Gdzie i jak montować moduły fotowoltaiczne oraz jakie są ich rodzaje?

Na wstępie warto zaznaczyć, że od dwóch lat w Polsce trwa prawdziwa rewolucja fotowoltaiczna. Coraz więcej gospodarstw domowych, poszukując sposobów na obniżenie rachunków za energię inwestuje w mikroelektrownie fotowoltaiczne. Sytuacja ta ma związek z uruchamianymi od niedawna programami wsparcia i kredytami preferencyjnymi. Dzięki nim nawet średnio zamożni inwestorzy mogą skorzystać na fotowoltaicznej rewolucji, finansując własną elektrownię oszczędnościami z rachunków za prąd. To tyle z ogólnych informacji i przejdźmy teraz do meritum. Zadajmy najpierw pytanie – z czego wynika efektywność modułów fotowoltaicznych? Należy wiedzieć, że ich efektywność i wynikająca z niej ilość dostarczanej przez nie energii są mocno uzależnione od ustawienia tych właśnie (modułów) względem stron świata. Ich moc w bardzo dużym stopniu zależy od nasłonecznienia. Są także bardzo czułe na zacienienie. Wszystkie najefektywniej działają w niskiej temperaturze. Natomiast wraz z jej wzrostem niestety maleje ich poziom sprawności. Tracą ją również z upływającym czasem, jednak producenci przekonują i zapewniają, że nie spadnie ona bardziej niż o dwadzieścia procent po około ćwierć wieku ich użytkowania. Jako ciekawostkę na marginesie możemy powiedzieć, że do niedawna na dachach domów najczęściej można było zobaczyć klasyczne moduły z charakterystycznymi srebrnymi ścieżkami, tak zwanymi szynowodami (powiemy o nich później). Następnie zapytajmy – gdzie możemy je montować i w jaki sposób powinna być zaprojektowana instalacja? Odpowiadając na to pytanie, poznajmy więc takie oto rozwiązania:

1) Zacienienie – należy wiedzieć, że ze względu na negatywny wpływ zacienienia na działanie modułów zawsze trzeba zadbać o ich odsunięcie od wszelkich elementów mogących powodować powstawanie cienia w ich polu. Natomiast jeśli nie da się tego uniknąć, możemy wtedy wykorzystać rozwiązania pozwalające usprawnić zacienioną instalację. Jednym z taki rozwiązań będzie zakup optymalizatorów, ale wiąże się to oczywiście z większym wydatkiem na inwestycje. Ale nawet najlepszy moduł z doskonale dopasowanym optymalizatorem, kiedy będzie zacieniony przez większość czasu, wyprodukuje mniej energii niż jego klasyczny odpowiednik w pełnym słońcu. Jeśli przewidujemy, że moduły poli- lub monokrystaliczne (o których też później szerzej powiemy mówiąc o rodzajach modułów fotowoltaicznych) mogą zostać zacienione w ich dolnej części (na przykład przez drzewa), warto ustawić je wtedy w orientacji poziomej. Natomiast jeżeli spodziewamy się zacienienia takich modułów od boku (lukarna, komin), należy je zamontować w pozycji bocznej. Takie ułożenia pozwalają najlepiej wykorzystać stosowaną w modułach technologię diod bocznikujących, które ograniczają negatywne skutki zacienienia. Z inną sytuacją mamy do czynienia w trakcie montażu modułów cienkowarstwowych (stosowanych znacznie rzadziej niż krystaliczne) z jedną diodą bocznikującą. W ich przypadku punktowe zacienienie, na przykład liść przyklejony do powierzchni absorbera, powoduje wyłączenie z pracy całego modułu. Należy je ustawiać odwrotnie niż moduły krystaliczne, to znaczy w pionie przy zacienieniu bocznym i w poziomie przy zacienieniu dolnym.

2) Moduły skierowane na wschód-zachód – należy wiedzieć, że w tym wariancie dopasowanie czasu produkcji energii do czasu jej zużywania jest lepsze (porównując do innych rozwiązań), bowiem standardowy profil zużycia energii elektrycznej w gospodarstwie domowym charakteryzuje się dwoma pikami: głównym w godzinach wczesnowieczornych, kiedy słońce jest na zachodzie i mniejszym w godzinach porannych, kiedy słońce jest na wschodzie. Należy wiedzieć, że w celu uzyskania optymalnej wydajności instalacja wschód-zachód powinna być zaprojektowana w ten sposób, aby 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 pamiętajmy o tym, że układ 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, kiedy nie ma możliwości montażu wszystkich modułów od strony południowej.

3) Moduły skierowane na południe – należy wiedzieć, że w warunkach polskich najlepszym rozwiązaniem jest zazwyczaj ustawienie modułów w kierunku południa, nachylonych pod kątem około 35 stopni. Co zapewnia taki układ paneli? Taki układ paneli zapewnia maksymalne wykorzystanie nasłonecznienia i uzyskanie 100-procentowej wydajności, oczywiście jeśli nie występuje zacienienie. Musimy jednak brać pod uwagę, że wówczas większość produkcji prądu przypada na godziny okołopołudniowe, podczas których zużycie energii elektrycznej w gospodarstwie domowym z reguły jest znikome, więc wtedy znaczna jej część trafia wprost do sieci energetycznej, a w obowiązującym systemie opustów prosument odbiera jej z sieci za darmo najwyżej 80%, jeżeli jego instalacja ma moc zainstalowaną nie wyższą niż 10 kWp, albo 70% w przypadku większej mocy.

Następnie powiedzmy o systemach montażowych. Należy wiedzieć, że w zależności od powierzchni, na której montowane będą moduły fotowoltaiczne, możemy wyróżnić takie oto systemy montażowe:

1) Grunt – w tym przypadku należy wiedzieć o takich konstrukcjach montażowych:
a). konstrukcja montażowa na wkręcanych kotwach – jest to rozwiązanie podobne do tego wymienionego poniżej, jednak lepiej przystosowane do gruntów o niskiej nośności.
b). konstrukcja montażowa mocowana do gruntu wbijanych, stalowych profili – jest to najszybszy sposób montażu konstrukcji na gruncie.
c). konstrukcja montażowa montowana do betonowych fundamentów – wykorzystywana w miejscach, w których nie można zastosować systemów z profilami i kotwami, na przykład na gruntach o niskiej nośności lub z bogatą infrastrukturą podziemną.

2) Dachy płaskie – w tym przypadku mamy do czynienia z takimi oto konstrukcjami:
a). konstrukcja balastowa – jest montowana na stropodachu poprzez system obciążników, średnio po 56 kg na jeden moduł fotowoltaiczny. Należy wiedzieć, że jest to bezinwazyjny system, który ogranicza uszkodzenia dachu. W tym wariancie powinniśmy jednak zwrócić uwagę na nośność konstrukcji obciążonych elementów budynku.
b). konstrukcja mocowana do stropodachu wkrętami, śrubami i szpilkami. Należy wiedzieć, że ze względu na inwazyjny charakter systemu trzeba zwrócić uwagę na jakość uszczelnienia dachu po montażu. Tego typu systemy montażowe stosuje się coraz rzadziej, bowiem istnieje ryzyko naruszenia konstrukcji dachu.
c). konstrukcja samonośna (system wschód-zachód lub skierowany na południe z owiewkami z tyłu) – należy wiedzieć, że dzięki aerodynamicznej budowie nie musi być mocowany do konstrukcji dachu oraz nie wymaga dużego balastu. Powinniśmy jednak zwrócić uwagę na współczynnik tarcia powierzchni stropodachu (szorstkość) – powinien wynosić co najmniej µ = 0, 5.

3) Dachy skośne – należy wiedzieć, że w tym przypadku system montażowy dobierany jest do pokrycia dachowego:
a) blachodachówka – wykorzystuje się tutaj system montażowy z wkrętami dokrokwiowymi (szpilkami) wkręcanymi wprost przez powierzchnię blachodachówki w krokwie drewniane. Trzeba zwrócić uwagę na przyleganie uszczelek i jakość uszczelnienia, aby nie dopuścić do przeciekania dachu.
b) dachówka ceramiczna – wykorzystuje się tutaj system montażowy z hakami wsuwanymi pod dachówki i montowanymi do krokwi (bez naruszenia powierzchni dachu). Trzeba zwrócić uwagę na wielkość odstępu pomiędzy krawędzią dachówki a krańcem haka (odstęp separacyjny). Powinien wynosić minimum 7 mm, aby nie dopuścić do nacisku na dachówkę i w konsekwencji do jej pęknięcia (w przypadku dachówki karpiówki nie ma możliwości zachowania odstępu, dlatego też niezbędna jest atrapa dachówki).
c) blacha na rąbek – wykorzystuje się tutaj system montażowy z bezinwazyjnymi uchwytami (mocowanymi do blachy). Należy zwrócić uwagę na poprawność zamontowania blachy do konstrukcji dachu oraz na jej grubość.
d) blacha trapezowa – wykorzystuje się tutaj system montażowy ze wspornikami trapezowymi (wkręcanymi w boki trapezów blachy), szynami lub profilami mocowanymi bezpośrednio do blachy. Trzeba zwrócić uwagę na poprawność zamontowania blachy do konstrukcji dachu i uszczelnienie.

Należy wiedzieć, że obecnie na rynku fotowoltaicznym możemy się spotkać z bardzo szeroką paletą rozwiązań technologicznych używanych w produkcji modułów. Możemy wyróżnić wiele rodzajów, typów modułów, które inwestorzy mogą wykorzystać do swoich indywidualnych celów. Na polskim rynku obecnie zdecydowanie przodują moduły krzemowe. Z jakiej przyczyny? Dzieje się tak ze względu na ich korzystny stosunek ceny do oferowanej mocy, sprawdzoną technologię oraz w miarę komfortową dostępność. Należy wiedzieć, że na tym materiale opierają się takie oto moduły:

a) polikrystaliczne – warto wiedzieć, że krzem z którego się je produkuje, jest najpierw topiony w specjalnie przeznaczonych do tego formach, a w kolejnym kroku cięty na prostokątne płytki o grubości mniejszej niż 0, 2 mm. Ze względu na technologię wytwarzania moduły polikrystaliczne mają zawsze prostokątny kształt i jasnoniebieski kolor, często niejednolity, z wyraźnie widocznymi kryształami.
b) monokrystaliczne – ich ogniwa przede wszystkim produkuje się z kryształu krzemu pociętego na plastry o grubości 0, 1-0, 3 mm. Moduły te możemy rozszyfrować po takiej oto barwie – z reguły jest ona czarna lub ciemnoniebieska.

Należy wiedzieć, że poza widocznymi gołym okiem różnicami w barwie moduły monokrystaliczne mają trochę wyższą sprawność niż polikrystaliczne, a dzięki temu przy samej powierzchni ich moc jest o 20-30 Watów wyższa (w przypadku typowego modułu składającego się z sześćdziesięciu ogniw). Ponadto, oprócz tych dwóch najbardziej popularnych są jeszcze moduły perowskitowe, wielozłączowe, cienkowarstwowe oraz ogniwa oparte na materiałach organicznych. Jednak ich udział w rynku jest szczątkowy. W ostatnich kilku latach zdominowały go moduły monokrystaliczne. Ich cena w przeliczeniu na jednostkę mocy jest wyższa niż polikrystalicznych, co najwyraźniej ma mniejsze znaczenie dla inwestorów niż uzyskanie większej mocy z tej samej powierzchni. Natomiast tańsze, mniej sprawne moduły polikrystaliczne są lepszym rozwiązaniem tylko tam, gdzie dostępna przestrzeń montażowa jest większa niż wynikająca z potrzeb energetycznych budynku. Należy wiedzieć, że moduły monokrystaliczne są produkowane w kilku odmianach, które różnią się sposobem łączenia w nich ogniw oraz typem krzemu. Klasyczne moduły fotowoltaiczne mają z przodu charakterystyczne cienkie, srebrne ścieżki, fachowo określane jako szynowody (z angielskiego „busbar”). Jakie jest ich zadanie? Należy wiedzieć, że ich zadaniem jest przewodzenie prądu elektrycznego, który jest wytwarzany przez ogniwa. Cofając się wstecz należy wspomnieć, że najstarsze moduły miały dwa szynowody. Wraz z rozwojem technologii liczba szynowodów była powiększana, a ich przekroje zmniejszane. Wszystko po to, aby efektywność odprowadzania prądu z powierzchni ogniwa była jak największa. Większa liczba cieńszych szynowodów to niższy opór i dzięki temu otrzymujemy wyższą sprawność. W ostatnim czasie standardem są minimum cztery, a niektórzy producenci oferują moduły z sześcioma, a nawet dziewięcioma szynowodami. Pamiętajmy znów o tym, że rozwiązanie z trzema-czterema szynowodami jest już technologicznie stare i warto brać to pod uwagę, kiedy natkniemy się na takie w ramach promocji i wyprzedaży.

Poznajmy więc takie oto rozwiązania technologiczne:

1) Moduły All-Back-Contact – należy wiedzieć, że jest to rozwiązanie o jednej z najwyższych sprawności jakie obecnie oferuje nam rynek, w którym zarówno szynowody, jak i wyróżniające się srebrne nitki elektrod są niedostrzegalne, bowiem umieszczono je na tylnej powierzchni ogniw. Jednolicie czarna jest ich powierzchnia. Ta mała wydawałoby się na pozór zmiana pozwala uzyskać nie tylko dystyngowany design, ale też wyższą sprawność wynikającą z lepszego odprowadzania ciepła, a w konsekwencji większą produkcję energii, szczególnie w bardzo ciepłe dni. Warto też wiedzieć, że ogniwa do modułów All-Back-Contact są produkowane z krzemu typu N, a nie typu P, jak w przypadku modułów klasycznych, co także przekłada się na bardzo wysoką sprawność przekraczającą 22%. Dla kogo polecany jest ten rodzaj modułów? Ten rodzaj modułów jest polecany szczególnie tam, gdzie jest bardzo ograniczona przestrzeń montażowa. Niestety pamiętajmy o tym, że w przeliczeniu na jednostkę mocy, te moduły są prawie dwa razy droższe od klasycznych.
2) Moduły MWT – są to moduły, w których przednie szynowody zostały przeniesione na tylną powierzchnię ogniwa. Ta mała wydawałoby się na pozór zmiana umożliwia osiągnięcie wyższej sprawności oraz korzystniejsze odprowadzenie ciepła, i w efekcie większą produkcję energii, zwłaszcza w bardzo ciepłe dni. Dla kogo jest polecany ten rodzaj modułów? Ten rodzaj modułów jest szczególnie polecany inwestorom chcącym zmieścić generator o dużej mocy na południowej połaci dachu, o ograniczonej powierzchni montażowej, w miejscach, gdzie słaba wentylacja modułów będzie powodować ich silne nagrzewanie.
3) Moduły z ogniwami ciętymi na pół (HCC) – należy wiedzieć, że w ostatnim czasie większość pierwszoligowych producentów wprowadziła do sprzedaży moduły, w których klasyczne ogniwa są przecięte na pół. W efekcie moduł HCC („half cut cells”) ma nie sześćdziesiąt, tylko aż sto dwadzieścia ogniw, tyle że mniejszych o połowę. Cięcie ogniw na pół umożliwia o połowę zmniejszyć płynący w nich prąd. Pamiętajmy, że im jest on mniejszy, tym mniejsze są jego straty, przy czym zmniejszanie go o połowę powoduje zmniejszanie strat na przewodzeniu aż czterokrotnie. Kolejną dobrą stroną modułów HCC jest podział ogniw na dwie grupy po 60 sztuk – powoduje to mniejszą wrażliwość na zacienienie. W miejscach, gdzie cień pojawia się często na przykład blisko drzew, kominów czy jaskółek pracują znacznie wydajniej niż tradycyjne. Dla kogo polecany jest ten rodzaj modułów? Ze względu na największą odporność na zacienienie możemy je polecić inwestorom, którzy będą montować fotowoltaikę na dachu wielospadowym z licznymi załamaniami, a także na gruncie.
4) Technologia SWCT („Smart Wire Connection Technology”) – ta technologia charakteryzuje się tym, że zastąpuje szynoprzewody łączące ogniwa siecią mikroprzewodów. Takie rozwiązanie zmniejsza wrażliwość modułów na mikropęknięcia oraz powstawanie tak zwanych gorących punktów (hot spotów), które stają się problematyczne w momencie, kiedy moduły znajdą się w półcieniu. Wtedy przez ogniwa zaczyna przepływać prąd wsteczny. Powoduje to rozgrzewanie miejsc, w których wystąpiły tego typu mikrouszkodzenia, a to prowadzi do miejscowego przegrzewania się modułów, przez co szybciej się starzeją i zmniejsza się ich sprawność. Dlatego też dodajmy, iż moduły z technologią SWCT możemy śmiało okrzyknąć za trwalsze niż klasyczne.

Dodaj komentarz