Ako si vybrať štruktúru pre fotovoltické moduly? Dobre zvolená fotovoltaická štruktúra zachováva rovnováhu medzi cenou, výkonom a životnosťou .

V tejto príručke budeme diskutovať o témach, ako sú:

• výber výkonu fotovoltaickej inštalácie,
• optimálny sklon konštrukcie FV,
• rôzne konfigurácie fotovoltaických štruktúr,
• výber upevnenia konštrukcie k zemi,
• výber materiálu , z ktorého je konštrukcia vyrobená,
• posúdenie kvality konštrukcie.

Pozri: dostupné možnosti pre pozemné fotovoltaické konštrukcie

Tento článok sa nevzťahuje na sledovacie systémy, inštalácie usporiadania východ-západ alebo konštrukcie s vertikálne namontovanými modulmi pre agrofotovoltaiku.

Začnime diskusiou o vašich potrebách.

Výber výkonu fotovoltaickej inštalácie

Vhodný výber inštalačného výkonu ponúka široké spektrum významných možností. Chyba sa robí výberom výkonu zariadenia na základe ľubovoľných matematických predpokladov, ako je princíp 1 kWp na 1000 kWh ročnej spotreby energie. Netreba sa prehnane obávať prípadných strát z „predimenzovania“ inštalácie.

Vo väčšine európskych krajín a pre všetky fakturačné systémy (okrem čistého merania) platí, že čím vyšší výkon fotovoltaiky, tým lepšie . Pri ročnej spotrebe 40 000 kWh si môžete vybrať inštaláciu s výkonom 30, 40, 50, 60 alebo dokonca 70 kWp! Nebola by to chyba. prečo?

• Väčšia inštalácia znamená nižšie jednotkové náklady na každý kWp.
• Moduly strácajú za 25 rokov asi 10 % výkonu.
• Rozšírenie inštalácie znamená značné dodatočné náklady.
• Pre všetky modely účtovania (okrem čistého merania) prinášajú ročné prebytky energie finančné výhody.
• Inštalácia sa znečistí a stráca účinnosť. Ekonomicky je lepšie investovať do doplnkových modulov, ako pravidelne míňať peniaze na ich čistenie. Za typických podmienok sa zdá optimálne čistenie každých päť rokov.
• Nepoznáme nikoho, kto by povedal „Mám príliš veľa PV“. Poznáme mnohých, ktorí hovoria „mal som si kúpiť viac PV“.
• Spotreba energie neustále stúpa. Budovanie „nadrozmernej“ inštalácie zohľadňuje budúci nárast dopytu.

Preto odporúčame zvoliť čo najväčší inštalačný výkon , berúc do úvahy obmedzenia, ako sú:

• rozpočtu
• dostupné miesto
• prípojný výkon

Matematicky presné spôsoby určenia najvhodnejšieho výkonu inštalácie nie sú predmetom tohto článku a nie sú celkom možné. Prekonanie mýtu o „nadrozmerných“ inštaláciách je však veľmi dôležité.

Klienti často nechávajú na konštrukcii prázdne miesta, čo nie je rentabilné.

Sklon fotovoltaických modulov v menších inštaláciách

Ak odhadujete, že na uspokojenie vašich potrieb postačí menej ako 50 kWp fotovoltických modulov – máme dobrú správu! Inštalácie tejto veľkosti je možné realizovať v jednom rade , takže sa nemusíte obávať, že jeden rad modulov bude vrhať tieň na rad za ním. V takom prípade je výber optimálneho sklonu celkom jednoduchý.

Optimálny sklon závisí od zemepisnej šírky a poveternostných podmienok charakteristických pre daný región. V Európe sa podľa vedeckej práce založenej na satelitných údajoch pohybuje od 20° do 50°:

Optimálny sklon fotovoltaických modulov v závislosti od regiónu na základe údajov z dvoch systémov. Vľavo máme PV-GIS, vpravo ECEM. Zdroj -  Yves-Marie Saint-Drenan, Prístup k odhadu agregovanej fotovoltaickej energie vyrobenej v niekoľkých európskych krajinách z meteorologických údajov , ResearchGate .

Optimálne uhly naklonenia pre vybrané miesta na základe vyššie uvedeného zdroja:

• Gdansk - 36°
• Sicília - 33°
• Edinburgh – 40°

Sklon FV modulov a rozostupy medzi radmi pri väčších inštaláciách

Pri väčších inštaláciách (zvyčajne nad 50 kWp, ale to závisí od dostupného montážneho priestoru) je potrebné naplánovať inštaláciu cez niekoľko stojanov umiestnených za sebou.

Tieto rady vrhajú tieň , preto musia byť umiestnené v určitej vzdialenosti od seba. Čím väčší je uhol sklonu modulov, tým väčšia je požadovaná vzdialenosť. Naopak, čím väčšia je vzdialenosť, tým väčšiu plochu zaberá inštalácia . Optimalizovaná inštalácia udržiava rovnováhu medzi týmito premennými.

Obr. Tieň vrhaný radmi modulov vo veľkej inštalácii:

Čo možno urobiť pre optimálne využitie plochy pozemku a zníženie strát tienením?

Po prvé, znížte sklon fotovoltaických modulov . Rozdiely v ročnej produkcii nie sú príliš veľké a toto zníženie umožňuje zmenšiť vzdialenosť medzi riadkami. Nasledujúca tabuľka ukazuje príklad vzťahu medzi uhlom sklonu, ročnou produkciou (okrem tienenia) a požadovanou vzdialenosťou medzi riadkami:

 Na základe knihy Bogusława Szymańského „Fotovoltaické inštalácie“

Ako je uvedené v príklade vyššie, uhol sklonu, ktorý maximalizuje ročnú produkciu, výrazne zhoršuje využitie priestoru. Zníženie uhla na 20° výrazne znižuje vzdialenosť a zachováva vysokú produktivitu.

Preto v praxi v zemepisnej šírke vo Francúzsku, Nemecku a Poľsku uhly sklonu FV modulov nepresahujú 25°.

Nízke naklonenie modulov a veľké medzery medzi poliami je možné vidieť na nasledujúcom videu z 10,4 MW fotovoltaickej farmy v Estónsku

Výpočty vzdialenosti medzi modulmi

Definovaním objektívnej funkcie ako neprítomnosť tienenia počas poludnia 22. decembra (tj v deň zimného slnovratu) možno vzdialenosť medzi riadkami vypočítať pomocou nasledujúcich vzorcov:

Obr. Výpočty vzdialenosti medzi FV modulmi

β - uhol sklonu FV modulov

α - uhol dopadu v najmenej slnečných dňoch v roku.

• α = 90° - zemepisná šírka - 23,45°

d - výška stĺpika modulu

x - vzdialenosť medzi koncom jedného radu a začiatkom nasledujúceho

• x = sin(β) × d / tg(α)

y - vzdialenosť medzi riadkami

• y = d × sin(180° - β - α) / sin(α)

Použitie vyššie uvedeného vzorca umožňuje takmer úplné zamedzenie tieňovania. Zmenšenie vzdialenosti medzi radmi však môže byť prospešné pre lepšie priestorové využitie. To je dôležitejšie, čím severnejšie sa zariadenie nachádza. To znamená akceptovať určité výrobné straty . Našťastie technológie, ktoré tieto straty obmedzujú, sú na trhu dostupné už niekoľko rokov.

Orientácia a typ modulov

Fotovoltické moduly sú rozdelené do niekoľkých sekcií bypass diódami . Hlboké zatienenie spôsobí odpojenie celej sekcie. Toto sa robí na ochranu buniek.

Staré, no stále sa vyskytujúce moduly s celými článkami boli úplne odpojené, keď bola ich spodná časť v tieni. Horizontálna montáž pomohla obmedziť straty. Súčasná generácia fotovoltaických modulov (tzv. half-cut) rozdeľuje modul na 6 čiastočne nezávislých sekcií. Sú prispôsobené na vertikálnu aj horizontálnu montáž.

Vzťah medzi typom a orientáciou modulov a stratami tienenia je popísaný v grafe nižšie.

 
Na výkrese: Časť modulu sa nepoužíva z dôvodu zatienenia v závislosti od modulu a orientácie

A - celé bunky vertikálne - straty 100%

B - horizontálne straty celých článkov 66%

C - polovičná horizontálna strata 66 %

D - polovičná vertikálna strata 50 %

Ovály označujú obvody v module definované bočnými diódami. Červené ovály sú okruhy zakázané tieňom.

Rozmery fotovoltaických panelov

Na trhu sa stretávame s väčšími aj menšími fotovoltaickými modulmi. Rozdiely môžu byť dosť výrazné. Voľba väčších (výkonnejších) modulov však spravidla znamená nižšie náklady na inštaláciu na ich výkon (PLN/kWp).

Malo by sa pamätať na to, že: 

• Väčšie moduly generujú vyšší prúd , čo si vyžaduje výber vhodného meniča. Prúd generovaný najväčšími modulmi prevyšuje možnosti menších meničov, určených pre menšie inštalácie. Pre inštalácie <10 kWp by sa mali zvoliť menšie fotovoltaické moduly.
• Väčšie moduly sú menej odolné , čo znamená, že by sa mali kupovať iba od overených výrobcov.

Konštrukcia pre fotovoltaické panely - cena rôznych konfigurácií

Štandardné fotovoltaické konštrukcie sa delia podľa:

• počet  podpier

Jednonosné systémy sú lacnejšie, ale zároveň menej tuhé a stabilné. Nemali by sa používať na zemi s nízkou nosnosťou.

Jedna podpora	Dve podpery
Pozemná konštrukcia T2V	Pozemná konštrukcia N2V

• vertikálne alebo horizontálne usporiadanie modulov
  Voľba často závisí od estetických hľadísk. Náklady na výstavbu sú podobné a pri polovične zrezaných moduloch je inštalácia odolnejšia voči zatieneniu bez ohľadu na orientáciu.

Vertikálne rozloženie	Horizontálne rozloženie
Pozemná konštrukcia N3V	Základná konštrukcia N3H

• Počet riadkov
  Počet riadkov spolu s orientáciou ovplyvňuje výšku stĺpca modulu, čo zase ovplyvňuje výkon jednej inštalačnej tabuľky.

Jeden riadok	Dva riadky
Pozemná konštrukcia T1V	Pozemná konštrukcia N2V
Tri riadky	Štyri riadky
Základná štruktúra N3H	Pozemná štruktúra N4H

Ako si vybrať materiál pre štruktúru

Konštrukcia je vyrobená z nehrdzavejúcej ocele , hliníka a bežnej konštrukčnej ocele potiahnutej zinkom a horčíkom.

Naším vlajkovým produktom v Altamire sú konštrukcie z predpätého betónu ( N2V-STR , N3V-STR , N3H-STR , N4H-STR , N5H-STR ), teda kompozit podobný železobetónu, ale s tým rozdielom, že sú namáhané oceľové prúty pred naliatím betónu. Stĺpy z predpätého betónu sa zatĺkajú do zeme pomocou baranidla (ktorý bežný betón nevydrží) a pripevnia sa na ne štandardné oceľové konštrukčné prvky.

Použitie predpätého betónu umožňuje optimalizáciu investičných nákladov bez zníženia úžitkových hodnôt.

Konštrukčná oceľ	Predpätý betón
Pozemná konštrukcia N4H Záruka: Konštrukcia z ocele S350 - 25 rokov Náter (Magnelis®) ZM430 - 25 rokov	Pozemná konštrukcia N4H-STR Predpätý betón je približne o 30 % lacnejší Záruka: Predpätý betón a oceľ S350 -30 rokov Náter (Magnelis®) ZM430 - 25 rokov

 Nižšie je video, ktoré ukazuje, ako vyzerá zatĺkanie konštrukcií z predpätého betónu.

Ako zosúladiť štruktúru PV so substrátom

Existujú tri hlavné spôsoby pripevnenia konštrukcie k podkladu.

Najpopulárnejšie sú vbíjané systémy . Cenovo dostupné, jednoduché a rýchlo sa inštalujú, fungujú dobre tam, kde pôda nie je bažinatá alebo príliš sypká.

Na podkladoch s nižšou nosnosťou majú skrutkované profily lepší výkon. Môžu byť použité tam, kde je potrebná vyššia odolnosť proti extrakcii.

Betónové základy sa používajú tam, kde je pôda močaristá, veľmi sypká, alebo tam, kde hrozí kolízia s podzemnou infraštruktúrou (drôty alebo potrubia).

Ako hodnotiť kvalitu, teda certifikáty a normy pre nosné konštrukcie

Bezpečné používanie zaručuje iba konštrukcia vyrobená v súlade s normami platnými v danej krajine. Niekedy sa zákazníci obávajú, či sú produkty od spoločnosti X alebo Y skutočne dobre vyrobené. Našťastie vytváranie oceľových konštrukcií je rokmi zdokonalené umenie a mať príslušné certifikáty je pre investora správnou poistkou. 

Zoznam základných európskych certifikátov:

• Prevedenie oceľových a hliníkových konštrukcií:
  - EN 1090-1+A1 - Zásady posudzovania zhody pre konštrukčné prvky
  - EN 1090-2+A1 - Technické požiadavky na oceľové konštrukcie
  - EN 1090-3 - Technické požiadavky na hliníkové konštrukcie

• Zaťaženie konštrukcií:
  - EN 1991-1-3 - Zaťaženie snehom
  - EN 1991-1-4 - Zaťaženie vetrom

Národné ekvivalenty prekladajúce európske normy začínajú zodpovedajúcim označením. Napríklad poľský ekvivalent EN 1090 je PN-EN 1090. Nemecký ekvivalent je DIN-EN 1090 a britský je BS-EN 1090.

Dodatočné certifikáty, platné pre niektoré konštrukcie:

• EN 1992-1-1 - betónové a predpäté betónové konštrukcie
• EN 1993-1-1 - pravidlá definujúce pevnosť oceľových konštrukcií
• EN 1993-1-3 - doplnok pre profily a plechy
• EN 1993-1-5 - doplnok pre opláštené konštrukcie

Odolnosť proti korózii

Konštrukcie používané v drsnom prostredí by mali byť testované podľa normy EN ISO 9227. 

Pri oceľových konštrukciách pokrytých ochranným náterom sa posudzuje aj korózna odolnosť náteru. Minimálna trieda korózie pre fotovoltaické konštrukcie je C3 podľa EN ISO 12944-2. V oblastiach s vyšším znečistením ovzdušia treba hľadať produkt s triedou odolnosti C4 a v prípade veľmi vysokého znečistenia - C5.

Náter Magnelis®, ktorý používame, má triedu odolnosti proti korózii C5 .