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

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

 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.  

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.

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.

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.

Produkty

Konektory MC 4 

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

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.