logowanie

Prawidłowy montaż modułów fotowoltaicznych – mocowanie, ustawienie, podłączenie

tagi tematyczne fotowoltaiczne ogniwa
Instalacje fotowoltaiczne, przy odpowiednim wsparciu finansowym, już wkrótce powinny być tak popularne na polskim rynku jak kolektory słoneczne. Małe instalacje, tzw. domkowe wbrew pozorom nie są bardzo skomplikowane, a ich montaż jest łatwiejszy w porównaniu do innych alternatywnych źródeł prądu.

Rodzaje ogniw fotowoltaicznych

Obecnie na rynku jest kilka rodzajów ogniw fotowoltaicznych, które są z powodzeniem stosowane nie tylko w budownictwie. Większość z nich to tzw. ogniwa pierwszej generacji, wykonane z krzemu, np. polikrystaliczne (najpopularniejsze z uwagi na dobry stosunek jakości do ceny) lub monokrystaliczne. Moduły fotowoltaiczne są urządzeniami wykorzystującymi promieniowanie słoneczne do produkcji energii elektrycznej. Powstały przy ich użyciu prąd stały musi być skonwertowany falownikiem na zmienny, nadający się do bezpośredniego wykorzystania. Instalacje fotowoltaiczne wpięte wprost do sieci to tzw. typ on-grid – produkowana energia zużywana jest na własne potrzeby, natomiast jej nadmiar oddawany jest do sieci elektroenergetycznej. Tego rodzaju rozwiązanie jest względnie tanie przede wszystkim z uwagi na brak akumulatorów do magazynowania nadmiaru wytwarzanego prądu. Instalacje z akumulatorami to już tzw. instalacje wyspowe off-grid, w których wymagany jest inny typ inwertera.

Przykładowa instalacja fotowoltaiczna Fot.: Viessmann

Budowa instalacji fotowoltaicznych

Mała, domkowa instalacja fotowoltaiczna ma od kilku do kilkunastu modułów, które są łączone w pola. Scalenie elementów w szereg tworzy tzw. łańcuch, który jest podłączany bezpośrednio do inwertera. Falowniki niewielkiej mocy (<3 kW) mają najczęściej wejście na jeden lub dwa łańcuchy. W silniejszych urządzeniach spotyka się więcej wejść, które dodatkowo są podzielone na MPP trakery. Instalacje podłączone pod różne MPP trakery są traktowane jako osobne instalacje i tym samym są oddzielnie obciążane przez falownik dla uzyskania maksymalnej mocy chwilowej. O liczbie modułów wchodzących w skład łańcucha decydują jego parametry elektryczne, a także możliwości inwertera, a w szczególności zakres napięcia pracy. Natomiast o liczbie przyłączanych równolegle łańcuchów pod każdy MPP traker decyduje maksymalne dopuszczalne natężenie prądu. Jeżeli istnieje możliwość podłączenia więcej niż jednego łańcucha w ramach jednego MPP trakera, to należy pamiętać, że każdy łańcuch musi mieć dokładnie tyle samo modułów tego samego typu, ustawionych w identyczny sposób w stosunku do słońca. Falownik będzie zatem obciążał podłączone łańcuchy tak samo, a więc łączna moc instalacji będzie wynikała z mocy najsłabszego z nich. W małych obiektach spotyka się zazwyczaj instalacje złożone z pojedynczych łańcuchów.
Ogniwo fotowoltaiczne stanowi najmniejszy element instalacji. Kilka do kilkudziesięciu ogniw łączy się szeregowo w jeden moduł, co powoduje wzrost napięcia na jego końcach równy sumie napięć wszystkich połączonych elementów. Połączenie modułów fotowoltaicznych tworzy natomiast tzw. baterię fotowoltaiczną lub generator fotowoltaiczny. Do wytwarzania ogniw fotowoltaicznych wykorzystuje się krzem. W czasie procesu produkcyjnego płytki surowca o wysokiej czystości są rozgrzewane do wysokich temperatur, a następnie celowo zanieczyszczane. Domieszkowanie borem powoduje powstanie półprzewodnika typu p z niedoborem elektronów, natomiast fosforem – typu n z nadmiarem elektronów. Póprzewodnik umieszcza się na stronie skierowanej do światła słonecznego. Przy warstwie przejściowej, tzw. złączu typu pn, tworzy się pole elektryczne o ujemnym biegunie znajdującym się w obszarze domieszkowania p i dodatnim w n. Po oderwaniu od atomów krzemu elektrony są ściągane w kierunku domieszkowania p. Powstający w ten sposób defekt (dziura) przemieszcza się w przeciwnym kierunku. Złącze pn zapewnia napięcie elektryczne przez nadwyżkę elektronów po stronie słońca i niedobór na stronie tylnej. Jeśli do biegunów zostanie podłączony odbiornik, instalacja będzie obciążona i nastąpi przepływ prądu. Elektrony uwolnione przez fotony (energia słoneczna) przemieszczają się od bieguna ujemnego do dodatniego (mówi się wówczas o przepływie prądu z bieguna dodatniego do ujemnego). W przeciwieństwie do mechanicznego wytwarzania energii elektrycznej, np. przez dynamo rowerowe, w ogniwie fotowoltaicznym nie ma żadnych ruchomych elementów, dzięki czemu jego żywotność jest teoretycznie nieograniczona.

Warunki podłączenia mikroinstalacji do sieci elektroenergetycznej

Od 2013 roku, dzięki zmianom w ustawie „Prawo energetyczne”, osoba indywidualna może ubiegać się o przyłączenie swojej mikroinstalacji do sieci elektroenergetycznej. Trzeba przy tym spełnić warunki zakładu energetycznego, które jednak nie stanowią większej przeszkody, o ile moc instalacji nie przekracza mocy przyłączeniowej budynku. Z wymaganej dokumentacji ważny jest projekt wykonany przez osobę z uprawnieniami elektrycznymi i projektowymi. Istotna jest także tzw. Deklaracja Zgodności z Dyrektywami WE, w tym przede wszystkim kompatybilność elektromagnetyczna 2004/108/WE (wykaz wszystkich wymaganych dokumentów można znaleźć na stronach internetowych lokalnych dostawców energii elektrycznej). Wskazane uwarunkowania dotyczą wariantu typu on-grid, przy zastosowaniu którego nadmiar wyprodukowanej energii jest oddawany do sieci, a falownik podejmuje pracę jedynie gdy „widzi” napięcie po stronie DC oraz AC (według którego następuje synchronizacja z siecią).
Ustalono także zasady odkupu produkowanej energii elektrycznej, która nie została zużyta na potrzeby budynku. Zapisana wartość jest niższa niż koszt, który musimy ponieść za zakup energii elektrycznej z sieci (różnica jest prawie 4-krotna). Tym samym promowane są tzw. układy prosumenckie (łączące rolę producenta i konsumenta w jednym), w których wyprodukowana energia zużywana jest w możliwie największej ilości na własne potrzeby.

Dobór instalacji fotowoltaicznej

Przy doborze instalacji fotowoltaicznej dla domu jednorodzinnego istotne jest rzeczywiste zużycie energii elektrycznej i dostępność miejsca pod zabudowę instalacji. Przykładowy moduł o mocy 255 Wp (wat pik) wraz z elementami mocującymi zajmuje na dachu około 1,68 m2. Dla uzyskania mocy szczytowej systemu na poziomie 2 kWp wymagane jest zatem 8 modułów i tym samym blisko 13,5 m2 połaci dachowej. Należy pamiętać, że każdy moduł w ramach jednej instalacji powinien być skierowany w tę samą stronę świata, a więc cały układ powinien być zainstalowany w jednym miejscu. Dodatkowo należy zachować odległość izolacyjną – około metra między instalacją PV a odgromową, w wyniku czego rzeczywista możliwa do zabudowy powierzchnia mocno się zawęża.

Montaż modułów fotowoltaicznych

Montaż modułów fotowoltaicznych jest bardzo zbliżony do instalowania kolektorów słonecznych (różnią się tylko poszczególne elementy mocujące). Moduły fotowoltaiczne są lżejsze nawet 2-, 3-krotnie od kolektorów słonecznych płaskich (ich waga wynosi około 20 kg), a więc wnoszenie ich na dach nie powinno sprawiać kłopotu. Wymagają jednak zachowania wyjątkowej ostrożności, ponieważ można je łatwo uszkodzić. Należy unikać wyginania modułu (np. podczas poruszania się po dachu skośnym) czy mocniejszych uderzeń (np. podczas osadzania na ramie), powstałe uszkodzenie elementu może bowiem nie być widoczne aż do momentu uruchomienia instalacji. W przypadku montażu systemu na dachach skośnych, rama nośna powinna być przymocowana do krokwi. Haki krokwi dobiera się w zależności od wysokości dachówki lub specjalnie do innego rodzaju pokrycia. Warto wcześniej dokładnie sprawdzić dach, aby ocenić stan więźby i uniknąć utrudnień, np. w postaci klinów pod łatami. Do montażu należy stosować tylko elementy wykonane z materiałów odpornych na warunki atmosferyczne – stali nierdzewnej i aluminium. Haki po zamocowaniu zostaną obciążone konstrukcją nośną i modułami, a w zimie dodatkowo warstwą śniegu. Muszą być zatem solidnie zamocowane do krokwi, nie powinny wspierać się na dachówkach (dachówki przykrywające haki nie powinny z kolei wspierać się na nich).
Istotne jest pochylenie modułów względem poziomu. Analogicznie do instalacji kolektorów słonecznych optymalny kąt będzie zależał od sposobu wykorzystania produkowanej energii. Kolektory do wspomagania ogrzewania c.w.u. ustawia się inaczej niż te do zasilania ogrzewania c.o. W przypadku instalacji PV będzie podobnie, ale różnica w pochyleniu modułów będzie zależeć od jej typu: sieciowego czy wyspowego. Przebieg zapotrzebowania energii elektrycznej dla budynku nie pokrywa się z przebiegiem nasłonecznienia, a dodatkowo, w okresie od kwietnia do września, dociera do ziemi około 80% energii rocznej. Optymalizując instalację pod kątem uzyskania największych ilości energii, kąt ustawienia modułów powinien gwarantować największe uzyski właśnie w tym okresie. Z kolei optymalizując tego rodzaju systemy pod kątem największego pokrycia zapotrzebowania, moduły powinny być montowane pod większym kątem. Zwiększą w ten sposób uzyski w okresie zimowym, a zredukują w letnim. Dzięki temu przebieg produkowanej energii w ciągu roku wyrównuje się. Instalacje domkowe mogą pracować zarówno
podłączone do sieci (on-grid), jak i poza nią (off-grid), magazynując wtedy wyprodukowaną energię w akumulatorach. Budowane są
także wersje hybrydowe, a więc łączące ze sobą zalety obu wspomnianych typów.

Partnerzy serwisu

To dzięki tym firmom możemy realizować Wasze potrzeby i zainteresowania

border_left border_right