Wymiarowanie instalacji fotowoltaicznej

O tym jak wygląda instalacja fotowoltaiczna, jak działa i ile orientacyjnie kosztuje pisaliśmy tutaj. Jeżeli już podjęliście decyzje o montażu tej instalacji, czas poznać zasady odpowiedniego jej wymiarowania.

 Od czego zacząć?

Dobór mocy instalacji fotowoltaicznej uzależniony jest od dwóch najważniejszych i kluczowych kryteriów:

1. dostępne miejsce montażu,
2. rzeczywiste potrzeby energii.

Analizując możliwe do montażu instalacji modułów pV miejsca, zaleca się w pierwszej kolejności przeprowadzić analizy związane z wszelkimi dachami, ponieważ te powierzchnie zazwyczaj wolne są od planów ewentualnej przebudowy lub radykalnych zmian obecnej infrastruktury technicznej. Pamiętajcie, aby w każdym przypadku przeprowadzić konsultacje z konstruktorem posiadającym odpowiednie uprawnienia, który określi możliwości dodatkowego dociążenia konstrukcji dachu.

Następnym krokiem jest analiza wszelkich możliwych elementów mogących zakłócić działanie instalacji fotowoltaicznej pod kątem pojawiającego się zacienienia. W razie konieczności należy przeprowadzić analizę zacienienia, która jednoznacznie określi możliwość lokalizacji modułów na dachu. Pojawiające się zacienienia należy w sposób szczególny przeanalizować, gdyż mogą zdecydowanie ograniczyć możliwości produkcyjne lub w skrajnym przypadku doprowadzić do uszkodzenia struktury modułu fotowoltaicznego. Przy szacowaniu możliwości montażu należy również uwzględnić istniejącą instalację odgromową, która również może spowodować ograniczenie możliwości lokalizacyjnej, przy czym istnieje możliwość przeprowadzenia wymiany zwodów odgromowych, w sposób uwzględniający planowany montaż modułów pV.

Rysunek: Szacunkowe potrzeby powierzchni dachu skośnego/płaskiego na potrzeby montażu modułów pV [źródło własne]

W przypadku braku wymaganej powierzchni lub odpowiednich warunków lokalizacyjnych, istnieje możliwość wykorzystania innych miejsc. Ograniczeniami mogą być tutaj odległości zamontowanych modułów od sieci energetycznej. Taka komplikacja może powodować spore straty, które zmniejszą ilość efektywnie wyprodukowanej energii oraz zwiększą koszty realizacji. W zasadzie możliwości montażu modułów są bardzo duże. Wykorzystuje się fasady, dostępny grunt a także wszelkie zadaszenia jak chociażby wiaty samochodowe.

Rzeczywiste potrzeby energii

W przypadku, gdy możliwości lokalizacyjne modułów na dachu nie są ograniczone, należy przeprowadzić analizę na podstawie rzeczywistych potrzeb energetycznych obiektu. W takim przypadku najlepiej posłużyć się dostępnymi na rynku narzędziami w postaci odpowiedniego oprogramowania doborowo-symulacyjnego (Przykład PV*SOL). Takie rozwiązanie umożliwia precyzyjny dobór instalacji.

Następnie określa się charakter rozbioru energii i, w odniesieniu do możliwości produkcyjnych konkretnego rozwiązania, przeprowadza analizę pracy całej instalacji. Należy podkreślić, że warto zaangażować jak największą ilość danych wejściowych, gdyż tylko w takim przypadku wyniki symulacji będą korelowały z rzeczywistością.  O ile w przypadku mikroinstalacji (instalacji do mocy 40 kW) sprawa jest stosunkowo prosta, gdyż istnieje możliwość bilansowania energii, a nadwyżki energii rozliczone są w czasie 365 dni od jej wysłania do zewnętrznej sieci elektroenergetycznej,  o tyle dla większych instalacji lub gdy istnieją formalne ograniczenia w możliwości produkcji nadwyżek, zdecydowanie warto przeprowadzić szczegółową analizę popartą dokładnymi symulacjami.

Zdarza się, że na etapie planowania instalacji zdefiniowany został wymagany efekt w postaci ilości wyprodukowanej energii. Przyjęte uzyski opierają się najczęściej na rozwiązaniu technicznie optymalnym. Warto zwrócić uwagę, że takie warunki w praktyce zdarzają się stosunkowo rzadko. Lokalizacja modułów skierowanych idealnie na południe i nachylonych pod odpowiednim kątem oraz brak jakichkolwiek elementów powodujących cień to sytuacja, która nie zdarza się często. Niekorzystne warunki należy w takim przypadku skompensować dodatkową powierzchnią modułów fotowoltaicznych. Najczęściej nie będzie wiązało się to ze zwiększeniem mocy inwertera i zmianą pozostałych elementów systemu, ponieważ gorsze warunki obniżają moc szczytową systemu fotowoltaicznego.

Wyliczenie produkcji energii

Produkcję energii elektrycznej określa się przy pomocy poniższego wzoru:

w którym:

• nasłonecznienie na powierzchnię horyzontalną (poziomą) – odczytuje się z map nasłonecznienia (przykład przedstawia rysunek 14),
• wspKor – współczynnik pozwalający przeliczyć dane o nasłonecznieniu na pochyloną powierzchnię generatora fotowoltaicznego (modułów fotowoltaicznych) z danych o nasłonecznieniu odczytanych z mapy, które są dla powierzchni horyzontalnej – tabeli współczynników korekcyjnych, gdzie w poziomie jest podany kąt odchylenia od południa, a w pionie kąt nachylenia dachu,
• Moc modułów– określa nominalną moc modułów (generatora PV) wyznaczoną w warunkach standardowych (STC) znajdująca się w karcie katalogowej,
• prom. (STC) – natężenie promieniowania słonecznego, w warunkach przy których testowane są moduły fotowoltaiczne, czyli 1000 W/m²,
• WW – współczynnik wydajności.

Współczynnik wydajności uwzględnia poziom strat dla całej instalacji fotowoltaicznej w wyniku:

• strat na kablach elektrycznych,
• strat falownika,
• strat na modułach z uwagi na temperaturę,
• strat wynikające z niskiego natężenia promieniowania słonecznego,
• strat z uwagi na zacienienie, zabrudzenie,
• strat wynikające z niedopasowania prądowego modułów,
• strat na diodach bocznikujących.