Instalacja fotowoltaiczna – od czego zacząć?
Jeszcze kilka lat temu instalacje fotowoltaiczne były uznawane za niszę, obecnie są głównym elementem systemu energetycznego wielu krajów Europejskich. Fotowoltaika jest dzisiaj jedną z najbardziej konkurencyjnych form produkcji energii elektrycznej w Europie, przykładowo w Polsce funkcjonuje już ponad 1 MW działających elektrowni słonecznych. Dotychczasowy rozwój fotowoltaiki opiera się głównie na mikroinstalacjach w sektorze budownictwa mieszkaniowego, te z kolei są rezultatem rządowych programów dopłat np. „Mój prąd”. Dlatego w poniższym wpisie omawiam, z czego składa się podstawowa instalacja fotowoltaiczna oraz co warto wiedzieć przed jej wykonaniem.
Rynek branży fotowoltaicznej w Europie
Rynek instalacji fotowoltaicznej jest najszybciej rozwijającym się sektorem Odnawialnych Źródeł Energii
w Polsce oraz w Europie. Według corocznego raportu przygotowywanego przez SolarPower Europe[1],
rok 2019 rok okazał się rekordowy pod względem liczby instalacji PV i mocy zainstalowanych. W Europie zainstalowano 16,7 GW, co oznacza ponad 100-proc. wzrost w porównaniu z 8,2 GW na koniec 2018 roku. Prym wiodły Hiszpania (wzrost o 4,7 GW), Niemcy (4 GW), Holandia (2,5 GW), Francja (1,1 GW). Reszta krajów Europejskich m.in. Litwa, Czechy, Węgry odnotowały łączny wzrost w wysokości 0,6 GW. Rosnąca popularność branży fotowoltaicznej w Europie to m.in. efekt spadających kosztów technologii.
Rozwój branży PV napędzają także unijne cele klimatyczne dot. emisji dwutlenku węgla do 2050 roku.
W porozumieniu paryskim kraje Unii Europejskiej zobowiązały się wdrożyć ambitną politykę klimatyczną, polegającą na neutralności emisyjnej. Oznacza to, że wszystkie światowe emisje gazów cieplarnianych będą musiały zostać zrównoważone przez pochłanianie dwutlenku węgla. Pochłaniaczem węgla określa się każdy system, który pochłania więcej dwutlenku węgla niż emituje. Głównymi naturalnymi pochłaniaczami węgla są gleba, lasy i oceany. Pamiętajmy, że sektor budownictwa jest jednym z głównych źródeł emisji dwutlenku węgla, reprezentując jedną trzecią globalnej emisji gazów cieplarnianych.
Główną przyczyną takiego stanu rzeczy jest bardzo niska efektywność energetyczna budynków, wynikająca z bardzo słabej izolacji lub jej całkowitego braku.
Dlatego jednym ze sposobów na wspieranie neutralności emisyjnej, jest wdrażanie czystych technologii budownictwie mieszkaniowym, należą do m.in. docieplenie przegród, systemy fotowoltaiczne, pompy ciepła, elektrownie wiatrowe, instalacje solarne. Jednak by te działania przyniosły oczekiwany efekt istotne jest w jakiej kolejności są zastosowane. Najpierw należy ograniczyć straty ciepła do minimum poprzez docieplenie budynków, wymianę okien i drzwi, a następnie dostarczyć energię z najbardziej opłacalnych odnawialnych źródeł energii, by na końcu uzupełnić zapotrzebowanie na energię wykorzystując paliwa kopalne.
Elementy instalacji fotowoltaicznej
Niezbędnym elementem każdego budynku energooszczędnego jest nie tylko odpowiednia izolacja budynku, energooszczędne źródło ciepła – ale również domowa elektrownia słoneczna. Dzięki domowej elektrowni słonecznej możemy produkować prąd i obniżyć rachunki za energię elektryczną. Wyprodukowaną energię możemy wykorzystać w gospodarstwie domowym lub odprowadzać do sieci elektroenergetycznej. Każda instalacja fotowoltaiczna składa się z wielu elementów, które wpływają na to, jak będzie funkcjonował system oraz jaki będzie jego koszt.
Elementy instalacji fotowoltaicznej
- Panele fotowoltaiczne
- System montażowy
- Falownik PV
- Licznik dwukierunkowy
- System monitoringu instalacji fotowoltaicznej
- Elementy zabezpieczające instalacje PV
- Głównym elementem instalacji są panele fotowoltaiczne, (te od renomowanych producentów są wysokiej jakości, głównie krzemowe) y których moc jednostkowa waha się od 270 do nawet 350 W. Pojedynczy panel fotowoltaiczny może ważyć od 19 do 21 kg, aby przymocować go trwale do warstwy wykończeniowej dachu – stosuje się gotowe systemy montażowe. Do połaci dachowych krytych np. dachówką ceramiczną, stosuje się specjalnie przeznaczone do tego zestawy złożonych z haków i śrub mocujących ze stali kwasoodpornej. W przypadku połaci dachowej wykonanej z blachodachówki, mocowanie do krokwi odbywa się za pomocą szpilek.
Montaż paneli fotowoltaicznych – mocowanie do blachodachówki Kolejnym ważnym elementem jest falownik, montowany wewnątrz budynku odpowiada za zamianę prądu stałego (wyprodukowanego w instalacji fotowoltaicznej) na prąd zmienny wykorzystywany do zasilania urządzeń w domu. Falowniki w zależności od mocy mogą być jedno- lub trójfazowe, mogą być również transformatorowe i beztransformatorowe.
Po zamontowaniu systemu fotowoltaicznego, operator sieci musi mieć możliwość pomiaru zarówno energii pobranej jak i przesłanej do sieci. Odbywa się to poprzez montaż licznika dwukierunkowego, którego zadaniem jest zliczanie energii elektrycznej, którą wytworzyła instalacja fotowoltaiczna oraz tej pobranej z sieci publicznej. Montowany jest na koszt operatora sieci po złożeniu odpowiedniego wniosku o przyłączenie instalacji fotowoltaicznej.
Z kolei system monitoringu służy do domiaru wydajności instalacji fotowoltaicznej. Dostęp do niego uzyskujemy najczęściej poprzez internet – taką funkcję posiadają najczęściej falowniki, które umożliwiają monitorowanie produkcji prądu w ujęciu. Można wyposażyć instalację fotowoltaiczną w dodatkowy licznik, który umożliwi również analizowanie wykresów zużycia energii elektrycznej.
Zabezpieczenie instalacji PV
Warto również wspomnieć o właściwym zabezpieczeniu instalacji PV, każdy system fotowoltaiczny jest narażony na wyładowania atmosferyczne i przepięcia, dlatego konieczne jest stosowanie ograniczników przepięć. Jeśli długość przewodu między modułami fotowoltaicznymi a inwerterem solarnym nie przekracza 10 metrów – to wystarczy zainstalować pojedynczy ogranicznik przepięć np. przed inwerterem solarnym.
Każda instalacja powinna być również wyposażona w zabezpieczenie, pozwalające w razie pożaru odłączyć inwerter od paneli fotowoltaicznych – oraz od sieci energetycznej (wyłącznik główny).
Rozłączenie takie powinno gwarantować przerwę w obwodach zarówno po stronie prądu stałego, jak i po stronie prądu zmiennego.
Moc instalacji fotowoltaicznej
Decydując się na wykonanie instalacji fotowoltaicznej, w pierwszej kolejności powinniśmy wziąć pod uwagę powierzchnię dachu – na której planujemy montaż paneli fotowoltaicznych. Prawdą jest, że moc instalacji fotowoltaicznej a tym samym uzysk wyprodukowanej energii może być zróżnicowany. Projektant branżowy analizując powierzchnię dachu, jego nachylanie oraz usytuowanie względem południa może zaproponować taką moc instalacji fotowoltaicznej, aby pokrywała zapotrzebowanie gospodarstwa domowego na energię elektryczną.
Mocowanie paneli fotowoltaicznych Zdarzają się przypadki, że ekspozycja dachu nie jest korzystna do wykonania instalacji fotowoltaicznej np. wschód-zachód. Wówczas dąży się do przewymiarowania instalacji fotowoltaicznej, aby w maksymalnym stopniu wykorzystać promieniowanie słoneczne w krótkim czasie ekspozycji na słońce.
Jeśli wykorzystamy moduły o mocy 300 Wp, wówczas będzie to zestaw złożony z 10-12 paneli, mocowanych do połaci dachowej. Szacowany uzysk energii elektrycznej z takiej elektrowni może wynieść 2700-3150 kWh, wystarczająco by pokryć roczne potrzeby energetyczne czteroosobowego gospodarstwa domowego.
Projekt instalacji fotowoltaicznej
Projekt instalacji fotowoltaicznej najlepiej wykonać równolegle z projektem architektoniczno-budowlanym, po pozwoleniu na budowę. Na tym etapie mamy większą swobodę w rozplanowaniu modułów fotowoltaicznych, możemy zmienić kąt dachu czy przesunąć kolidujące okna połaciowe, wywiewy kanalizacyjne itd. Jeśli mamy natomiast do czynienia z budynkiem istniejącym, przed realizacja projektu konieczna będzie wcześniejsza wizja lokalna wraz z inwentaryzacją dachu – wraz z oknami, lukarnami, kominami oraz wszelkimi elementami.
Rys. 1. Przykładowe posadowienie modułów fotowoltaicznych w górnej części dachu budynku Najlepiej, jeżeli panele fotowoltaiczne będą montowane w kierunku południowym, z nachyleniem 30-40 st. Przy dachach skośnych nie mamy możliwości ustawienia paneli pod kątem innym, niż pozwala nam na to dach – raczej unika się budowania dodatkowych konstrukcji wsporczych.
Błędy montażowe związane z posadowieniem modułów fotowoltaicznych mogą być przyczyną korozji czy przecieków w połaci dachowej. Warto wspomnieć, że w projekcie instalacji fotowoltaicznej powinno się znaleźć dodatkowe zestawienie materiałów – potrzebne do wykonania instalacji oraz wytyczne w zakresie wykonawstwa, zachowania bezpieczeństwa i zasad higieny pracy.
Przepisy, normy, bezpieczeństwo
Aby działać zgodnie z wytycznymi Ustawy prawo budowlane i jednocześnie dbając o bezpieczeństwo pożarowe należy uzgodnić projekt instalacji PV z rzeczoznawcą ds. zabezpieczeń ppoż. i dokonać zgłoszenia do Państwowej Straży Pożarnej instalacje o mocy > 6,5 kW.
Stowarzyszenie Branży Fotowoltaicznej opublikowało pierwszy w Polsce poradnik ze wskazówkami wykonania bezpiecznej pożarowo instalacji fotowoltaicznej „Fotowoltaiczny dekalog dobrych praktyk. 10 zasad bezpiecznej instalacji PV ppoż.”.
Instalacja fotowoltaiczna – przewodnik POBIERZ:
Fotowoltaiczny dekalog dobrych praktyk. 10 zasad bezpiecznej instalacji PV ppoż
Stosowanie odpowiednich narzędzi, szybkozłączek tego samego typu oraz odpowiednie kontrole – momentów dokręcenia, pomiary elektryczne czy pomiary kamerą termowizyjną – pozwalają w prosty sposób uniknąć wielu problemów, które na etapie użytkowania mogłyby stać się przyczyną pożaru.Istotne jest również, aby przegroda budowlana oddzielająca instalację fotowoltaiczną od wnętrza budynku zawierała ciągłą, niepalną warstwę, np. w postaci izolacji cieplnej. Zapobiega to przejściu ewentualnego pożaru od instalacji PV do wnętrza budynku, w którym chcemy być bezpieczni, i na odwrót. Instalacja powinna być wyposażona w odpowiednio oznaczony wyłącznik prądu, zlokalizowany w łatwo dostępnym miejscu (choć nie da się całkowicie wyłączyć prądu AC, ponieważ panele cały czas go produkują).
Pamiętajmy także, że odpowiednie oznakowanie instalacji pozwala na sprawniejsze przeprowadzenie akcji ratowniczo-gaśniczej a najczęstszą przyczyną pożarów instalacji fotowoltaicznych są uszkodzenia mechaniczne i błędy montażowe. Dlatego regularne przeglądy serwisowe i szybkie wykonywanie niezbędnych napraw to podstawa bezpiecznych instalacji fotowoltaicznych.
[1] https://www.solarpowereurope.org/eu-solar-boom-over-100-solar-market-increase-in-2019/
Autor tekstu:
Damian Czernik
mgr inż. Damian Czernik, projektuje instalacje sanitarne dla budynków pasywnych i energooszczędnych, członek Niemieckiego Instytutu Budownictwa Pasywnego w Darmstadt, autor tekstów w tematyce budownictwa i odnawialnych źródeł energii.
Opinie