, należy zapoznać się z wartością minimalnego napięcia wejściowego dla naszego falownika (U_{DC min.}). Znając wartość tego napięcia, powinniśmy dowiedzieć się jaka jest wartość napięcia w punkcie maksymalnej mocy (V_mpp) oraz wartość temperaturowego współczynnika mocy (P_max) charakteryzujące wybrany przez nas modułu (te dane można odczytać z kart katalogowych produktu).

Przeczytaj też: Jak rozpoznać panele fotowoltaiczne niskiej jakości?

Znając powyższe dane możemy obliczyć minimalną liczbę paneli fotowoltaicznych w pojedynczym łańcuchu, zapewniającą poprawną pracę falownika. Poniżej przedstawiamy przykładowe obliczanie:

Dane:

• U_{DC min.} = 150 V
• V_mpp = 38,1 V
• P_max = -0,26%/°C

Obliczenia:

• Obliczamy spadek napięcia wynikający z podwyższonej powyżej 25°C temperatury ogniw (zakładamy 70°C):

• Obliczamy wartość napięcia w punkcie mocy maksymalnej przy uwzględnieniu wyliczonej straty: 

V_mpp = 38,1 V -11,7 % = 33,64 V

• Obliczamy minimalną liczbę modułów fotowoltaicznych, aby osiągnąć minimalne napięcie wejściowe falownika (U_{DC min}):

Dochodzimy do wniosku, że minimalna liczba modułów w pojedynczym łańcuchu dla tej instalacji powinna wynosić 5, aby zapewnić prawidłową pracę inwertera. Zatem, jeżeli planujemy rozłożyć moduły np. na połaciach wschód zachód to postarajmy się, aby minimalna liczba paneli fotowoltaicznych wpiętych w jeden łańcuch wyniosła 5. Należy jednak mieć na uwadze, że wartość ta będzie się wahać w zależności od zastosowanych w instalacji fotowoltaicznej komponentów.

Rozmieszczenie paneli fotowoltaicznych na dachu: przydatne narzędzia

W sieci dostępne są narzędzia, które umożliwią wykonanie planu rozmieszczenia paneli fotowoltaicznych na dachu naszego domu przed rzeczywistym montażem. Bardzo często programy te korzystają z ogólnie dostępnych map satelitarnych i oprócz rozłożenia paneli fotowoltaicznych, dają możliwość wykonania analizy zacienienia oraz obliczenia szacowanego uzysku energii elektrycznej z naszego systemu biorąc pod uwagę rozmieszczenie modułów względem stron świata, kąt nachylenia połaci oraz straty wynikające z charakterystyki technicznej danych urządzeń wchodzących w skład systemu (inwerter/panele).

Do takich programów należą na przykład PVSol, SolarEdge Designer oraz platforma JRC. Nie wszystkie programy są darmowe, ale nawet darmowe narzędzia pozwolą nam upewnić się, że panele fotowoltaiczne na naszym dach zostały rozmieszczone w sposób prawidłowy.