Hvordan vælger man en struktur til solcellemoduler? En velvalgt PV-struktur opretholder en balance mellem omkostninger, ydeevne og holdbarhed .

I denne guide vil vi diskutere emner som:

• valg af effekten af solcelleanlægget,
• optimal hældning af PV-strukturen,
• forskellige konfigurationer af PV-strukturer,
• valg af monteringer til strukturen til jorden,
• valg af materiale strukturen er lavet af,
• vurdering af strukturens kvalitet .

Se: tilgængelige muligheder for solcellekonstruktioner på jorden

Denne artikel dækker ikke sporingssystemer, øst-vest layoutinstallationer eller strukturer med vertikalt monterede moduler til agrofotovoltaik.

Lad os starte med at diskutere dine behov.

Valg af effekt på solcelleanlægget

Passende valg af installationskraft giver en bred vifte af betydelige muligheder. Der begås en fejl ved at vælge installationens effekt ud fra vilkårlige matematiske antagelser, som f.eks. princippet om 1 kWp pr. 1000 kWh årligt energiforbrug. Der er ingen grund til at bekymre sig for meget om potentielle tab ved at "overdimensionere" installationen.

I de fleste europæiske lande og for alle faktureringssystemer (undtagen nettomåling) jo højere effekt solcelleanlægget har, jo bedre . For et årligt forbrug på 40.000 kWh kan du vælge en installation med en kapacitet på 30, 40, 50, 60 eller endda 70 kWp! Det ville ikke være en fejl. Hvorfor?

• En større installation betyder en lavere enhedsomkostning for hver kWp.
• Moduler mister omkring 10 % af deres effekt over 25 år.
• Udvidelse af installationen medfører en betydelig meromkostning.
• For alle faktureringsmodeller (undtagen nettomåling) giver årlige energioverskud økonomiske fordele.
• Installationen bliver snavset og mister effektivitet. Økonomisk set er det bedre at investere i yderligere moduler end regelmæssigt at bruge penge på at rense dem. Under typiske forhold virker rengøring hvert femte år optimalt.
• Vi kender ikke nogen, der siger "Jeg har for meget PV". Vi kender mange, der siger "jeg skulle have købt mere PV".
• Energiforbruget stiger konstant. Opbygning af en "overdimensioneret" installation tager højde for den fremtidige stigning i efterspørgslen.

Derfor anbefaler vi at vælge en så stor installationseffekt som muligt under hensyntagen til begrænsninger som:

• budget
• ledig plads
• forbindelsesstrøm

Matematisk præcise måder at bestemme installationens mest bekvemme kraft er ikke emnet for denne artikel og er ikke helt mulige. Det er dog meget vigtigt at overvinde myten om "overdimensionerede" installationer.

Ofte efterlader klienter tomme pladser på strukturen, hvilket ikke er omkostningseffektivt.

Hældning af solcellemoduler i mindre installationer

Hvis du vurderer, at mindre end 50 kWp solcellemoduler vil være tilstrækkeligt til at opfylde dine behov - har vi gode nyheder! Installationer af denne størrelse kan implementeres i en enkelt række , så du ikke behøver at bekymre dig om, at en række moduler kaster skygge på rækken bagved. I et sådant tilfælde er det ret simpelt at vælge den optimale hældning .

Den optimale hældning afhænger af breddegraden og vejrforholdene, der er karakteristiske for regionen. I Europa varierer den ifølge en videnskabelig artikel baseret på satellitdata fra 20° til 50°:

Den optimale hældning af solcellemoduler afhængig af regionen baseret på data fra to systemer. Til venstre har vi PV-GIS, til højre ECEM. Kilde -  Yves-Marie Saint-Drenan, En tilgang til estimering af den aggregerede fotovoltaiske energi genereret i flere europæiske lande ud fra meteorologiske data , ResearchGate .

Optimale hældningsvinkler for udvalgte steder baseret på den førnævnte kilde:

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

Hældning af PV-moduler og afstand mellem rækker i større installationer

I større installationer (normalt over 50 kWp, men dette afhænger af den tilgængelige monteringsplads) er det nødvendigt at planlægge installationen på tværs af flere standere placeret efter hinanden.

Disse rækker kaster skygger , derfor skal de placeres i en vis afstand fra hinanden. Jo større vippevinklen på modulerne er, jo større er den nødvendige afstand. Omvendt, jo større afstanden er, jo mere overfladeareal optager installationen . En optimeret installation opretholder en balance mellem disse variabler.

Billede Skyggekast af rækker af moduler i en stor installation:

Hvad kan der gøres for at udnytte grundarealet optimalt og reducere tab på grund af skygge?

For det første skal du reducere solcellemodulernes hældning . Forskellene i årsproduktionen er ikke særlig store, og denne reduktion giver mulighed for et fald i afstanden mellem rækkerne. Tabellen nedenfor viser et eksempel på sammenhæng mellem hældningsvinkel, årlig produktion (eksklusive skygge) og påkrævet afstand mellem rækker:

 Baseret på Bogusław Szymańskis bog "Photovoltaic Installations"

Som vist i eksemplet ovenfor forværrer vippevinklen, der maksimerer den årlige produktion, pladsudnyttelsen markant. Reduktion af vinklen til 20° reducerer afstanden markant og opretholder høj produktivitet.

Derfor overstiger PV-modulets hældningsvinkler i praksis i Frankrig, Tyskland og Polen ikke 25°.

Både den lave vipning af moduler og de store mellemrum mellem arrays kan ses i den følgende video fra en 10,4 MW solcellepark i Estland

Beregninger af afstand mellem moduler

Ved at definere den objektive funktion som fraværet af skygge ved middagstid den 22. december (dvs. på dagen for vintersolhverv), kan afstanden mellem rækkerne beregnes ved hjælp af følgende formler:

Billede Beregninger af afstand mellem PV-moduler

β - PV-modulernes hældningsvinkel

α - indfaldsvinkel på de mindst solrige dage om året.

• α = 90° - breddegrad - 23,45°

d - højden af modulsøjlen

x - afstand mellem slutningen af en række og begyndelsen af den næste

• x = sin(β) × d / tg(α)

y - afstand mellem rækker

• y = d × sin(180° - β - α) / sin(α)

Anvendelse af ovenstående formel giver mulighed for næsten fuldstændig at undgå skygge. Ikke desto mindre kan det være en fordel at reducere afstanden mellem rækkerne for en bedre rumlig udnyttelse. Dette er mere væsentligt, jo længere mod nord installationen er placeret. Det betyder, at man accepterer visse produktionstab . Heldigvis har teknologier, der begrænser disse tab, været tilgængelige på markedet i flere år.

Orientering og type af moduler

Fotovoltaiske moduler er opdelt i flere sektioner af bypass-dioder . Dyb skygge får hele sektionen til at afbrydes. Dette gøres for cellebeskyttelse.

Gamle, men stadig stødte moduler med hele celler blev fuldstændig afbrudt, da deres nederste del var i skygge. Vandret montering var med til at begrænse tab. Den nuværende generation af solcellemoduler (såkaldt half-cut) opdeler modulet i 6 delvist selvstændige sektioner. De er tilpasset til både lodret og vandret montering.

Forholdet mellem type og orientering af moduler og skyggetab er beskrevet i grafikken nedenfor.

 
På tegningen: Del af modulet ude af brug på grund af skygge afhængig af modul og orientering

A - hele celler vertikalt - tab 100 %

B - hele celler horisontale tab 66%

C - halvskåret horisontalt tab 66 %

D - halvskærende vertikalt tab 50 %

Ovalerne angiver kredsløbene i modulet defineret af shuntdioderne. De røde ovaler er kredsløb deaktiveret af skyggen.

Dimensioner af solcellepaneler

På markedet støder vi på både større og mindre solcellemoduler. Forskellene kan være ret betydelige. Men som regel betyder valget af større (kraftfulde) moduler en lavere installationsomkostning pr. dens effekt (PLN/kWp).

Det skal huskes at: 

• Større moduler genererer højere strøm , hvilket kræver valg af en passende inverter. Strømmen, der genereres af de største moduler, overstiger mulighederne for mindre invertere, beregnet til mindre installationer. Ved installationer <10 kWp bør der vælges mindre solcellemoduler.
• Større moduler er mindre holdbare , hvilket betyder, at de kun bør købes fra verificerede producenter.

Struktur til solcellepaneler - pris på forskellige konfigurationer

Standard fotovoltaiske strukturer er opdelt baseret på:

• antallet af  støtter

Enkeltstøttesystemer er billigere, men samtidig mindre stive og stabile. De bør ikke bruges på jord med lav bæreevne.

Én støtte	To støtter
Jordkonstruktion T2V	Jordkonstruktion N2V

• lodret eller vandret layout af moduler
  Valget kommer ofte ned til æstetiske overvejelser. Byggeomkostningerne er ens, og med halvskårne moduler er installationen mere modstandsdygtig over for skygge uanset orienteringen.

Lodret layout	Vandret layout
Jordstruktur N3V	Grundstruktur N3H

• Antal rækker
  Antallet af rækker, sammen med orienteringen, påvirker højden af modulkolonnen, hvilket igen påvirker styrken af en enkelt installationstabel.

En række	To rækker
Jordstruktur T1V	Jordstruktur N2V
Tre rækker	Fire rækker
Jordstruktur N3H	Jordstruktur N4H

Sådan vælger du materiale til strukturen

Strukturen er lavet af rustfrit stål , aluminium og almindeligt konstruktionsstål belagt med zink og magnesium.

Vores flagskibsprodukt hos Altamira er konstruktioner lavet af forspændt beton ( N2V-STR , N3V-STR , N3H-STR , N4H-STR , N5H-STR ), hvilket betyder en komposit der ligner armeret beton, men med den forskel at stålstænger er belastede før betonen udstøbes. Forspændte betonsøjler slås ned i jorden ved hjælp af en pæledriver (som almindelig beton ikke kunne modstå), og til dem er fastgjort standard konstruktionsstålelementer.

Anvendelsen af forspændt beton giver mulighed for at optimere investeringsomkostningerne uden at reducere brugsværdierne.

Konstruktionsstål	Forspændt Beton
Jordstruktur N4H Garanti: Konstruktion af S350 stål - 25 år Belægning (Magnelis®) ZM430 - 25 år	Jordstruktur N4H-STR Forspændt beton er omkring 30 % billigere Garanti: Forspændt beton og S350 stål -30 år Belægning (Magnelis®) ZM430 - 25 år

 Nedenfor ses en video, der viser, hvordan pælenedningen af forspændte betonkonstruktioner ser ud.

Sådan matches PV-strukturen til underlaget

Der er tre hovedmåder at fastgøre strukturen til underlaget.

De mest populære er vædrede systemer . Overkommelige, enkle og hurtige at installere, de fungerer godt, hvor jorden ikke er sumpet eller alt for løs.

På grunde med lavere bæreevne yder skruede profiler sig bedre. De kan bruges, hvor der er behov for højere modstand mod ekstraktion.

Betonfundamenter anvendes, hvor jorden er sumpet, meget løs, eller hvor der er risiko for kollision med underjordisk infrastruktur (ledninger eller rør).

Hvordan man vurderer kvalitet, dvs. certifikater og standarder for bærende strukturer

Sikker brug garanteres kun af en struktur lavet i overensstemmelse med de standarder, der gælder i et givet land. Nogle gange er kunderne bekymrede for, om produkterne fra firma X eller Y virkelig er vellavede. Heldigvis er det at skabe stålkonstruktioner en kunst, der er blevet perfektioneret gennem årene, og at have de passende certifikater er en ordentlig sikring for investoren. 

Liste over grundlæggende europæiske certifikater:

• Udførelse af stål- og aluminiumskonstruktioner:
  - EN 1090-1+A1 - Principper for overensstemmelsesvurdering for konstruktionskomponenter
  - EN 1090-2+A1 - Tekniske krav til stålkonstruktioner
  - EN 1090-3 - Tekniske krav til aluminiumskonstruktioner

• Handlinger på konstruktioner:
  - EN 1991-1-3 - Snelast
  - EN 1991-1-4 - Vindpåvirkninger

Nationale ækvivalenter, der oversætter europæiske standarder, begynder med en tilsvarende betegnelse. For eksempel er den polske ækvivalent til EN 1090 PN-EN 1090. Den tyske ækvivalent er DIN-EN 1090, og den britiske er BS-EN 1090.

Yderligere certifikater, der gælder for nogle strukturer:

• EN 1992-1-1 - beton- og forspændte betonkonstruktioner
• EN 1993-1-1 - regler, der definerer styrken af stålkonstruktioner
• EN 1993-1-3 - supplerende for profiler og plader
• EN 1993-1-5 - supplerende for beklædte strukturer

Korrosionsbestandighed

Strukturer, der anvendes i barske miljøer, skal testes i henhold til EN ISO 9227-standarden. 

Ved håndtering af stålkonstruktioner dækket med en beskyttende belægning vurderes også belægningens korrosionsholdbarhed. Den mindste korrosivitetsklasse for fotovoltaiske strukturer er C3 i henhold til EN ISO 12944-2. I områder med højere luftforurening bør der søges et produkt med modstandsklasse C4, og ved meget høj forurening - C5.

Belægningen vi bruger, Magnelis®, har en korrosionsbestandighedsklasse på C5 .