Montaż paneli fotowoltaicznych. Jak należy montować panele fotowoltaiczne?
Montaż modułów fotowoltaicznych jest bardzo podobny do montażu kolektorów słonecznych. Przy montażu modułów fotowoltaicznych ważne jest przestrzeganie kilku zasad, w tym odpowiedniego ułożenia kabli oraz montażu zabezpieczeń przeciwprzeciążeniowych. Jak fachowo montować panele fotowoltaiczne?
Spis treści
- Co trzeba wiedzieć o montażu paneli fotowoltaicznych
- Montaż paneli fotowoltaicznych na dachu skośnym
- Dobór przewodów do montażu paneli fotowoltaicznych
- Montaż paneli fotowoltaicznych - ważne zabezpieczenia
- Montaż paneli fotowoltaicznych - zabezpieczenia przeciwprzeciążeniowe
- Montaż paneli fotowoltaicznych - zabezpieczenia przeciwprzepięciowe (SPD)
- Montaż rozłączników w instalacji paneli fotowoltaicznych
Co trzeba wiedzieć o montażu paneli fotowoltaicznych
Montaż paneli fotowoltaicznych jest bardzo podobny do instalowania kolektorów słonecznych (różnią się tylko poszczególne elementy mocujące). Moduły fotowoltaiczne są lżejsze nawet 2-,3-krotnie od kolektorów słonecznych płaskich (ich ciężar wynosi około 20 kg), a więc wnoszenie ich na dach nie powinno sprawiać kłopotu. Wymagają jednak zachowania wyjątkowej ostrożności. Należy unikać wyginania modułu (np. podczas poruszania się po dachu skośnym) czy mocniejszych uderzeń (np. podczas osadzania na ramie), powstałe uszkodzenie elementu może bowiem nie być widoczne aż do momentu uruchomienia instalacji.
Obecnie na rynku jest kilka rodzajów paneli fotowoltaicznych, które stosuje się tylko w budownictwie. Większość wykonana jest z krzemu, np. panele polikrystaliczne lub monokrystaliczne. Moduły fotowoltaiczne są urządzeniami wykorzystującymi promieniowanie słoneczne do produkcji energii elektrycznej. Powstały przy ich użyciu prąd stały musibyć skonwertowany falownikiem na zmienny, nadający się do bezpośredniego wykorzystania. Instalacje fotowoltaiczne wpięte wprost do sieci to tzw. typ on-grid – produkowana energia zużywana jest na własne potrzeby, natomiast jej nadmiar oddawany do sieci elektroenergetycznej. Tego rodzaju rozwiązanie jest tanie przede wszystkim ze względu na brak akumulatorów do magazynowania nadmiaru wytwarzanego prądu. Instalacje wyposażone w akumulatory i niepodłączone do sieci określa się jako off-grid i stosuje do zasilania lokalnego, w którym występują trudności z dostępem do energii elektrycznej – przykładem są oświetlenia przejść dla pieszych czy znaków drogowych. Instalacje wpięte w sieć elektroenergetyczną i jednocześnie wyposażone w magazyny energii są określane jako hybrydowe – rzadziej spotykane z powodu wysokich kosztów inwestycyjnych oraz obowiązujących obecnie
Montaż paneli fotowoltaicznych na dachu skośnym
W przypadku montażu paneli fotowoltaicznych na dachu skośnym rama nośna powinna być przymocowana do krokwi. Haki krokwi dobiera się w zależności od wysokości dachówki lub innego rodzaju pokrycia.
Przed montażem paneli fotowoltaicznych trzeba wcześniej dokładnie sprawdzić dach, aby ocenić stan więźby i uniknąć utrudnień, np. w postaci klinów pod łatami. Do montażu należy stosować tylko elementy wykonane z materiałów odpornych na warunki atmosferyczne – stali nierdzewnej i aluminium. Haki po zamocowaniu zostaną obciążone konstrukcją nośną i modułami, a w zimie dodatkowo warstwą śniegu. Muszą być zatem solidnie zamocowane do krokwi, nie powinny wspierać się na dachówkach (dachówki przykrywające haki nie powinny z kolei wspierać się na nich).
Istotne jest pochylenie modułów względem poziomu. Analogicznie do instalacji kolektorów słonecznych optymalny kąt będzie zależał od sposobu wykorzystania produkowanej energii. Kolektory do wspomagania ogrzewania c.w.u. ustawia się inaczej niż te do zasilania ogrzewania c.o. W przypadku instalacji PV będzie podobnie, ale różnica w pochyleniu modułów będzie zależeć od jej typu: sieciowego czy wyspowego.
Przebieg zapotrzebowania energii elektrycznej dla budynku nie pokrywa się z przebiegiem nasłonecznienia, a dodatkowo w okresie od kwietnia do września, dociera do ziemi około 80% energii rocznej. Aby zoptymalizować instalację pod względem uzyskania największych ilości energii, kąt ustawienia modułów powinien gwarantować największe uzyski właśnie w tym okresie. Z kolei do optymalizacji tego rodzaju systemów w celu najbardziej efektywnego pokrycia zapotrzebowania moduły powinny być montowane pod większym kątem, co poprawi uzyski w okresie zimowym, a zredukuje w letnim. Dzięki temu przebieg produkowanej energii w ciągu roku ulegnie lekkiemu wypłaszczeniu.
Dobór przewodów do montażu paneli fotowoltaicznych
Długości przewodów oraz przewodzona moc mają wpływ na stratę energii. Im większa ich wartość, tym większe ubytki. Podwyższanie napięcia prądu zmniejsza z kolei te deficyty. Ograniczenie spadku mocy na przewodach uzyskuje się przez dobór odpowiedniego pola ich przekroju. Przewody elektryczne są wykonane z miedzi lub aluminium. Miedź charakteryzuje się większą przewodnością właściwą, a więc przekrój kabli może być mniejszy niż aluminiowych przy tym samym spadku mocy.
Podczas obliczeń przyjmuje się maksymalną stratę na poziomie 1%. Nie warto oszczędzać na przewodach, szczególnie po stronie DC, gdzie występują duże wartości prądu, a ich część znajdować się będzie na zewnątrz. Przekroczenie 10 m długości przewodów DC w jedną stronę od instalacji PV do falownika oznacza, oprócz większych ubytków, także konieczność dublowania kosztownych zabezpieczeń przeciwprzepięciowych.
Montaż paneli fotowoltaicznych - ważne zabezpieczenia
Instalacja fotowoltaiczna, z uwagi na swoje gabaryty i umiejscowienie na dachu, jest narażona na niekorzystne działania wyładowań atmosferycznych. Prądy oraz napięcia, z jakimi może mieć kontakt generator nawet bez wyładowań, również nie są małe i wymagają zachowania szczególnej ostrożności. Nieprawidłowo ułożone przewody DC przy montażu paneli fotowoltaicznych także mogą wpływać na powstanie przepięć, które są w nich indukowane. Dlatego tak istotne jest to, aby każda instalacja PV została zabezpieczona odpowiednimi elementami, dobranymi przez osobę z uprawnieniami elektrycznymi projektowymi.
Od 19 września 2020 obowiązuje nowelizacja ustawy o Prawie budowlanym. Wprowadza ona m.in. nowe obowiązki dla planujących montaż paneli fotowoltaicznych o mocy większej niż 6,5 kWp. Jest to obowiązek uzgodnienia projektu technicznego z rzeczoznawcą do spraw zabezpieczeń przeciwpożarowych. Instalacja będzie musiała też zostać zgłoszona do miejskiej lub powiatowej komendy Państwowej Straży Pożarnej. W przypadku instalacji fotowoltaicznej, przekraczającej moc 50 kWp trzeba natomiast dodatkowo zdobyć pozwolenie na budowę.
Zmiana przepisów zwiększ bezpieczeństwo pożarowe instalacji. W dużej mierze zależy ono od fachowego montażu i systematycznych przeglądów, jednak równie istotny jest prawidłowy dobór środków ochrony, jak detektory iskrzenia czy wyłączniki przeciwpożarowe, które pozwalają na odłączenie od reszty instalacji będących pod napięciem paneli PV.
Ustawa nie precyzuje jednak jaki zakres projektu powinien zostać uzgodniony z rzeczoznawcą. Nie wskazuje także modelowego systemu zabezpieczeń. Problemem jest również brak konkretnych wytycznych dotyczących ochrony mikroinstalacji o mocy poniżej 6,5 kWp. Zapisy wprowadzają więc znaczne trudności w interpretacji. Wykonawca może do pewnego stopnia działać na własną rękę, wdrażając różne rozwiązania, nie zawsze najbardziej korzystne i adekwatne dla danego budynku.
Przewiduje się też, że obowiązek uzgodnienia projektu z rzeczoznawcą może zwiększać koszty inwestycji dla użytkownika. Jeśli specjalista wprowadzi dodatkowe zalecenia i poprawki, projektant oraz instalator będą musieli się do nich zastosować, a dodatkowe koszty poniesie inwestor.
Montaż paneli fotowoltaicznych - zabezpieczenia przeciwprzeciążeniowe
Zadaniem bezpiecznika jest ochrona elementów instalacji przed pojawieniem się zbyt dużej wartości prądu. Precyzyjne informacje na ten temat zawiera polska nor ma PN-HD 60364-7-712„Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Część 7-712: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji. Fotowoltaiczne (PV) układy zasilania”. Znajduje się w niej zapis mówiący o możliwości rezygnacji z zabezpieczenia przeciwprzeciążeniowego, jeśli poszczególne elementy są odporne na długotrwałe działanie prądu o wartości 1,25 x I sc (prąd zwarciowy).
Producent modułów PV określa w danych technicznych tzw. maksymalny prąd wsteczny. Jego wartość maksymalna jest zwykle wyższa niż dwukrotna wartość prądu zwarciowego. Dzięki temu zabezpieczenia nadprądowe stosowane są tylko wtedy, gdy w instalacji PV jest więcej niż trzy łańcuchy połączone równolegle, a więc tam, gdzie istnieje możliwość pojawienia się prądu o większej wartości niż maksymalny wsteczny pojedynczego modułu.
Zabezpieczenia przeciwprzeciążeniowe wymagane po stronie DC muszą być przygotowane do pracy na prądzie stałym, a więc charakteryzować się szybkim czasem działania od momentu wykrycia prądu większego niż dopuszczany oraz mieć elementy do gaszenia łuku elektrycznego.
Polecany artykuł:
Montaż paneli fotowoltaicznych - zabezpieczenia przeciwprzepięciowe (SPD)
Każdą instalację PV należy chronić zarówno przed bezpośrednimi, jak i pośrednimi wyładowaniami elektrycznymi. Informacje na temat ochrony odgromowej budynków zawarte są w normie PN-EN 62305-2:2012.
Rodzaj zastosowanego zabezpieczenia zależy przede wszystkim od tego, czy dany budynek ma zewnętrzną instalację odgromową, a także – w przypadku jej obecności – czy instalacja PV jest bezpośrednio z nią połączona (system nieizolowany), czy też zachowane są odległości izolacyjne opisane w powyższej normie. Różnice będą wpływać na dobór typów ograniczników przepięć, których podstawowym zadaniem jest gaszenie napięcia udarowego w momencie wystąpienia wyładowania atmosferycznego, tak aby większość energii była skierowana bezpośrednio do ziemi.
- Zobacz też: Fotowoltaika na dachu budynku wielorodzinnego. Przykłady inwestycji, opłacalność, programy wsparcia
Ogranicznik typu 1+2 (klasa B+C) stosowany jest w przypadku ochrony przed bezpośrednim wyładowaniem w system ochrony budynku, a więc w obiektach z własną zewnętrzną instalacją ochrony odgromowej oraz fotowoltaiczną usytuowaną w pobliżu, tj. z niezachowaniem bezpiecznego odstępu izolacyjnego. Natomiast typu 2 (klasa C) chroni przed przepięciami spowodowanymi wyładowaniem w pobliżu domu niewyposażonego w zewnętrzny system odgromowy (nie występuje ryzyko wyładowania bezpośrednio w instalację PV). W przypadku prowadzenia przewodów dłuższych niż 10 m zabezpieczenia dubluje się, montując je w pobliżu generatora PV oraz falownika. Wartość ogranicznika przepięć powinna zostać dobrana zgodnie z normą PN-EN 50539 „Niskonapięciowe urządzenia ograniczające przepięcia. Urządzenia ograniczające przepięcia do zastosowań specjalnych z włączeniem napięcia stałego. Część 11: Wymagania i badania dla SPD w zastosowaniach fotowoltaicznych” i wynosić U ≥ 1,2 x UOC (gdzie UOC jest wartością napięcia obwodu otwartego (bez obciążenia) łańcucha PV). Wartość ta jest zawsze podawana przez producenta modułów PV dla tzw. standardowych warunków kontrolnych (STC). Dodatkowo napięcie zadziałania nie może być niższe niż maksymalne napięcie pracy falownika, aby nie doprowadzić do wyłączenia instalacji w trakcie jej normalnego funkcjonowania.
Montaż rozłączników w instalacji paneli fotowoltaicznych
Prąd stały oraz jego wysoka wartość wymagają stosowania odpowiednich rozłączników. Norma PN-HD 60364-7-712 nakazuje montaż takich elementów, o ile nie są integralną częścią inwertera. Zwykle pod falownikiem, w miejscu podłączania przewodów DC, jest zabudowany rozłącznik, lecz coraz częściej nie jest on wyposażony w elementy mechaniczne, a elektroniczne, co już zgodne z normą nie jest. W przypadku gdy długość przewodów przekracza 10 m, należy zduplikować rozłączniki DC w pobliżu generatora PV.
Instalacja PV produkuje energię elektryczną i musi być w odpowiedni i zgodny z przepisami sposób zabezpieczona. Dobór poszczególnych elementów powinien zostać dokonany przezosobę z uprawnieniami projektowymi elektrycznymi.
