Planowanie instalacji

Umiejscowienie paneli

Po krótkiej analizie miejsc, w których mógłbym umieścić panele fotowoltaiczne zaplanowałem zainstalowanie paneli na dachu o pochyleniu 30*. Połać dachu ma orientację południowo-wschodnią, więc nie jest to idealne rozwiązanie, ale cóż zrobić. Mogę jeszcze powiesić koło 5 sztuk paneli po stronie południowo-zachodniej, ale w tej orientacji niestety niewiele więcej. Pierwotnie panele chciałem zamontować na garażu, ale po obserwacjach nasłonecznienia wybrałem inną stronę domu – polecam poobserwować zacienienia o różnych porach dnia, zwłaszcza jesienią i zimą, gdy słońce jest najniżej, a cienie są najdłuższe. Tam gdzie będą panele nie powinno być ani trochę cienia, gdyż spowoduje on spory spadek generowanej mocy. Dotyczy to zwłaszcza cieni od drzew, kominów, ale i od słupów, anten masztów itp. Panele powinny być tak rozmieszczone, żeby cień nie padał na żaden z nich, bo w przeciwnym wpłynie to na wydajność całej instalacji lub jeśli instalacja ma kilka stringów, to zmniejszy wydajność zacienionej sekcji.

Przymiarki

Wydajność instalacji zależy od lokalizacji, azymutu i kąta ustawienia paneli. Jakie są zależności uzysku od powyższych parametrów można sobie wyliczyć on-line na stronie PVGIS. Zanim zaczniemy cokolwiek robić, warto poświęcić parę chwil na zapoznanie się z uzyskami, które możemy osiągnąć w swojej instalacji. U mnie planowane uzyski wyglądają następująco:

Fixed system: inclination=30°, orientation=-45°
Month Ed Em Hd Hm
Jan 1.74 54.0 1.07 33.1
Feb 2.75 76.9 1.72 48.1
Mar 4.88 151 3.14 97.3
Apr 6.85 206 4.62 138
May 7.14 221 4.95 154
Jun 7.26 218 5.08 152
Jul 7.07 219 5.01 155
Aug 6.85 212 4.80 149
Sep 5.18 155 3.51 105
Oct 3.42 106 2.24 69.4
Nov 2.05 61.6 1.30 38.9
Dec 1.65 51.1 1.02 31.7
Yearly average 4.75 144 3.21 97.7
Total for year 1730 1170
Ed: Average daily electricity production from the given system (kWh)
Em: Average monthly electricity production from the given system (kWh)
Hd: Average daily sum of global irradiation per square meter received by the modules of the given system (kWh/m2)
Hm: Average sum of global irradiation per square meter received by the modules of the given system (kWh/m2)

Okazało się, że z 2kWp mogę liczyć na uzyskanie koło 1700kWh prądu rocznie, taki wynik jest skutkiem nieoptymalnego ustawienia paneli.

Dobór paneli i inwertera

Dwa kluczowe elementy instalacji fotowoltaicznej on-grid to panele i inwerter, a do nich dochodzi kilka drobiazgów.  Panele i inwerter powinny być do siebie dopasowane, tak żeby napięcie MPPT (Max Power Point Tracking) paneli było w zakresie regulacji MPPT inwertera. Dobierając jedno do drugiego warto wykorzystać aplikacje doboru, które są często udostępniane przez producentów inwerterów. Różne inwertery mają różne minimalne napięcia MPPT. Niektóre, zazwyczaj te mniejsze mają minimalne napięcie śledzenia MPPT sporo poniżej 100V (np. Mastervolt Soladin 600 ma napięcie regulacji MPPT w zakresie 45-125 V), inne zazwyczaj te większe mogą mieć minimalne napięcie powyżej 300V (np. Diehl Platinum 3800TL ma MPPT w zakresie 350-710V). Bardzo często jest ono w granicach 150-400V (Fronius seria IG), czy 175-500V (SMA Sunny Boy seria TL, podobnie seria HF) . Żeby nie kupić czegoś, czego trudno nam będzie użyć, warto zwrócić uwagę na te zakresy napięć. Gdy kupimy przykładowo inwerter SMA pracujący od 175V i planujemy zainstalować typowe panele krystaliczne na 24V (z MPPT w okolicach 25V przy 70*C), to będziemy musieli kupić co najmniej 7 sztuk takich paneli, bo inaczej inwerter po prostu nie ruszy. Przy panelach cienkowarstwowych nie ma takiego problemu, bo mają wyższe napięcia i mniejsza ich ilość pozwala na osiągnięcie wymaganego przez inwerter napięcia pracy. Stosując do wspomnianego wyżej inwertera np. 3 cienkowarstwowe panele o napięciu MPPT koło 100V i mocy po 100Wp każdy, inwerter wystartuje z nimi gdy tylko będzie odpowiednie nasłonecznienie, pozwalające na generację już kilkudziesięciu W. Mając 5 paneli krystalicznych o mocy 250Wp każdy, inwerter ten nie ruszy nawet w pełnym słońcu.
Oprócz zakresu napięć MPPT istotne dla inwertera jest maksymalne napięcie jakie może być w instalacji, powyżej którego inwerter może zostać uszkodzony. Jest to napięcie otwartej – nie obciążonej instalacji, które wystąpi przy maksymalnym nasłonecznieniu w mroźny dzień. Może się ono pojawić, również w naszej instalacji w słoneczny mroźny dzień, np. gdy energetyka wyłączy prąd i tym samym inwerter przestanie obciążać panele. Napięcie to jest podawane razem z innymi parametrami przez producentów paneli, weryfikują je również aplikacje przeznaczone do doboru elementów instalacji. Maksymalnego dopuszczanego napięcia inwertera nigdy nie należy przekraczać.
Dobór paneli do inwertera najlepiej przeprowadzić za pomocą darmowego oprogramowania udostępnianego przez producentów inwerterów, ale warto wiedzieć również jakie są zasady tego doboru. Znając zakres pracy inwertera i napięcia paneli można dopasować je do siebie łącząc szeregowo tyle paneli, żeby osiągnąć jak najwyższe napięcie w zakresie pracy inwertera nie przekraczając napięcia maksymalnego dla otwartego obwodu. W ten sposób mamy dobrany jeden string, teraz możemy go zwielokrotnić podłączając równolegle kilka identycznych stringów, aby uzyskać pożądaną przez nas moc układu. Takie rozwiązanie jest optymalne, jednak często planujemy mniejszą ilość paneli niż ono wymaga. Wtedy dobieramy ilość paneli w stringu i ilość stringów tak, by mieszcząc się w zakresie regulacji inwertera wykorzystać wszystkie panele które mamy, zachowując identyczne długości wszystkich stringów na jeden regulator MPPT w który wyposażony jest inwerter. W przypadku, gdy chcemy pokryć 2 połacie dachu, bo mamy np. połać wschodnią i zachodnią, najlepiej do tego celu uzyć inwertera z dwoma torami MPPT lub 2 niezależnych inwerterów z pojedynczym regulatorem MPPT. W ostateczności można założyć 2 identyczne sekcje na 2 połaciach i podpiąć je do jednego toru MPPT, ale jest to rozwiązanie gorsze od wcześniej wymienionych.
Mnie na razie wystarczył jeden string na jednej połaci, ale wciąż zastanawiam się nad rozbudową.

Jedną z pierwszych decyzji, które trzeba podjąć, to jak dużą instalację chcemy założyć. Przy podejmowaniu tej decyzji grają role: cel wykonania instalacji, ilość miejsca które możemy wykorzystać oraz oczywiście fundusze, które chcemy wydać. Ja zdecydowałem zacząć od 2kWp, a potem pomyśleć o rozbudowie. Gdybym chciał wykorzystać instalację fotowoltaiczną do grzania wody cwu, to zacząłbym od 4-6kWp, ale już mam panele wodne do cwu, więc 2kWp wydaje się być wystarczające na bieżące potrzeby.
Pierwotnie planowałem zakup paneli amorficznych, które ponoć dobrze działają w świetle rozproszonym, ale zrezygnowałem z nich ze względu na ilość potrzebnego miejsca, które bym musiał wygospodarować na dachu. W międzyczasie udało mi się po dosyć atrakcyjnej cenie kupić inwerter Froniusa pasujący do moich założeń i korzystając z programu doboru paneli (Fronius Solar Configurator) zacząłem szukać paneli. Po pewnym czasie poszukiwań wybrałem używane monokrystaliczne, gdyż zajmują najmniej miejsca i miały rozsądną cenę.

Gdy już znamy rodzaj inwertera, który udało się kupić, rodzaj i ilość paneli, ilość stringów, to wypada się zastanowić jak i czym to ze sobą połączyć. Trzeba pamiętać, że zgodnie ze worem P=I²R, straty przesyłowe od paneli do inwertera rosną wraz ze wzrostem kwadratu natężenia prądu, a więc bardzo szybko. Z tego powodu lepiej mieć instalację wysokonapięciową, ale warto też zwrócić uwagę na grubość i związaną z nią rezystancję kabli. Zazwyczaj stosuje się specjalne kable solarne, z podwójną izolacją, odporne na promieniowanie UV i przystosowane do pracy pod napięciem do 1000V. Ja zastosowałem solarne przewody 4mm², co da mi straty na 55m kabla rzędu 1% (wg. oprogramowania Fronius Solar Configurator). Przy dużych długościach kabli lub przy większych natężeniach prądu (u mnie prąd zwarcia to 8,5A), warto zastosować grubsze kable. Kable solarne niestety są dosyć drogie, tańsze i dobre są np. grube ziemne aluminiowe, np. 4x16mm², ale nie wszędzie takie sztywne przewody będzie się dało ułożyć. Warto też sprawdzić dla konkretnego modelu odporność izolacji na promieniowanie UV, żeby po kilku latach się ona zwyczajnie nie rozleciała od słońca.

Zabezpieczenia stringów

Zabezpieczenie przed nadmiernym prądem wstecznym. U mnie nie było problemów z zabezpieczeniem, bo mam jeden string, natomiast jeśli ktoś chce mieć ich kilka, to powinien je zabezpieczyć, żeby przez panele nie popłynął zbyt duży wsteczny prąd gdy pojawi się awaria lub częściowe zacienienie. Producenci paneli podają maksymalny prąd wsteczny i za jego pomocą można wyliczyć ile stringów możemy połączyć równolegle bez zabezpieczeń, żeby jeszcze było bezpiecznie. Jeśli prąd zwarcia paneli wynosi np. 8A, a maksymalny prąd wsteczny 20A, to znaczy, że możemy podpiąć równolegle maksymalnie 3 stringi bez zabezpieczeń. Gdybyśmy chcieli podpiąć 4 stringi, to w każdy trzeba by wpiąć bezpiecznik o wartości większej niż prąd zwarcia, a więc dla naszego przykładu można by zastosować bezpiecznik topikowy DC na prąd np. 10-15A. Bezpiecznik musi być przystosowany do prądu stałego DC i maksymalnego napięcia naszej instalacji (z powodu łuku elektrycznego pojawiającego się podczas przepalania bezpiecznika). Niestety bezpieczniki solarne są dosyć drogie i jeśli będziemy szukali zamienników, to trzeba sprawdzić w katalogu do jakiego napięcia DC można używać danego bezpiecznika. Może się okazać, że zwykłe bezpieczniki na 250V AC mogą pracować tylko do kilkudziesięciu wolt DC.

Zabezpieczenia przeciwprzepięciowe. Przed inwerterem warto dla wszystkich stringów zastosować ograniczniki przeciwprzepięciowe, które ochronią inwerter w przypadku pojawienia się przepięcia wyindukowanego po stronie DC np. podczas uderzenia pioruna w bliskiej okolicy. Niektóre inwertery mają już takie zabezpieczenia. Żeby minimalizować przepięcia po stronie DC, kable plus i minus powinny być prowadzone jak najbliżej siebie, żeby nie tworzyły niepotrzebnych pętli o dużych powierzchniach. Dom z zainstalowaną instalacją fotowoltaiczną powinien mieć instalację odgromową, tak poprowadzoną, żeby chronić również panele przed bezpośrednim uderzeniem pioruna. Oczywiście te parę zdań nie wyczerpuje tematu zabezpieczeń przeciwprzepięciowych. Do szerszego zapoznania się z tematem polecam stronę nieżyjącego już niestety prof. Andrzeja Sowy, a zwłaszcza opracowanie pt. Ochrona odgromowa i przepięciowa systemów fotowoltaicznych.

Uziemienie paneli. Niektóre rodzaje paneli, żeby chronić się przed degradacją PID, wymagają uziemienia po stronie plusa lub minusa. Czego wymagają jakie rodzaje paneli, trzeba sprawdzić w dokumentacji producenta, ale szczególną uwagę należy zwrócić na panele cienkowarstwowe, choć nie tylko. Z tego co wiem, to CIGSy QCell, Solibro wymagają uziemienia minusa, bo inaczej szybko się degradują. Jeśli uziemienie jest wymagane, to nie można stosować inwertera beztransformatorowego, tylko transformatorowy. Dobrze też, żeby obsługiwał możliwość uziemienia paneli. Firma SMA sprzedaje Offset Box, który pozwala na uziemienie paneli i korzystnie z inwertera beztransformatorowego SMA. Moje panele nie wymagają uziemienia, więc mogę stosować dowolny rodzaj inwertera, choć akurat mam transformatorowy wysokiej częstotliwości.

 

8 thoughts on “Planowanie instalacji”

  1. A co sie stanie jak w sieci energetycznej zabraknie pradu?
    Czy zastosowana ochrona wystarczy?
    Czy moglby pan przeslac schemat finalnej instalacji?
    Jesli to nie tajmnica to czy moglby pan podpowiedziec dostawcow materialow? Szczegolnie paneli.

    Rozgladalem sie za firmowymi zestawami i w Polsce i za granica to cena ok 20k zl.

    Pozdrowienia
    Irek

  2. Jak braknie prądu, to inwerter typu on-grid misi się ze względów bezpieczeństwa wyłączyć. Takie zabezpieczenie antywyspowe jest konieczne gdyż jeśli energetycy odłączą prąd, żeby coś zrobić przy sieci, to inwerter nie może podać napięcia, żeby nie porazić nie spodziewających się tego pracowników ZE. Inwertery mają odpowiednie certyfikaty dopuszczające i gdy sieć nie ma napięcia, to się wyłączają.
    Schemat instalacji jest bardzo prosty i w kolejności zawiera: panele pv->wyłacznik DC->zabezpieczenie przeciwprzepięciowe->inwerter->wyłącznik różnicowoprądowy z modułem nadprądowym->licznik “zielonej energii” powieszony przez ZE->rozłącznik AC->wpinka w jedną fazę w rozdzielnicy. Po rozbudowie instalacji powieliłem część do licznika “zielonej energii” i mam do tego licznika 2 takie równoległe tory.
    Odnośnie zakupów, to polecam znane portale aukcyjne w kraju i za granicą, ale również poszukanie ofert na elektroda.pl.

  3. Fantastycznie to opisujesz, jednakże nie udało mi się samemu dokonać obliczeń (pewnie z uwagi na ograniczoną wiedzę). Chodzi mi o skorelowanie paneli Pangea 8.33 265W (w moim przypadku ma ich być 15) z inwerterem Aurora PVI-3.6-TL-OUTD. Rzekomo jest to dobrze dobrana instalacja, jednakże próbuję zweryfikować marketingową gadkę. Taki zestaw jest okolo 20% droszy od średnich wycen na na standardowych panelach mono i zastanawiam się, czy warto.
    Nie jestem w stanie zbudować sobie instalacji sam. Z góry dziękuję za jakąkolwięk radę.

  4. Trudno mi cokolwiek powiedzieć na temat tych paneli i nie jestem w stanie stwierdzić, czy warto dać za nie więcej o 20%. Natomiast konfiguracja jest trochę dziwna, ale poprawna. Do obliczeń wziąłem panele mono G 8.265MSG (mam nadzieję, że o nie chodzi), dla których napięcie Voc wynosi 60,10V. Inwerter Aurora PVI-3.6-TL ma 2 niezależne kanały MPPT i wg. dokumentacji maksymalne obciążenie jednego kanału wynosi 3kW, więc nie da się wszystkich paneli podpiąć pod jeden string. Nie pozwalają na to również limity napięć (580V Voc), wg. których można podpiąć maksymalnie 8 takich paneli pod jeden string. Z drugiej strony 15 sztuk można podpiąć pod 2 stringi bo są 2 niezależne trackery MPPT, ale dlaczego jeden string ma mieć 8, a drugi 7 modułów ? Czy jest jakiś powód propozycji zamontowania 15 modułów, np nie ma miejsca na np. 2×8 modułów ?
    Do obliczeń skorzystałem z arkusza w Excelu “Aurora Designer v. 3.8.9”, bo oprogramowanie on line ze strony ABB (http://www.stringsizer.abb.com/)nie chce mi działać, a oprogramowanie off-line (PVSize) wymaga zainstalowania jakichś 600MB bibliotek, które nie są mi potrzebne, więc ich nie będę instalował. W arkuszu można sobie do zakładki “Module Database” dopisać jakieś własne panele, jeśli nie ma ich w gotowej bazie.

  5. Tak, to te panele. Konfiguracja 8+7 miałaby być dlatego, że w rogu dachu mam mały wywietrznik, zatem jeden panel nie wejdzie. Jeśliby wszedł, to byłoby to 16x250W (max system, za który można dostawać dopłaty to 4kW). Ten kalkulator nie do końca mi działał na laptopie, ale pododawałem sobie też te napięcia na kartce, skonfrontowałem z wykresem sprawności falownika i faktycznie, średnie ‘obciążenie’ paneli tak z grubsza wypada w maksymalnym punkcie. Oni jeszcze obniżają Udc startowe do 120V, więc teoretycznie wysokonapięciowe panele + niskie Udc powinno powodować, że system będzie załączał się wcześniej i wyłączał później, przez co nieco więcej prądu wyprodukuje?
    O panele galowe zapytam na forum, może ktoś ma akurat. Dziękuję za możliwość upewnienia się, bo ten temat jest dla mnie nowy. Pozdrawiam.

  6. Skoro się panel nie mieści, co cóż zrobić. Na szczęście 2 MPPT pozwalają na taka konfigurację i powinna ona dobrze działać. ABB przejęło Power-One i musi chyba jeszcze popracować nad tym przejęciem, bo oprogramowanie Power-One do inwerterów Aurora działało, a z tym nowym jest niestety problem… Na
    szczęście w internecie można znaleźć starą wersję np. pod Excela.

  7. A sam temat Voc, które rzekomo wyższe miałoby pozytywnie wpływać na ilość wyprodukowanej energii (poprzez załączanie inwertera przy mniejszej ilości światła) to ma szansę być prawda?
    Sunpowery też mają w sumie więcej niż standardowe 37V…

  8. Może trochę tak, ale nie zupełnie chodzi o wcześniejszy start, bo zwykłe panele też bardzo szybko łapią napięcie, ale przy słabym świetle każde dadzą słaby prąd. Przy słabym świetle i tak jest bardzo mało energii. Za to jeśli chcemy mieć 2 oddzielne stringi (np. 8 i 7 paneli), to lepiej mieć je z 2 razy wyższym napięciem, bo straty na kablu będą nieco mniejsze. Jednak jeśli możemy podłączyć jeden string składający się z 15 paneli, to wyjdzie w zasadzie na to samo.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *