Jak i gdzie wykonuje się montaż instalacji fotowoltaicznej?

W przypadku instalacji fotowoltaicznych umieszczanych na dachach, bardzo ważną rolę odgrywają takie zagadnienia jak: kąt padania promieni słonecznych, położenie dachu względem kierunków świata, zacienienie, a także poziom skomplikowania takiego dachu.

Oczywiście najlepiej, jeśli dach który chcemy przeznaczyć pod instalację fotowoltaiczną jest dwuspadowy, ma optymalne nachylenie i jest ułożony na południe. W przypadku, gdy dopiero planujemy budowę domu, mamy możliwość zoptymalizowania tych parametrów. Co natomiast począć w sytuacji, gdy nasz dom jest już wybudowany, ale jego dach jest niestety skomplikowany? Postaramy się odpowiedzieć na to pytanie krok po kroku.

Czy mój dach nadaje się do instalacji fotowoltaicznej?

Jednak zanim odpowiemy na te pytania, nasze rozważania musimy rozpocząć od odpowiedzi na pytanie, czy mój dach nadaje się w ogóle do instalacji PV? Aby odpowiedzieć na to pytanie należy:

• określić położenie dachu względem kierunków świata,
• przeanalizować konstrukcję dachu – określić ilości spadów, załamań, określić gdzie usytuowane są kominy i okna dachowe,
• przeanalizować zacienienia – czy, gdzie i jak długo cień będzie padał na instalację, przydatna będzie także analiza okolicy – czy wokół domu znajdują się drzewa lub inne zabudowania, które także w znacznym stopniu mogą zacieniać dom,
• ustalić kąt pod jakim będą znajdować się panele – najlepiej, gdy jest to przedział 20-40 stopni w przypadku dachu skośnego i 10-15 stopni w przypadku dachu płaskiego.

Ponadto panele słoneczne można stosować na każdym pokryciu dachowym za wyjątkiem eternitu, onduliny, poliwęglanu i pleksy.

Mocowanie paneli fotowoltaicznych na dachu skośnym

W przypadku dachu skośnego montaż paneli PV do dachu odbywa się poprzez mocowanie za pomocą mocnych wkrętów do krokwi dachu specjalnego mocnego szkieletu, który zwykle wykonywany jest z aluminium. Na nim z kolei umieszcza się panele fotowoltaiczne. Oto jak zamocować panele fotowoltaiczne na dachach skośnych z najpopularniejszymi współcześnie rodzajami pokryć dachowych:

• dachy z blachodachówką – styk blachodachówki ze śrubą należy dobrze uszczelnić używając do tego celu specjalnego wypełniacza, należy także zastosować pastę dekarską, aby zapobiec penetracji wody.
• dachy z dachówką – należy najpierw usunąć dachówki w miejscach, gdzie uchwyty będą mocowane do krokwi, następnie mocuje się te uchwyty, poczym miejsca te zakleja się taśmą dekarską, a następnie ponowne umieszcza dachówki na swoich miejscach.

Mocowanie paneli fotowoltaicznych na dachu płaskim

W przypadku dachów płaskich do montażu paneli PV konieczne będzie wykonanie dodatkowej konstrukcji wsporczej. Zapewnia ona odpowiednią wytrzymałość oraz sztywność paneli, a ponadto optymalny kąt nachylenia względem kąta padania promieni słonecznych, który w Polsce wynosi około 30° względem poziomu. Konstrukcję wsporczą wykonuje się z aluminium. Montaż konstrukcji wsporczej do powierzchni płaskiego dachu wykonać można na kilka sposobów:

• montaż bez balastu – konstrukcja wsporcza mocowana jest do specjalnych bloków betonowych posadowionych na dachu, zapewnia to wystarczającą wytrzymałość na działanie wiatru,
• montaż z blokami balastowymi z betonu – ten system wymaga obciążenia dodatkowymi blokami z betonu, na jeden panel powinno przypadać 75 kg balastu, stosuje się najczęściej betonowe bloczki fundamentowe o wadze około 25 kg każdy, stąd konieczność użycia co najmniej 3 elementów na jeden panel PV, możliwy kąt ustawienia paneli to 15-35°,
• montaż wschód-zachód – dla dachów płaskich lub nachylonych maksymalnie 5°, system mocowany jest pod własnym ciężarem i niemal nie wymaga balastowania, pozwala na maksymalne wykorzystanie powierzchni dachu pod panele,
• montaż na konsoli – pojedynczy panel PV mocuje się do specjalnej konsoli wykonanej z tworzywa sztucznego, którą ustawia się na dachu i wypełnia się ją od środka balastem, możliwy kąt ustawienia paneli wynosi 15° lub 25°, system ten może pracować przy temperaturach od -30°C do +50°C,
• montaż do dachu betonowego – konstrukcję wsporczą zamocowuje się na ramach stalowych, które opiera się na słupkach zakotwionych w dachu, taką konstrukcję wykonuje się przed ociepleniem dachu co wymaga zaizolowania słupków w miejscu, gdzie przebija się izolacja.

Montaż instalacji fotowoltaicznej na dachu skośnym i płaskim – różnice

Montując instalację PV na dachach skośnych, wielospadowych musimy się dostosować do kątów nachylania połaci dachowej i kierunków wystawy dachu względem kierunków geograficznych. W niektórych przypadkach, w dachach skośnych ze względu na ich ustawienie montaż paneli może być zupełnie nieopłacalny. Montaż paneli fotowoltaicznych na dachach płaskich ma z kolei tą zaletę, że można optymalnie dobrać system montażu konstrukcji wsporczej, na której znajdować będą się panele PV zarówno pod względem kąta nachylenia paneli względem kąta padania promieni słonecznych, jak i względem kierunków geograficznych.

Optymalny kąt nachylenia dachu a montaż paneli PV

Dla warunków geograficznych i klimatycznych panujących w Polsce optymalny kąt nachylenia dachu względem poziomu wynosi około 30°. Natomiast pod względem konstrukcyjnym, najlepiej sprawdzają się w Polsce dachy o kącie nachylenia 30°-45°. Jak widać wartości te są względnie podobne. Sprawia to, że na większości dachów skośnych opłaca się zamontować instalację PV.

Zarówno na dachach płaskich, jak i skośnych można w znakomitej większości przypadków w naszych warunkach klimatycznych zamontować instalację fotowoltaiczną. Poznając i analizując wszystkie wymienione powyżej uwarunkowania można wybrać odpowiednią metodę montażu paneli PV na dachu i opracować optymalne ich położenie.

Skomplikowany dach – czyli jaki?

Jaki dach można zatem nazwać skomplikowanym w kontekście zamontowania na nim instalacji fotowoltaicznych? Mowa tu przede wszystkim o dachach charakteryzujących się skomplikowaną konstrukcją, czyli dachach wielospadowych, takich w których występują liczne lukarny, okna połaciowe, czy też kominy. W wielu przypadkach powierzchnie płaskie takich dachów mogą być niewystarczające do zastosowania na nich paneli PV. Dodatkowo spora część takiego dachu może mieć wystawę północną, być zacieniona lub z innych przyczyn dach może nie nadawać się na zastosowanie na nim instalacji PV.

Instalacja fotowoltaiczna na skomplikowanym dachu – dostępne opcje

Jeśli dach charakteryzuje się skomplikowaną konstrukcją, lecz łączna powierzchnia połaci dachowej pozwala na zainstalowanie paneli słonecznych, mamy kilka możliwości, aby instalacja fotowoltaiczna była efektywna. W takich przypadkach odpadają jednak instalacje oparte na na falownikach stringowych. W przypadku takich instalacji poszczególne panele połączone są ze sobą szeregowo, a prąd stały, który produkują panele jest wspólnie przemieniany na prąd zmienny przez jeden falownik – każdy panel instalacji pracuje z taką mocą, z jaką pracuje najsłabsze ogniwo.

Zastosowanie falowników z wieloma systemami śledzenia punktu mocy maksymalnej tzw. MPPT

MPPT, czyli Maximum Power Point Tracker, to elektroniczny system śledzący maksymalny punkt mocy modułów solarnych. Pozwala on na zwiększenie uzysku energii o kilka do nawet kilkunastu procent. W przypadku dachów o skomplikowanych konstrukcjach należy zastosować kilka niezależnych wejść MPPT. Daje to możliwość zamontowania modułów fotowoltaicznych na kilku różnych połaciach dachu.

Zastosowanie tzw. mikrofalowników

Mikroinwerter to falownik w mniejszym rozmiarze i mniejszej mocy, który jest montowany przy każdym module fotowoltaicznym. Każdy mikroinwerter posiada własny MPP-tracker, co pozwala na montowanie instalacji fotowoltaicznych na dachach o skomplikowanych konstrukcjach, gdzie na części paneli występuje w określonym czasie zacienienie.

Zastosowanie inwertera z optymalizatorami mocy

W skomplikowanym dachu i przy występowaniu elementów zacieniających można również zastosować optymizery mocy. Są to urządzenia elektroniczne, które kontrolują i optymalizują pracę pojedynczego modułu PV, dzięki czemu jest w stanie w każdych warunkach wyprodukować maksymalną ilość prądu. Stosuje się je np. dla wybranych modułów, które w pewnych okresach dnia, czy też roku pozostają zacieniane . Aby optymalnie dobrać takie rozwiązanie przeprowadza się analizę zacienienia korzystając z profesjonalnych programów do projektowania instalacji fotowoltaicznych. Zastosowanie optymalizatorów mocy pozwala na osiągnięcie od kilku do kilkunastu procent wyższych uzysków energii elektrycznej z instalacji, w porównaniu do instalacji PV opartej na pojedynczym falowniku bez optymalizatorów mocy.

Nawet dachy bardzo o bardzo skomplikowanych konstrukcjach – wielospadowe, z oknami połaciowymi, lukarnami, czy też kominami mogą stanowić podłoże do instalacji fotowoltaicznych. Jednak nie na każdym dachu można zamontować instalacje PV. Jeśli nie ma możliwości zamontowania instalacji fotowoltaicznej na dachu a jest do dyspozycji odpowiednia ilość gruntu, można się zdecydować na montaż instalacji PV na ziemi.

Marek Lont