Na rynku znajduje się cała gama rozwiązań paneli fotowoltaicznych. Różnią się między sobą wielkością, sprawnością, wytrzymałością mechaniczną, parametrami pracy (napięcie, natężenie, współczynniki temperaturowe, itp.). Czym się kierować przy ich wyborze i jakie znaczenie mają poszczególne wskaźniki? To trudny temat. Każda firma będzie namawiać na swoje rozwiązania przekonując, że są najlepsze, najbardziej wytrzymałe na wiatr i śnieg, najwolniej się starzeją, itd. Na co tak naprawdę zwrócić uwagę?
Obciążenie śniegiem i wiatrem
Projektując panele fotowoltaiczne w różnych miejscach kraju musimy brać pod uwagę tzw. „mapę śniegową” i „mapę wietrzności”. Pierwsza pokazuje z jakim obciążeniem będzie musiał sobie poradzić panel PV w okresie zimowym, druga – na jaki będzie narażony wiatr w danej miejscowości. Każdy panel w swojej charakterystyce podaje maksymalną wytrzymałość na obciążenie wiatrem i śniegiem. Standardem jest tutaj obecnie 5400Pa/m2 dla obciążenia statycznego śniegiem i 2400 Pa/m2 obciążenia dynamicznego. Ostatnia wartość, to wytrzymałość na parcie wiatru wiejącego z prędkością 130 km/h.
Dla większości miejsc w Polsce taka wytrzymałość jest w zupełności wystarczająca, jednak w górach możemy się spotkać z silniejszymi wiatrami, o prędkości 170km/h, a nawet więcej (halny). Przy projektowaniu paneli w strefie 3 lepiej poszukać mocniejszych paneli o wytrzymałości 5400Pa/m2 na wiatr.
Obecnie najbardziej wytrzymałe panele mogą pochwalić się wartościami 8000 Pa/m2 obciążenia statycznego i 5400 dynamicznego. Dodam, ze 5400 Pa/m2 jest mniej więcej równoważne z warstwą śniegu grubości 1m. Czy jest więc sens kupować panele jeszcze bardziej wytrzymałe? Moim zdaniem nie, ale UWAGA!
Wytrzymałość paneli zakłada ich prawidłowy montaż w zalecanych strefach podparcia. Jeśli monter ich nie przestrzega wytrzymałość ta może drastycznie spaść. Poniżej przedstawiam, jak się to ma dla paneli firmy SHARP.
Na pierwszym rysunku poniżej przedstawiam najpopularniejsze metody mocowania paneli. Rysunki. A1-A3 przedstawiają mocowania za pomocą klem, rys. B za pomocą śrub, przy wykorzystaniu otworów montażowych w ramie panelu.
W poniższych tabelach pokazano już wytrzymałość na obciążenie przy parciu i ssaniu. Jak widać, najwyższą wytrzymałość wykazują panele zamocowane na długim boku za pomocą klem lub śrub montażowych. Opieranie paneli na szynach na samym końcu ramy zdecydowanie obniża ich wytrzymałość i nie zapewnia sztywności konstrukcji przy bardzo silnym wietrze.
Współczynniki temperaturowe
Podają spadek/wzrost parametrów pracy paneli takich, jak: napięcie, natężenie, moc w przeliczeniu na
1°C. Im ta wartość mniejsza, tym lepiej. Pamiętajmy, że wszystkie parametry pracy paneli podawane są dla warunków STC, czyli dla temperatury 25°C. W praktyce w okresie letnim panele pracują przy znacznie większych temperaturach, rzędu 55-65 °C. Duży współczynnik temperaturowy może w tym wypadku znacznie ograniczać ich produkcję. Dla przykładu współczynnik mocy rzędu -0,35%/°C powoduje, że przy temperaturze modułu 65°C, jego moc spadnie o 40×0,35% = 14%. Jeśli na dachu mamy 10kW i nasłonecznienie wynosi 1000W/m2, to instalacja w takim momencie da już tylko 8600W. Przy współczynniku -0,5% spadek wyniesie aż 2kW.
Współczynnik temperaturowy to jedno, duże znaczenie ma też szybkość nagrzewania się paneli, a ta z kolei zależy głównie od ich wentylacji, oraz częściowo od barwy. Szybciej np. nagrzewają się panele czarne, dużo wolniej w kolorze błękitnym. To kwestia albedo ich powierzchni. Panele monokrystaliczne, nie posiadające z przodu ścieżek prądowych (busbarów), o wysokim współczynniku wypełnienia, ale przez to o ciemnej barwie, grzeją się zdecydowanie szybciej, niż polikrystaliczne z busbarami na nasłonecznionej stronie. Nie znajdziemy raczej na ten temat żadnych opracowań, a poszczególni producenci będą wręcz temu zaprzeczać.
Kwestia wentylacji to inny temat. W tym wypadku mamy ogromny wpływ na spadek nagrzewania się paneli pod warunkiem ich odpowiedniego montażu. Im lepsza wentylacja, tym szybciej panel oddaje ciepło do otoczenia. Poniżej na wykresie pokazuję spadek procentowy w produkcji energii w zależności od systemu montażowego. Wykres pochodzi ze szkolenia firmy Fronius.
Jak widać, najwyższe straty związane z nagrzewaniem się paneli wystąpią dla systemów typu BIPV zintegrowanych z bryłą budynku. Najmniejsze dla systemów dobrze wentylowanych ustawionych na stelażach lub przy montażu na gruncie. Warto na to zwrócić uwagę przy planowaniu miejsca montażu paneli. UWAGA! – dla zapewnienia wymaganej wentylacji paneli zamocowanych na dachu stromym, na szynach, odległość ramy od dachu powinna wynosić minimum 10cm.
Zacienienie
Cień jest podstawowym problemem przy produkcji energii z instalacji fotowoltaicznych. Często nie mamy na niego wpływu, bo nasza działka jest zasłaniana przez sąsiednie budynki, czy okoliczne drzewa. Na dachach płaskich mogą pojawiać się cienie rzucane przez murki lub same panele. Jeszcze innym problemem jest zalegający w dolnych partiach śnieg, czy liście. W instalacjach wolnostojących brak koszenia trawy, lub dopuszczenie do rozwoju chwastów może skutecznie ograniczyć produkcję z paneli. Czy ma na to wszystko wpływ ich konstrukcja?
Częściowo tak. Od razu powiedzmy sobie, że nie ma obecnie paneli bez diod bocznikujących. Wszystkie je mają. Przy klasycznej budowie i cieniu rzucanym przez okoliczne przeszkody, najkorzystniej jest więc montować panele w pozycji poziomej. To kwestia zasady działania diod. Przy takim układzie zasłonięcie dolnej części panelu pozwala na dalszą produkcje prądu z pozostałej powierzchni. W zależności od ilości diod (3, 4) panel podzielony jest na osobne strefy, przez które przepływa prąd. Jeśli któraś z nich zostanie zasłonięta, pracują pozostałe z wykorzystaniem diody bocznikującej, omijającej zacienioną strefę. Jeśli taki panel zamontujemy pionowo, to zasłonięcie dolnej części spowoduje spadek mocy o nawet 100%. Wie o tym każdy projektant instalacji PV, ale nie każdy inwestor daje się przekonać.
Poziomy układ paneli jest też opłacalny w dolnych partiach dachu, gdzie zimą zalega na panelach śnieg. Panele dość szybko się nagrzewają i topią pokrywę śnieżna, zsuwa się ona po szkle w dolne partie i zwykle zatrzymuje i wałuje na ramie paneli. Przy poziomym układzie panele zaczną produkować energię jeśli choć jedna ścieżka prądowa zostanie odsłonięta. Przy pionowym śnieg musi stopnieć niemal do zera. Ale kolejna UWAGA! Schemat ten nie dotyczy tzw. half-cut cells (rys. powyżej), paneli wykonywanych z ciętych ogniw i podzielonych na dwie osobne strefy produkcji. Takie panele zaleca się zawsze montować pionowo!!!
Efekty zacienienia modułów standardowych i typu half-cut (lub inaczej TwinPeak Module) najlepiej obrazuje tabela. Jak widać, przy zacienieniu jednej ścieżki prądowej (2b), ilość produkowanej energii spada w obu przypadkach paneli podobnie, o 1/3. Wydawać by się mogło, że przy technologii dzielonej górna część panelu wygeneruje 100% energii, a dolna o 1/3 mniej. Niestety, w momencie zadziałania diody „a”, nie działają obie ścieżki (górna i dolna). Ta sama sytuacja wystąpi, jeśli cały brzeg panelu będzie zasłonięty (2c). Istotna różnica między obu rozwiązaniami paneli pojawia się dopiero przy dwóch zasłoniętych ścieżkach (2d). Tutaj panel klasyczny wygeneruje tylko 33% swojej mocy, podczas gdy TwinPeak około 66%. Jeszcze większy zysk energii pojawi się przy całkowicie zasłoniętych trzech ścieżkach (cały panel pionowy zacieniony w dolnej części). Produkcja modułu klasycznego spadnie do 0%, podczas gdy TwinPeak dalej będzie produkować 50% mocy.
Zastosowywanie w projekcie technologii half-cut ma też inne przesłanki. Panele dzielone w mniejszym stopniu się nagrzewają (niższe wartości prądów), mają ponadto osobno zamocowane diody w tylnej części, dzięki czemu są one bardziej odporne na przegrzanie i zmniejszają ryzyko pożarów.