Hogyan válasszunk szerkezetet a fotovoltaikus modulokhoz? A jól megválasztott PV szerkezet egyensúlyt tart a költségek, a teljesítmény és a tartósság között .

Ebben az útmutatóban olyan témákat fogunk megvitatni, mint például:

• a fotovoltaikus berendezés teljesítményének kiválasztása ,
• a PV szerkezetének optimális dőlése ,
• a PV szerkezetek különböző konfigurációi ,
• a szerkezet földhöz való rögzítésének kiválasztása ,
• a szerkezet anyagának kiválasztása ,
• a szerkezet minőségének felmérése .

Lásd: rendelkezésre álló lehetőségek földelt fotovoltaikus szerkezetekhez

Ez a cikk nem terjed ki a nyomkövető rendszerekre, a kelet-nyugati elrendezésű telepítésekre vagy a függőlegesen szerelt agrofotovoltaikus modulokat tartalmazó szerkezetekre.

Kezdjük az igényeinek megbeszélésével.

A fotovoltaikus berendezés teljesítményének kiválasztása

A telepítési teljesítmény megfelelő megválasztása jelentős lehetőségek széles skáláját kínálja. Hibát követünk el, ha a berendezés teljesítményét tetszőleges matematikai feltevések alapján választják ki, mint például az 1 kWp/1000 kWh éves energiafogyasztás elve. Nem kell túlzottan aggódni a telepítés „túlméretezéséből” származó esetleges veszteségek miatt.

A legtöbb európai országban és minden számlázási rendszerben (a nettó mérés kivételével) minél nagyobb a fotovoltaikus energia, annál jobb . 40.000 kWh éves fogyasztáshoz 30, 40, 50, 60, vagy akár 70 kWp teljesítményű telepítést is választhat! Nem lenne hiba. Miért?

• A nagyobb telepítés alacsonyabb egységköltséget jelent minden kWp-re.
• A modulok teljesítményük körülbelül 10%-át veszítik el 25 év alatt.
• A telepítés bővítése jelentős többletköltséggel jár.
• Minden számlázási modellnél (a nettó mérés kivételével) az éves energiatöbblet pénzügyi előnyökkel jár.
• A telepítés elszennyeződik és veszít a hatékonyságából. Gazdasági szempontból jobb további modulokba fektetni, mint rendszeresen pénzt költeni a tisztításukra. Tipikus körülmények között az ötévenkénti tisztítás tűnik optimálisnak.
• Nem ismerünk senkit, aki azt mondaná, hogy "túl sok a PV". Sokakat ismerünk, akik azt mondják, hogy "több PV-t kellett volna vennem".
• Az energiafogyasztás folyamatosan növekszik. A "túlméretezett" létesítmény építése figyelembe veszi a kereslet jövőbeni növekedését.

Ezért azt javasoljuk, hogy a lehető legnagyobb beépítési teljesítményt válasszon , figyelembe véve az olyan korlátozásokat, mint például:

• költségvetés
• elérhető tér
• csatlakozási teljesítmény

A telepítés legkényelmesebb teljesítményének matematikailag pontos meghatározása nem képezi ennek a cikknek a tárgyát, és nem is teljesen lehetséges. A "túlméretezett" létesítmények mítoszának leküzdése azonban nagyon fontos.

Az ügyfelek gyakran üres helyeket hagynak a szerkezeten, ami nem költséghatékony.

Fotovoltaikus modulok lejtése kisebb telepítésekben

Ha úgy gondolja, hogy 50 kWp-nál kevesebb fotovoltaikus modul elegendő lesz az Ön igényeinek kielégítésére - jó hírünk van! Az ilyen méretű telepítések egy sorban is megvalósíthatók , így nem kell attól tartania, hogy egy sor modul árnyékot vet a mögötte lévő sorra. Ebben az esetben az optimális lejtő kiválasztása meglehetősen egyszerű.

Az optimális lejtés a régióra jellemző szélességi foktól és időjárási viszonyoktól függ . Európában egy műholdadatokon alapuló tudományos közlemény szerint 20° és 50° között mozog:

A fotovoltaikus modulok optimális dőlésszöge régiótól függően két rendszer adatai alapján. A bal oldalon a PV-GIS, a jobb oldalon az ECEM található. Forrás -  Yves-Marie Saint-Drenan, Megközelítés a több európai országban előállított összesített fotovoltaikus energia meteorológiai adatok alapján történő becslésére , ResearchGate .

Optimális dőlésszögek a kiválasztott helyekhez a fent említett forrás alapján:

• Gdańsk - 36°
• Szicília - 33°
• Edinburgh - 40°

A PV modulok lejtése és a sorok közötti távolság nagyobb telepítéseknél

Nagyobb telepítéseknél (általában 50 kWp felett, de ez függ a rendelkezésre álló szerelési helytől) a telepítést több, egymás mögött elhelyezett állványon kell megtervezni.

Ezek a sorok árnyékot vetnek , ezért egymástól bizonyos távolságra kell elhelyezkedniük . Minél nagyobb a modulok dőlésszöge, annál nagyobb a szükséges távolság. Ezzel szemben minél nagyobb a távolság, annál nagyobb felületet foglal el a berendezés . Az optimalizált telepítés egyensúlyt tart ezen változók között.

kép Árnyékot vetnek a modulok sorai egy nagy telepítésben:

Mit lehet tenni a telekterület optimális kihasználása és az árnyékolás miatti veszteségek csökkentése érdekében?

Először is csökkentse a fotovoltaikus modulok dőlését . Az éves termelés különbségei nem túl nagyok, és ez a csökkentés lehetővé teszi a sortávolság csökkentését. Az alábbi táblázat egy példa összefüggést mutat be a dőlésszög, az éves termelés (az árnyékolás nélkül) és a szükséges sortávolság között:

 Bogusław Szymański "Fotóvoltaikus installációk" című könyve alapján

Ahogy a fenti példában is látható, az éves termelést maximalizáló dőlésszög jelentősen rontja a helykihasználást. A szög 20°-ra csökkentése jelentősen csökkenti a távolságot és fenntartja a magas termelékenységet.

Ezért a gyakorlatban Franciaország, Németország és Lengyelország szélességi fokán a PV-modul dőlésszöge nem haladja meg a 25°-ot.

Mind a modulok alacsony dőlése, mind a tömbök közötti nagy hézagok láthatók a következő videón egy 10,4 MW-os észtországi fotovoltaikus farmról

A modulok közötti távolság kiszámítása

Ha a célfüggvényt úgy definiáljuk, hogy december 22-én (azaz a téli napforduló napján) nincs árnyékolás a déli órákban, a sorok közötti távolság a következő képletekkel számítható ki:

kép A PV modulok közötti távolság kiszámítása

β - a PV modulok dőlésszöge

α - beesési szög az év legkevésbé napsütéses napjain.

• α = 90° - szélesség - 23,45°

d - a moduloszlop magassága

x - az egyik sor vége és a következő sor eleje közötti távolság

• x = sin(β) × d / tg(α)

y - a sorok közötti távolság

• y = d × sin(180° - β - α) / sin(α)

A fenti képlet alkalmazásával szinte teljes mértékben elkerülhető az árnyékolás. Ennek ellenére a sorok közötti távolság csökkentése előnyös lehet a jobb térkihasználás érdekében. Ez annál jelentősebb, minél északabbra található a létesítmény. Ez bizonyos termelési veszteségek elfogadását jelenti . Szerencsére olyan technológiák, amelyek korlátozzák ezeket a veszteségeket, már évek óta rendelkezésre állnak a piacon.

A modulok iránya és típusa

A fotovoltaikus modulokat bypass diódák több részre osztják . A mély árnyékolás a teljes szakasz leválasztását okozza. Ez a sejtvédelem érdekében történik.

A régi, de még mindig előforduló, egész cellákat tartalmazó modulok teljesen lekapcsoltak, amikor az alsó részük árnyékba került. A vízszintes rögzítés segített a veszteségek korlátozásában. A fotovoltaikus modulok jelenlegi generációja (ún. félbevágott) a modult 6, részben független részre osztja. Függőleges és vízszintes felszerelésre egyaránt alkalmasak.

A modulok típusa és tájolása, valamint az árnyékolási veszteségek közötti összefüggést az alábbi ábra írja le.

 
A rajzon: A modul egy része használaton kívül a modultól és tájolástól függő árnyékolás miatt

A - egész cellák függőlegesen - veszteségek 100%

B - teljes sejtek vízszintes veszteségei 66%

C - félbevágott vízszintes veszteség 66%

D - félbevágott függőleges veszteség 50%

Az oválisok a söntdiódák által meghatározott modul áramköreit jelzik. A piros oválisok az árnyék által letiltott áramkörök.

A fotovoltaikus panelek méretei

A piacon nagyobb és kisebb fotovoltaikus modulokkal egyaránt találkozunk. A különbségek igen jelentősek lehetnek. Általában azonban a nagyobb (erősebb) modulok választása alacsonyabb teljesítményre vetített telepítési költséget jelent (PLN/kWp).

Nem szabad elfelejteni, hogy: 

• A nagyobb modulok nagyobb áramot termelnek , amihez megfelelő invertert kell választani. A legnagyobb modulok által termelt áram meghaladja a kisebb inverterek képességeit, amelyeket kisebb telepítésekhez terveztek. A 10 kWp alatti telepítéseknél kisebb fotovoltaikus modulokat kell választani.
• A nagyobb modulok kevésbé tartósak , ami azt jelenti, hogy csak ellenőrzött gyártóktól vásárolja meg őket.

Fotovoltaikus panelek szerkezete - különböző konfigurációk ára

A szabványos fotovoltaikus szerkezetek a következők szerint oszthatók fel:

• a támaszok száma 

Az egytartós rendszerek olcsóbbak, de ugyanakkor kevésbé merevek és stabilak. Nem használhatók alacsony teherbírású talajon.

Egy támogatás	Két támaszték
Talajépítés T2V	Talajépítés N2V

• modulok függőleges vagy vízszintes elrendezése
  A választás gyakran esztétikai megfontolásokon múlik. A kivitelezés költsége hasonló, a félbevágott moduloknál pedig a beépítés tájolástól függetlenül jobban ellenáll az árnyékolásnak.

Függőleges elrendezés	Vízszintes elrendezés
Talajszerkezet N3V	Talajszerkezet N3H

• Sorok száma
  A sorok száma a tájolással együtt befolyásolja a moduloszlop magasságát, ami viszont befolyásolja egyetlen telepítési táblázat teljesítményét.

Egy sor	Két sor
Talajszerkezet T1V	Földszerkezet N2V
Három sor	Négy sor
Földszerkezet N3H	Földi szerkezet N4H

Hogyan válasszunk anyagot a szerkezethez

A szerkezet rozsdamentes acélból , alumíniumból és normál szerkezeti acélból készül, cinkkel és magnéziummal bevonva.

Az Altamira zászlóshajója a feszített betonból készült szerkezetek ( N2V-STR , N3V-STR , N3H-STR , N4H-STR , N5H-STR ), ami a vasbetonhoz hasonló kompozitot jelent, azzal a különbséggel, hogy az acélrudak feszített. mielőtt kiöntik a betont. A feszített betonoszlopokat cölöpverővel verik a talajba (amit a normál beton nem bírt el), és szabványos szerkezeti acélelemeket rögzítenek hozzájuk.

A feszített beton használata lehetővé teszi a beruházási költségek optimalizálását a használati értékek csökkenése nélkül.

Szerkezeti acél	Feszített beton
Talajszerkezet N4H Garancia: S350 acél építése - 25 év Bevonat (Magnelis®) ZM430 - 25 év	Talajszerkezet N4H-STR Az előfeszített beton körülbelül 30%-kal olcsóbb Garancia: Feszített beton és S350 acél -30 év Bevonat (Magnelis®) ZM430 - 25 év

 Az alábbiakban egy videó, amely bemutatja, hogyan néz ki a feszített betonszerkezetek cölöpverése.

Hogyan illesztjük a PV szerkezetet az aljzathoz

Három fő módja van a szerkezet rögzítésének az aljzathoz.

A legnépszerűbbek a döngölt rendszerek . Megfizethetőek, egyszerűek és gyorsan telepíthetők, jól működnek ott, ahol a talaj nem mocsaras vagy túl laza.

Kisebb teherbírású helyeken a csavaros profilok jobban teljesítenek. Használhatók ott, ahol nagyobb ellenállásra van szükség az extrakcióval szemben.

A betonalapokat olyan helyeken használják, ahol a talaj mocsaras, nagyon laza, vagy ahol fennáll a föld alatti infrastruktúrával (vezetékekkel vagy csövek) való ütközés veszélye.

A minőség értékelése, azaz a tartószerkezetekre vonatkozó tanúsítványok és szabványok

A biztonságos használatot csak az adott országban érvényes szabványoknak megfelelő szerkezet garantálja. Néha az ügyfelek aggódnak, hogy az X vagy Y cég termékei valóban jól készültek-e. Szerencsére az acélszerkezetek készítése az évek során tökéletesedő művészet, és a megfelelő tanúsítványok megléte megfelelő biztosíték a befektető számára. 

Az alapvető európai bizonyítványok listája:

• Acél és alumínium szerkezetek kivitelezése:
  - EN 1090-1+A1 - A szerkezeti elemek megfelelőségértékelésének elvei
  - EN 1090-2+A1 - Acélszerkezetek műszaki követelményei
  - EN 1090-3 - Alumínium szerkezetek műszaki követelményei

• Szerkezetekre gyakorolt hatások:
  - EN 1991-1-3 - Hóterhelés
  - EN 1991-1-4 - Szélhatások

Az európai szabványokat fordító nemzeti megfelelők a megfelelő megjelöléssel kezdődnek. Például az EN 1090 lengyel megfelelője a PN-EN 1090. A német megfelelője a DIN-EN 1090, a brit pedig a BS-EN 1090.

További tanúsítványok, amelyek bizonyos szerkezetekre vonatkoznak:

• EN 1992-1-1 - beton és feszített betonszerkezetek
• EN 1993-1-1 - az acélszerkezetek szilárdságát meghatározó szabályok
• EN 1993-1-3 - kiegészítő profilokhoz és lemezekhez
• EN 1993-1-5 - kiegészítő lemezes szerkezetekhez

Korrozióállóság

A zord környezetben használt szerkezeteket az EN ISO 9227 szabvány szerint kell tesztelni. 

A védőbevonattal borított acélszerkezetek kezelésekor a bevonat korrózióállóságát is értékeljük. A fotovoltaikus szerkezetek minimális korróziós osztálya C3 az EN ISO 12944-2 szerint. A nagyobb légszennyezettségű területeken C4, nagyon magas szennyezettség esetén pedig C5 ellenállási osztályú terméket kell keresni.

Az általunk használt bevonat, a Magnelis® C5 korrózióállósági osztályú .