Kompletny przewodnik: wybór konstrukcji pod panele fotowoltaiczne - wszystko, co musisz wiedzieć

Jak wybrać konstrukcję pod moduły fotowoltaiczne? Dobrze dobrana konstrukcja PV zachowuje równowagę między kosztem, wydajnością i trwałością.

W tym poradniku omówimy:

• Dobór mocy instalacji fotowoltaicznej,
• Optymalne nachylenie konstrukcji PV,
• Różne konfiguracje konstrukcji PV,
• Wybór mocowania konstrukcji do podłoża,
• Wybór materiału konstrukcji,
• Ocenę jakości konstrukcji.

Zobacz: dostępne opcje naziemnych konstrukcji fotowoltaicznych

Artykuł nie omawia systemów nadążnych, instalacji w układzie wschód-zachód ani modułów montowanych pionowo (na sztorc) w agrofotowoltaice.

Zacznijmy od omówienia Twoich potrzeb.

Dobór mocy instalacji fotowoltaicznej

Właściwy dobór mocy instalacji otwiera spore możliwości. Wiele osób popełnia błąd, dobierając moc według arbitralnych reguł, np. 1 kWp na 1000 kWh rocznego zużycia. Nie przejmuj się zbytnio ewentualnymi stratami wynikającymi z „przewymiarowania” instalacji.

W większości krajów Europy i przy wszystkich systemach rozliczeń (z wyjątkiem net-meteringu) im większa moc PV, tym lepiej. Przy rocznym zużyciu 40 000 kWh rozsądna jest instalacja o mocy 30, 40, 50, 60, a nawet 70 kWp. Dlaczego?

• Większa instalacja obniża koszt w przeliczeniu na kWp.
• Moduły tracą ok. 10% mocy w ciągu 25 lat.
• Rozbudowa istniejącej instalacji jest kosztowna.
• Przy wszystkich modelach rozliczeń (z wyjątkiem net-meteringu) roczne nadwyżki energii przynoszą korzyści finansowe.
• Moduły się brudzą, co obniża ich wydajność. Bardziej opłaca się dołożyć moduły niż często je czyścić. Zwykle wystarcza czyszczenie co pięć lat.
• Mało kto mówi „mam za dużo PV”; wielu mówi „powinienem był zainstalować więcej PV”.
• Zużycie energii rośnie. Budując instalację nieco „na wyrost”, przygotowujesz się na przyszłe zapotrzebowanie.

Wybierz możliwie największą moc, biorąc pod uwagę:

• budżet
• Dostępną przestrzeń
• moc przyłączeniową

Matematycznie precyzyjna optymalizacja wykracza poza zakres tego artykułu, ale obalenie mitu „przewymiarowanej instalacji PV” jest ważne. Pozostawianie pustych miejsc na konstrukcji jest nieopłacalne.

Nachylenie modułów fotowoltaicznych w mniejszych instalacjach

Instalację poniżej 50 kWp można zrealizować w jednym rzędzie, unikając zacienienia jednego rzędu przez drugi. Dobór optymalnego nachylenia jest więc prosty.

Optymalne nachylenie zależy od szerokości geograficznej i lokalnych warunków pogodowych. W Europie badania oparte na danych satelitarnych wskazują przedział 20°–50°:

Optymalne kąty nachylenia modułów PV na podstawie dwóch zbiorów danych. Po lewej: PV-GIS, po prawej: ECEM. Źródło: Yves-Marie Saint-Drenan, An approach for the estimation of the aggregated photovoltaic power generated in several European countries from meteorological data, ResearchGate.

Przykładowe optymalne kąty nachylenia:

• Gdańsk – 36°
• Sycylia – 33°
• Edynburg – 40°

W instalacjach off-grid lub sezonowych celem jest stała produkcja energii w krytycznych okresach.

Domek letniskowy: optymalne nachylenie to 15–20°, by jak najlepiej wykorzystać wysoko stojące letnie słońce.

Całoroczny dom off-grid: nachylenie może sięgać 70–90°, aby zoptymalizować produkcję zimą. Latem produkcja jest wystarczająca nawet przy takim nachyleniu, a sezonowe magazynowanie energii to potencjalne rozwiązanie na przyszłość.

Nachylenie modułów PV i odstępy w większych instalacjach

Większe instalacje (zwykle >50 kWp) wymagają kilku rzędów. Rzędy rzucają cień i muszą być odpowiednio od siebie oddalone. Większe nachylenie zwiększa odległość, a to wpływa na zajmowaną powierzchnię gruntu. Optymalizacja polega na zrównoważeniu tych czynników.

Aby optymalnie wykorzystać grunt i ograniczyć straty z zacienienia:

• Nieco zmniejsz nachylenie modułów. Roczna produkcja spada tylko nieznacznie, a odległość między rzędami się zmniejsza.

Źródło: Bogusław Szymański, „Instalacje Fotowoltaiczne”

Kąty nachylenia powyżej 25° pogarszają wykorzystanie przestrzeni bez znaczącego wzrostu produkcji. Dla Francji, Niemiec i Polski zalecane są kąty <25°.

Przykład: farma PV o mocy 10,4 MW w Estonii – widać na niej niskie nachylenie i duże odstępy między rzędami:

Obliczanie odległości między modułami

Obliczenia odległości mają na celu uniknięcie zacienienia w południe 22 grudnia (przesilenie zimowe):

β – kąt nachylenia modułów

α – kąt padania promieni w najmniej słoneczne dni

• α = 90° − szerokość geograficzna − 23,45°

d – wysokość kolumny modułów

x – odległość od końca jednego rzędu do początku następnego

• x = sin(β) × d / tg(α)

y – odległość między rzędami

• y = d × sin(180° − β − α) / sin(α)

Mniejsze odstępy między rzędami poprawiają wykorzystanie gruntu kosztem niewielkich strat produkcji. Istnieją technologie, które te straty ograniczają.

Orientacja i typ modułów

Moduły PV są podzielone na sekcje przez diody bocznikujące. Głęboki cień wyłącza daną sekcję, aby chronić ogniwa. Moduły half-cut ograniczają straty z zacienienia i sprawdzają się zarówno w montażu pionowym, jak i poziomym.

Wymiary paneli

Większe moduły zazwyczaj obniżają koszt instalacji w przeliczeniu na kWp. Wybieraj sprawdzonych producentów – ze względu na trwałość i zgodność z parametrami inwertera.

Materiał konstrukcji

Aluminium jest powszechnie stosowane w konstrukcjach naziemnych. Jego zalety:

• Lekkie, niewymagające konserwacji, odporne na korozję.
• Trwałe, o długiej żywotności.
• Można je anodować lub malować ze względów estetycznych.

Stal stosuje się w większych i bardziej obciążonych konstrukcjach. Nasze standardowe zestawy Solar KIT T1V i N2V są wykonane ze stali z powłoką Magnelis® (cynk-aluminium-magnez) i łącznikami ze stali nierdzewnej, z gwarancją na powłokę do 25 lat w zależności od środowiska.

Mocowanie i fundamenty

Metody obejmują:

• Słupy betonowe
• Pale wbijane
• Śruby gruntowe
• Rozwiązania hybrydowe

Wybór zależy od rodzaju gruntu, obciążeń środowiskowych (śnieg, wiatr) i wielkości instalacji. Słupy naszych standardowych zestawów są betonowane: zgodnie z wytycznymi projektanta nogi zagłębia się na 1,40 m poniżej poziomu gruntu i betonuje w górnej części, na głębokość ok. 0,80 m. Śruby gruntowe nie są przewidziane dla zestawów standardowych. Konstrukcje na zamówienie to najczęściej pale wbijane, ale mogą być też betonowane lub posadowione na stopach betonowych.

Ocena jakości

Wybieraj dostawców ze sprawdzonymi produktami. Sprawdź:

• Certyfikaty (np. EN 1090, TÜV, ISO)
• Gwarancję
• Instrukcje montażu i wsparcie inżynierskie

Dla naszych standardowych zestawów rysunki techniczne dla 25°, 30° i 35°, instrukcje montażu, certyfikaty, deklaracja właściwości użytkowych, warunki gwarancji i wytyczne fundamentowania są dostępne w sekcji plików do pobrania na stronie każdego produktu – możesz je sprawdzić przed zakupem.

Zestaw standardowy czy konstrukcja na zamówienie?

Standardowe zestawy Solar KIT T1V i N2V obejmują instalacje od 2 do 16 paneli w układzie pionowym o wymiarach do 2280 × 1140 mm (rama 30–40 mm), z nachyleniem 25°, 30° lub 35° i w trzech klasach wytrzymałości: Light (wiatr do 22 m/s, śnieg 1,2 kN/m²), Strong (26 m/s, 1,6 kN/m²) i Ultra Strong (28 m/s, 1,6 kN/m²). Większe panele, układ poziomy, inne kąty nachylenia, konstrukcje podwyższone, wyższe obciążenia oraz farmy fotowoltaiczne wymagają konstrukcji wykonanej na zamówienie pod konkretną lokalizację.

Dobrze dobrana konstrukcja zapewnia efektywność kosztową, bezpieczeństwo i maksymalny uzysk energii. Przeczytaj też: Naziemne systemy PV: jak wybrać właściwą konstrukcję.