Szukaj na tym blogu

niedziela, 30 grudnia 2012

Instalacja paneli fotowoltaicznych a strefy zacienienia na dachu

Na blogu wielokrotnie wspominałem o konieczności unikania zacieniana paneli fotowoltaicznych przy projektowaniu instalacji fotowoltaicznych. Niestety w przypadku instalacji dachowych niema możliwości całkowitego uniknięcia okresowego zacienienia z uwagi na powszechnie występujące na dachach zacieniające elementy konstrukcyjne jak kominy, jaskółki, anteny itp. 

Strefy zacieniania na dachu skierowanym na południe
Strefy zacieniania na dachu skierowanym na południe

Projektując rozplanowanie modułów na dachu należy wziąć pod uwagę strefy zacienienia, które będą tworzone przez elementy konstrukcyjne. Na wschód i zachód od takiego obiektu rzucającego cień, w najbliższym sąsiedztwie będą rozciągać się strefy wysokiego zagrożenia cieniem (obszar pomarańczowy), w którym umieszczenie panelu będzie skutkowało ponad 10% spadkiem wydajności. W tej strefie bezwzględnie nie należy instalować paneli gdyż będą one powodowały wysokie straty wydajności w całej instalacji. Strefa umiarkowanego zagrożenia cieniem (obszar żółty), w którym umieszczenie panelu będzie skutkowało spadkiem wydajności od 2 - 5%. W tej strefie w przypadku braku wystarczającej powierzchni na dachu można montować panele. Ważne, jednak, aby panel w tej strefie był odpowiednio ustawiony (pionowo) celem zminimalizowania skutków zacienienia. Strefa niskiego zacienienia (obszar zielony). Strefa ta zajmuje często obszar większości połaci dachu. Straty wynikające z zacienienia w tej strefie są zazwyczaj poniżej 1% i jest to obszar, w którym instaluje się panele. W przypadku instalacji modułów na dachu, w którym będą występować zacienienia ważne, aby zastosowany inwerter posiadał mechanizm szukania globalnego punktu mocy maksymalnej w innym wypadku straty wynikające z zacienienia będą proporcjonalne do strat najbardziej zacienianego modułu.  W przypadku licznych zacienień na dachu warto rozważyć konfigurację instalacji w oparciu o mikroinwertery które w znaczącym stopniu ograniczają skutki zacienienia.

Strefy zacieniania na dachu skierowanym na południowy wschód
Strefy zacieniania na dachu skierowanym na południowy wschód

Strefy zacieniania na dachu skierowanym na południowy wschód
Strefy zacieniania na dachu skierowanym na południowy wschód

 Jeżeli budynek nie jest skierowany idealnie na południe elementy zacieniające na dachu będą rzucać cień bardziej na wschodnią lub zachodnią część dachu. W przypadku odchylenia południowej elewacji dachu w kierunku południowo wschodnim (SE). Bardziej zacieniana będzie część dachu na wschód od przeszkody (patrząc na wprost na dach strona prawa). W przypadku odchylenia południowej elewacji dachu w kierunku południowo zachodnim (SW). Bardziej zacieniana będzie część dachu na zachód od przeszkody (patrząc na wprost na dach strona lewa). 

W przypadku występowania elementów zacieniających na dachu oraz ograniczonej powierzchni montażu, które uniemożliwia znaczne odsunięcie modułów od stref zagrożonych cieniem, spadek wydajności poszczególnych modułów z uwagi na zacienienie warto przeanalizować w programie symulacyjnym, który wskaże poziom zacienienia poszczególnych modułów. 

Więcej o zacienieniach i optymalizacji instalacji w książce.  

czwartek, 20 grudnia 2012

Odstępy między rzędami paneli fotowoltaicznych


W przypadku instalacji usytuowanych na gruncie, jeżeli będą występować dwa lub więcej rzędów paneli fotowoltaicznych ważne jest, aby kolejne rzędy nie zacieniały się na wzajem. Krytycznym okresem jest tu zima, gdy słońce góruje bardzo nisko nad horyzontem. Z tego względu minimalną odległość między rzędami oblicza się na 22 grudnia. 

Sposób obliczenia odległości między rzędami paneli fotowoltaicznych.
Sposób obliczenia odległości między rzędami.

Rzędy paneli fotowoltaicznych zbyt blisko siebie
Rzędy paneli zbyt blisko siebie

Do szybkiej kalkulacji można przyjąć, że na 1 m wysokości rzędu paneli (wysokość h2) odległość między rzędami będzie wymościć od 3,16 metra na południu Polski do 4,49 na północy. Z uwagi na dość dużą rozbieżność w zależności od szerokości geograficznej zawsze warto tą odległość dokładnie policzyć.


niedziela, 9 grudnia 2012

quasi monokrystaliczne panele fotowoltaiczne.

Coraz większa liczba producentów wprowadza na rynek panele fotowoltaiczne zbudowane z ogniw quasi monokrystalicznych. Nowe ogniwa są hybrydą między znanymi od lat technologiami ogniw monokrystalicznych oraz polikrystalicznych. Z bliska ogniwo quasi monokrystaliczne w centralnej części zbudowane jest z monokryształu z kolei na bokach pojawiają się struktura polikrystaliczna.

Panel fotowoltaiczny quasi monokrystaliczny

Technologia produkcji quasi-mono kryształów posiada kilka ważnych zalet zwłaszcza z punktu widzenia producentów ogniw. Pozwala produkować ogniwa o parametrach wydajności zbliżonych do monokrystalicznych technologią podobną do produkcji krzemu polikrystalicznego, która jest znacznie tańsza i mniej energochłonna. Główną zaletą technologii quasi-mono jest to, że w przeciwieństwie do metody Czochralskiego produkcji monokryształów stosowany jest proces odlewania znany przy produkcji krzemu multikrystalicznego z tą różnicą, że na dno tygla dodawane są zarodki monokryształu i kontrolowana jest temperatura. Dzięki dokładnej kontroli pionowego gradientu temperatury wlewek krzem krystalizuje w dużej mierze w postaci monokryształu z pojawiającymi się kryształami na obrzeżach. Tu pojawia się kolejna zaleta dla producentów w stosunku do technologii monokrystalicznej. Wykrystalizowany krzem jest w postaci sześcianów, co pozwala bez większych strat ciąć je w kwadratowe ogniwa szczelnie wypełniające panel. W przypadku technologii monokrystalicznej kryształ krzemu jest w postaci walca, przez co ogniwa zazwyczaj wycinane są w wielokąty, aby ograniczyć straty materiału, ale takie ogniwa nie wypełniają szczelnie panelu, przez co zmniejsza się jego powierzchnia aktywna.

Z punktu widzenia konsumenta panele fotowoltaiczne quasimonokrystaliczne wydają się ciekawą ofertą. Pod względem sprawności dostępne obecnie modele często posiadają sprawność powyżej 16% (sprawność panelu) posiadają także niski temperaturowy współczynnik mocy często poniżej 0,4%/C co będzie przekładać się na wyższą wydajność w okresie letnim. Biorąc pod uwagę, że ceny paneli quasi mono są niższe od mono i nieznacznie wyższe od poli stanowią ciekawą alternatywę dla każdego inwestora szukającego wydajnych paneli w rozsądnej cenie.

sobota, 1 grudnia 2012

Proces inwestycyjny farmy fotowoltaicznej.

Obecne przepisy prawne w zakresie budowy elektrowni fotowoltaicznych są niejednoznaczne jednak można określić pewien schemat działania, który musi przejść każdy inwestor. 
Farma fotowoltaiczna
Farma fotowoltaiczna
Aktualizacja części informacji na stan 2014/2015 w artykule farma fotowoltaiczna podstawowe fakty

Zobacz także: 
Jak przygotować farmę fotowoltaiczną pod aukcję OZE.


1. Lokalizacja

Każdy inwestor, który myśli o większej elektrowni fotowoltaicznej potrzebuje działkę, na której możliwe będzie posadowienie instalacji PV oraz jej podłączenie przez energetykę. Z uwagi na interpretację GUNB zrównującą instalacje fotowoltaiczne z instalacjami kolektorów słonecznych możliwe jest "zbudowanie" farmy fotowoltaicznej w oparciu o zgłoszenie robót budowlanych w starostwie powiatowym lub nawet bez takowego zgłoszenia. Należy jednak pamiętać że interpretacja GUNB-u nie jest obowiązującym prawem a zgodnie z wieloma interpretacjami prawa budowlanego w przypadku instalacji posadowionych na wbijanych czy wkręcanych palach konieczne będzie pozwolenia na budowę. Dodatkowo zgodnie z ustawą o "planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym" Jeżeli na obszarze gminy przewiduje się wyznaczenie obszarów, na których rozmieszczone będą urządzenia wytwarzające energię z odnawialnych źródeł energii o mocy przekraczającej 100 kW, należy w studium ustalić ich rozmieszczenie. Oznacza to dla inwestora że jeżeli planuje budowę elektrowni o mocy powyżej 100 kW a w gminie jest opracowane studium lub obowiązuje plan, który dla danej działki nie uwzględnia takich inwestycji konieczne będą zmiany planu zagospodarowania przestrzennego w oparciu o przygotowane nowe studium co może trwać nawet kilka lat. Zazwyczaj łatwiej jest zrealizować proces inwestycyjny tam gdzie niema planu zagospodarowania przestrzennego. Na tym etapie należy pamiętać, że 1 MW elektrownia fotowoltaiczna w raz z odstępami technicznymi potrzebuje ok. 2 ha niezacienionego terenu.

2. Projekt koncepcyjny

Uzyskanie warunków przyłączenia od lokalnego zakładu energetycznego wymaga złożenia stosownego wniosku. Wniosek taki poza ogólnymi danymi wymaga sprecyzowania przez inwestora parametrów elektrowni oraz dołączenia niezbędnych załączników pozwalających zweryfikować parametry zastosowanych urządzeń zwłaszcza jednostek wytwórczych jak panele fotowoltaiczne i inwertery. Oznacza to, że wydane przez operatora warunki przyłączenia będą dotyczyć ściśle określonej konfiguracji elektrowni fotowoltaicznej, której nie można dowolnie zmieniać na etapie realizacji. Z tego względu projekt koncepcyjny, mimo iż często jest przez inwestorów traktowany pobieżnie ma duże znaczenie. Poprawna optymalizacja instalacji będzie rzutować na ekonomikę i proces realizacji instalacji.

3. Warunki przyłączenia

Lokalizacja wybrana pod inwestycję musi dawać możliwość przyłączenia do sieci wskazanej wielkości instalacji. Do niskiego napięcia można zazwyczaj wpiąć do kilkudziesięciu kW. Do średniego napięcia bezpośrednio za pomocą transformatora do kilku MW. Przy większych mocach kilka - kilkanaście MW koniecznej jest poprowadzenie lini do GPZ co znacząco podnosi koszty instalacji często powodując brak ekonomicznych podstaw do realizacji inwestycji. Mimo iż energetyka ma obowiązek podłączenia każdej instalacji OZE to jednak dana linia może niemieć już żadnych wolnych mocy a rozbudowa linii może być nieuzasadniona ekonomicznie. Z tego względu nie zawsze mając słup na działce możliwe będzie przyłączenie instalacji a finalnym potwierdzeniem możliwości przyłączenia jest uzyskanie warunków przyłączenie i wniesienie zaliczki 30 zł/kW (nie dotyczy przyłączenia do linii nn do 1 kV). Warunki przyłączenia wydawane są przez dystrybutora w ciągu 150 dni po złożeniu wniosku wraz z projektem umowy o przyłączenie do sieci i są ważne dwa lata. Oprócz  poprawnie wypełnionego wniosku o wydanie warunków przyłączenia zakład energetyczny będzie od nas wymagał:
  • Tytułu prawnego do gruntu (własność dzierżawa)
  • Warunków zabudowy lub Miejscowego Planu Zagospodarowania Przestrzennego (w przypadku mikroinstalacji może wystarczyć zgoda gminy na posadowienie instalacji oraz brak sprzeciwu starostwa)
  • Mapy poglądowej
Uproszczona procedura jest stosowana w przypadku mikro instalacji do 40 kW w takim przypadku jeżeli moc przyłączanej instalacji jest nie większa niż moc zamówiona w budynku wystarczy dokonać zgłoszenia przyłączenia takiej instalacji.

Opłaty 
Instalacje do 40 kW - koszty przyłączenia po stronie zakładu energetyczno 
40 kW - 5 MW - koszty przyłączenia po połowie dzielone pomiędzy inwestora a zakład energetyczny
powyjże 5 MW  - koszty przyłączenia w całości po stronie inwestora.
4. Koncesja

Posiadając tytuł prawny do gruntu i warunki przyłączenia należy rozpocząć starania o uzyskanie koncesji na wytwarzanie energii ze źródła odnawialnego, które wydawane jest przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki. Na tym etapie należy złożyć wniosek wraz z 21 załącznikami dokonać stosownej opłaty i czekać na wydanie promesy, czyli przyrzeczenia wydania koncesji. Ten etap, choć może wydawać się skomplikowany na tle etapu 1 i 3 jest łatwy do przejścia.

5. Budowa

Zakładając, że starostwo powiatowe nie wniosło sprzeciwu do zgłoszenia robót a gmina zezwoliła na posadowienie instalacji i niema jeszcze żadnych protestów społeczności lokalnej można przystąpić do "budowy" elektrowni. Na tym etapie kluczowa jest logistyka dostaw poszczególnych komponentów i prac. Elektrownie fotowoltaiczne o mocy nawet kilku MW mogą być wykonane w kilka (3- 8) tygodni pod warunkiem, że poszczególne etapy prac są odpowiednio zgrane w czasie.
  • · wykonanie fundamentów
  • · montaż stołów
  • · montaż paneli
  • · montaż inwerterów
  • · montaż i podłączenie stacji trafo

6 . Uzyskanie Koncesji od prezesa Urzędu Regulacji Energetyki, rejestracja na Towarowej Giełdzie Energii (TGE) w celu obrotu zielonymi certyfikatami i uruchomienie oraz odbiór elektrowni przez energetykę to ostatnie działania, jakie musi wykonać inwestor zanim zacznie cieszyć się pracą swojej elektrowni.

sobota, 24 listopada 2012

Jakie powinno być wsparcie dla fotowoltaiki

Prace nad projektem ustawy o OZE rozpaliły branże fotowoltaiczną do czerwoności. Wystarczy odwiedzić jakiekolwiek targi branżowe, aby zauważyć, że z końcem 2012 OZE to fotowoltaika + dodatki. Rzeczywiści zmiany w prawie, które obecnie są proponowane dają inwestorom podstawy do zainteresowania się instalacjami fotowoltaicznymi.


Typ instalacji
Współczynnik
Maksymalna wysokość wsparcia
Instalacje fotowoltaiczne o mocy zainstalowanej powyżej 100kW do 1MW montowane wyłącznie na budynkach
2,85
1015 zł
Instalacje fotowoltaiczne o mocy zainstalowanej powyżej 100kW do 1MW montowane wyłącznie poza budynkami
2,75
986 zł
Instalacje fotowoltaiczne o mocy zainstalowanej powyżej 1MW do 10MW
2,45
900 zł

Typ instalacji
Taryfa zł/kWh
Instalacja fotowoltaiczne o mocy zainstalowanej do
10kW montowane wyłącznie na budynkach
1,30
Instalacje fotowoltaiczne o mocy zainstalowanej powyżej 10 kW do100kW montowane wyłącznie na budynkach oraz instalacje fotowoltaiczne o mocy zainstalowanej do10kW montowane wyłącznie poza budynkami
1,15
Instalacje fotowoltaiczne o mocy zainstalowanej powyżej 10kW do 100kW montowane wyłącznie poza budynkami
1,10

Proponowana wysokość wsparcia w myśl nowej ustawie o OZE


Jeżeli chodzi o małe instalacje do 100 kW osobiście nie mam wątpliwości, że zasadność oraz proponowana wysokość wsparcia jest odpowiednia. Rozwój mikro źródeł jest korzystny dla bilansu energetycznego i ograniczenia strat przesyłowych. Także z uwagi na zupełny brak tego typu źródeł w Polsce przez długi czas nie będzie wpływał negatywnie na sieć elektro energetyczną. Rozwój mikro źródeł fotowoltaicznych powinien mieć także pozytywny wpływ na lokalną gospodarkę. Przy tej wielkości instalacji z uwagi na wielkość potrzebnego kapitału praktycznie każdy będzie mógł zainwestować, a instalacje te w większości wykonywane będą przez lokalne firmy. Także skumulowana moc tego typu instalacji będzie rosła w umiarkowanym tempie a biorąc pod uwagę spadające ceny urządzeń z branży PV wysokość wsparcia będzie mogła być systematycznie obniżana i nie będzie miała dużego wpływu na cenę energii elektrycznej. Sytuacja wygląda odmiennie w przypadku dużych instalacji, które w myśl nowej ustawy pozostaną w systemie zielonych certyfikatów. W tym przypadku wysoki poziom wsparcia (a obecnie mamy z takim do czynienia) może spowodować wręcz niekontrolowany przyrost zainstalowanej mocy jaki obserwowaliśmy w Czechach w 2010r. gdzie w tym małym kraju zainstalowano 1,5 GW elektrowni PV po czym rząd zmuszony był do tak drastycznych cięć że w roku kolejnym zainstalowane zostało zaledwie 10 MW, a obecne wsparcie umożliwia praktycznie montaż instalacji do 30 kW zlokalizowanych na dachu. Czesi zauważyli problem jak ceny energii poszybowały w górę a rolnicy zamiast siać kukurydzę oddawali najlepszą ziemię pod instalacje PV. Czesie nie zdawali sobie sprawy jak wiele jest w Europie kapitału, który chętnie zainwestuje w farmę fotowoltaiczną a im większa instytucja finansowa tym większy apetyt na MW. Z uwagi na prostotę budowy farmy fotowoltaicznej nawet duże obiekty rządu kilku - kilkunastu MW można wybudować w kilka - kilkanaście tygodni + procedury administracyjne. Z tego względu przy złym prawie z zbyt hojnym wsparciu zanim zostania ograniczone wsparcie można naprawdę dużo zainstalować zwłaszcza w takim kraju jak polska gdzie zmiana prawa następuje bardzo powoli.

Nowa ustawa o OZE za dużo dla dużych.

Abstrahując od systemu wsparcia mam duże wątpliwości do zasadności wspierania dużych naziemnych instalacji fotowoltaicznych biorąc pod uwagę, że powierzchnia dachów w Polsce jest wystarczająca do zaspokojenia całego naszego zapotrzebowania na energię przez zamontowane na nich instalacje PV. Dobrą zmianą w kolejnych projektach ustawy o OZE było ograniczenie wsparcia dla większych instalacji jednak w mojej ocenie jest ono niewystarczające. 10 MW to ok 20 ha wyjęte z produkcji rolnej a 900 zł/MWh przy kosztach instalacji ok 55 000 000 zł to bardzo dobry biznes dla każdej instytucji, która dysponuje takimi środkami w zapewnie nie będzie to przeciętny polski rolnik. Z punktu widzenia rozwoju prosumenckiego systemu energetycznego zasadne wydaje się ograniczenie instalacji naziemnych do max 100 kW, które łatwo można wpinać do lini średniego napięcia a czasami nawet niskiego. Z kolei brak ograniczeń mocy powinien dotyczyć systemów dachowych, aby to je opłacało się rozwijać. Jeżeli OZE rozwijamy z uwagi na ekologię to na nieużytkach sadźmy drzewa a fotowoltaikę montujmy na dachach.

niedziela, 11 listopada 2012

Wydajność instalacji fotowoltaicznej

W polskich warunkach klimatycznych optymalnie zlokalizowana usytuowana i wykonana instalacja fotowoltaiczna jest w stanie wyprodukować rocznie nieco ponad 1 000 kWh z zainstalowanego kW mocy (STC). Zazwyczaj ten wskaźnik dla poprawnych instalacji oscyluje wokół 950 - 1025 kWh/kW w zależności od technologii wykorzystanych paneli fotowoltaicznych, inwertera i lokalizacji. W przypadku instalacji, do których budowy użyte zostały urządzenia o słabych parametrach (zwłaszcza inwerter i panele fotowoltaiczne) uzysk energii może spaść nawet poniżej 750 kWh/kW. Także niektóre moduły cienkowarstwowe zwłaszcza CIGS i a-Si dają nieco niższe uzyski. W ich przypadku optymalne instalacje osiągają w Polsce ok. 910 - 970 kWh/kW co często nie dyskwalifikuje ich z instalacji z uwagi na znacznie niższą cenę. Na uzysk energii wpływ ma także sposób montażu instalacji. Optymalne ustawienie to pochylenie paneli fotowoltaicznych 30-40 stopni na południe. Każde odchylenie od kierunku południowego oraz pochylenie poza wskazany zakres będzie skutkowało spadkiem produkowanej rocznie energii. Stosując te same komponenty najwyższy uzysk będą miały instalacje wolnostojące, które naturalnie będą schładzane przez swobodny przepływ powietrza. Montaż generatora fotowoltaicznego na dachu przy zachowaniu odstępów umożliwiających wentylację zmniejsza wydajność w stosunku do instalacji wolnostojącej o 2-5%. Z kolei brak wentylacji paneli na dachu jest powodem spadku wydajności o 7-10%. Z tego też powodu w przypadku systemów zintegrowanych z dachem ważne jest wykonanie kanałów wentylacyjnych lub zastosowanie paneli wykonanych z ogniw o możliwie niskim temperaturowym współczynniku strat mocy. 

Produkcja energii z instalacji fotowoltaicznej
Porównanie produkcji energii w poszczególnych miesiącach dla instalacji o mocy 10 kW zlokalizowanych w Krakowie pochylonej 35 stopni na południe.

Wydajność instalacji fotowoltaicznej

Porównanie wydajności instalacji kWh/kW dla poszczególnych technologii. Instalacje wykonane z optymalnych komponentów dla danej technologii.

Powyższe zestawienie wyraźnie pokazuje, że uzyskanie wysokiej wydajności głównie zależy od parametrów komponentów głównie paneli fotowoltaicznych i inwertera a w znacznie mniejszym stopniu od technologii samych paneli. W przypadku analizy wykonanej dla 4 instalacji wykonanych z wykorzystaniem paneli z krzemu krystalicznego, amorficznego, CdTe i CIGS w przypadku wyboru urządzeń o dobrych parametrach różnice między najmniej wydajnymi w naszym klimacie panelami z krzemu amorficznego a najwydajniejszymi z CdTe wynosiła 5%. Z kolei analiza wykonana dla zestawu składającego się z inwertera i paneli o słabych parametrach przy tych samych założeniach usytuowania instalacji wykazała spadek produkowanej energii o 25%. (Analiza w oparciu o symulację w programie PVsol Expert).

Więcej informacji na temat wydajności instalacji fotowoltaicznych w przygotowywanej książce. Oraz na szkoleniach