Покривни фотоволтаични централи

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 1, 2013

Покривите на промишлени, офис, търговски и жилищни сгради се превръщат във все по-атрактивна бизнес ниша за инвестициите в зелена енергия. Съгласно новата нормативна база, покривните фотоволтаични инсталации до 5 kWp продават произведената електроенергия на значително по-високи цени спрямо наземните. Така сградите привличат средства извън основното си предназначение. Освен това, узаконяването на този тип централи става значително по-бързо и лесно, ползват облекчен режим за свързване към мрежата и за тях не важи годишната квота за присъединяване в даден регион.

Изисквания към покривното пространство

За да бъде възможно инсталирането на фотоволтаична система на даден покрив, първоначално е необходимо инвеститорът да се убеди, че използваната за инсталиране покривна площ може да издържи товара на системата с желания размер. Ако е необходимо, покривната конструкция трябва да се укрепи и усили. Друго важно условие е свободната повърхност на покрива да бъде изложена на възможно най-малко засенчване от съседни сгради, комини, антени и други. Повърхността на покрива в идеалния случай трябва да сочи в посока юг, югоизток или югозапад. При източно или западно изложение системата ще произвежда по-малко електроенергия. Като най-удобни за целта специалистите посочват плоските покриви, тъй като предлагат по-голяма гъвкавост при разположението на модулите и постигането на максимално производство.

Инсталации на плоски покриви

Фотоволтаичните панели върху плоски покриви обикновено се монтират успоредно на покрива или под ъгъл спрямо неговата равнина. Носещите профили се разполагат хоризонтално или вертикално. Най-често се изработват от алуминий или неръждаема стомана. Обикновено системата се състои от един базисен профил, перпендикулярен на носещия, който може да бъде закрепен по различни начини към покрива - чрез винтови адаптери, поставяне на тежести и др. Базисният профил се съединява с триъгълен профил, върху който се монтират напречните носещи профили за фотоволтаичния панел. При разположението на носещите конструкции в повече редици е важно да се избягва взаимно засенчване на модулите. Правилото в този случай е разполагането им на отстояние 3 пъти височината на панела. Проблемът със засенчването може да се избегне с използването на цилиндрични фотоволтаични модули, които позволяват хоризонтален монтаж и не изискват оставянето на разстояние между панелите. Модулите се разполагат плътно един до друг върху собствена монтажна конструкция на отстояние 35 см от повърхността на покрива, така че да се осъществява свободен въздухообмен. При използването на този тип колектори покривът се покрива със специален материал в бял цвят, така че колекторите да оползотворяват отразената и дифузната светлина.

Често използван технически похват при монтажа на фотоволтаични панели на плоски покриви е поставянето им върху т. нар. вани. Те са предназначени за основа на единични модули и се изработват от полиетилен или друг материал в определени размери. Обикновено повърхността им е обработена с UV устойчиво покритие. На дъното на ваната са направени дренажни отвори, а на останалите три страни - вентилационни отвори. За да могат да издържат натоварванията от вятър, е необходимо да се запълнят с баласт (чакъл, камъни, плочи и др.) преди поставянето на панелите. Теглото на баласта се изчислява на базата на отчетените максимални и средни стойности на вятъра в съответния регион. Външният ред вани (на ръба на фотоволтаичното поле) трябва да бъдат балансирани с по-високи натоварвания, така че да се избегне падането им от покрива или тяхното обръщане вследствие на по-силни пориви на вятъра. От значение в този случай е и видът на покривното покритие, което трябва да осигури коефициент на триене между повърхността на покрива и на ваната не по-малък от 0,6. Важен момент при проектирането на носещата конструкция с вани е отчитането на общото тегло на баласта, ваните и панелите, което не бива да надвишава носещата способност на покрива на сградата. Като възможен проблем при този тип конструкции някои експерти посочват недостатъчната вентилация във вътрешността на ваната, което намалява ефективността на фотоволтаичните модули. В тази връзка наскоро се появиха технически разработки, които позволяват извличането на топлината зад панелите и отвеждането й в ОВК системата на сградата.

Конструкции за наклонени покриви

При системите за монтаж върху наклонени покриви обикновено има два носещи напречни профила. Напречните профили се свързват към покрива чрез специални S-образни елементи, шини и покривни анкери. Модулите се закрепват към профилите със средни и крайни клеми. Често панелите се монтират надлъжно, но е възможен и напречен монтаж. Предлагат се във варианти за керемидени, ламаринени, етернитови, битумни и други покриви.

В случаите, когато стандартните системи за монтаж не са приложими (при покриви с неблагоприятно разположение на мертеците и столиците, неподходящ растер на керемидите и др.), се използват свободно конструирани кръстосани шини.

Специално за наклонени покриви вече се предлагат и фотоволатични модули с формата и функционалността на керемидите. Дори се правят опити за производството им в традиционния червен цвят.

Интегрирани в покрива PV системи

Освен да бъдат поставени върху повърхността на покрива, слънчевите колектори могат и да заместват част от покривната конструкция. Понякога се интегрират в обшивката на покрива, но могат да бъдат положени и свободно. Произвеждат се и специално предназначени за вграждане фотоволтаични колектори с корпус от обработена дървесина или друг материал, защитен от проникване на вода, и снабден с необходимите средства за закрепване. Интегрираните в покрива соларни модули обикновено се поставят на тази част от покрива, която е с южно изложение. Закрепват се с шина в покривната конструкция. При остъклените покриви могат да се използват вградени в стъклопакетите моно- или поликристални фотоволтаични клетки, както и тънкослойни панели, което позволява едновременното производство на електричество и осигуряването на осветеност на прилежащите помещения.

Автономни и неавтономни покривни системи

Покривните фотоволтаични системи могат да бъдат свързани към електроразпределителната мрежа и да отдават излишното количество произведена енергия в нея или да бъдат автономни. Сградите с автономни покривни централи използват зелената енергия за самостоятелно захранване на различни видове инсталации и уреди. Сред основните елементи на системите са фотоволтаични панели, контролер, акумулаторна батерия и инвертор. Контролерът осигурява оптимална работа на фотоволтаичните панели, като поддържа работната им точка винаги в зоната на максимална мощност. Също така в немалък брой приложения контролерът осигурява и оптимален режим на заряд на акумулаторната батерия. Нейното предназначение е да акумулира излишната енергия, генерирана от фотоволтаиците през светлата част на денонощието, и да я отдава през нощта, поддържайки непрекъснато електрозахранването на консуматорите.

Задачата на инвертора е да преобразува постоянното напрежение в променливо с подходящата честота, което позволява директно захранване на всички консуматори, стандартно изпълнение. Разбира се, възможно е системата да бъде ограничена само до постояннотоковата си част, без инвертор и възможност за захранване на променливотокови консуматори. Такова е изпълнението на най-маломощните инсталации. Използването на инвертор дава възможност автономната фотоволтаична инсталация да осигури енергия с показатели, идентични с тези на централното електроснабдяване.

При инсталациите, свързани с мрежата, инверторите преобразуват произведената от фотоволтаичните панели енергия с постоянен ток в еднофазна или трифазна електроенергия при напрежение и честота, подходящи да бъдат подадени в мрежата.

Мълниезащита на покривни PV системи

По принцип инсталирането на фотоволтаична система на покрива на сградата не увеличава риска от попадане на мълния. Въпреки това системите се нуждаят от надеждна защита, тъй като директните и индиректни попадения на мълнии могат да индуцират атмосферни и комутационни пренапрежения, които да предизвикат сериозни повреди на PV модулите, инверторите и другите електрически компоненти в централата. За фотоволтаичните инсталации върху покриви на сгради се използват два вида взаимно допълващи се защитни системи, които обезопасяват сградата и самата инсталация - външна и вътрешна система. Външната система защитава от директни попадения на мълнии, като използва един или повече мълниеприемници, които привличат мълниите и ги отвеждат към земята чрез защитни проводници. Вътрешната мълниезащита намалява риска от пренапрежения, индуцирани в инсталацията и се отнася до всички мерки за защита против неблагоприятни ефекти от удара и свързаните с него електрически и магнитни полета върху металните елементи и компоненти на инсталацията.

При проектирането на системите за защита на PV централата най-напред се установява дали сградата вече разполага с изградена мълниезащита или не. Защитата на PV системата трябва да бъде проектирана в съответствие със съществуващата мълниезащитна система на сградата. Необходимо e мълниеприемниците да бъдат инсталирани така, че първо да предотвратят директно попадение на мълния върху фотоволтаиците и, второ, да не правят сянка върху модулите, което би повлияло на тяхната производителност. Друго основно правило при инсталацията на PV система върху сграда със съществуваща мълниезащита е фотоволтаичните модули да се разположат в защитната зона на мълниеприемника, за да се осигури защита от директно попадение на мълния. Токоотводите се свързват със заземителната система, като се използват изводи. Поради опасността от корозия в точката, където изводите излизат от земята или бетона, те трябва да бъдат направени от корозоустойчив материал.

Също така, важно условие е спазването на определено разстояние между носещата конструкция на фотоволтаичните панели и външната мълниезащитна система, което може да бъде изчислено според IEC 62305-3. Ако панелите са разположени върху целия покрив на сградата и това условие не може да бъде изпълнено, носещата конструкция трябва да бъде интегрирана във външната мълниезащитна система. В тези случаи специалистите препоръчват еквипотенциалното свързване за DC проводниците, провеждащи тока на мълниите. Изискваното еквипотенциално свързване се осъществява с директно свързване на всички метални системи и с индиректно свързване на всички “живи” системи през арестери. То трябва да бъде осъществено близо до входа на сградата, за да се предотврати проникване на токове на мълния вътре в нея. Еквипотенциално свързване трябва да бъде изпълнено също и за входа НН. Ако разстоянието между инвертора и входа НН е не по-голямо от 5 м, AC изходът на инвертора също е защитен. Обикновено фотоволтаичният инвертор се инсталира на тавана, поради което това условие често не е изпълнено. По тази причина са необходими допълнителни устройства. При защитата на инвертора от пренапрежение от двете му страни (откъм постояннотоковата част и от тази на променливотоковата) се монтират защитни устройства. Изборът на тип защитно устройство зависи от вида на външната мълниезащитна уредба (изолирана или неизолирана); разстоянието между главното разпределително табло и инвертора; разстоянието между фотоволтаичните панели и инвертора. При PV системи без външна мълниезащитна уредба е необходимо да се монтират два комплекта защитни устройства - един след инвертора и друг - в разпределителното табло, ако разстоянието между главното разпределително табло (АC) или панелите и инвертора е по-голямо от 10 м.

В сгради без изградена външна мълниезащита възможни места за инсталиране на катодни отводители са: постояннотоковият вход на инвертора; АС изходът на инвертора и влизащата захранваща линия ниско напрежение. Работното напрежение на избраната арестерна защита трябва да бъде около 10% по-високо от очакваното максимално напрежение на фотоволтаичната система.

Източникснимки: NREL (National Renewable Energy Laboratory)

Програма "10 000 соларни покрива"

Българска фотоволтаична асоциация (БФА) инициира програма "10 000 соларни покрива", чиято цел е да се намалят бюрократичните процедури и да се въведат по-изгодни тарифни ставки за покривни и фасадни фотоволтаични инсталации у нас. "БФА се бори за въвеждане на изискванията, предвидени в Директива 2009/28/ЕО. Според Директивата инсталирането на малки фотоволтаични инсталации върху покриви и фасади следва да бъде улеснено и да се базира на уведомителен режим за присъединяване към мрежата.

Желанието ни е всеки българин да има стимул да инвестира в малка фотоволтаична централа на покрива или на фасадата си. Така всеки потребител на електроенергия ще се превърне и в производител. Електроенергията ще се произвежда там, където ще бъде консумирана и ще покрива дневните пикови часове, когато консумацията на електроенергия е най-голяма (особено през летните месеци). Покривните и фасадни соларни инсталации ще носят допълнителни доходи за домакинствата и туристическите обекти, разтоварване на електрическата мрежа и намаляване на загубите за пренос на електроенергия", се посочва на сайта на БФА.

Сградно интегрираните фотоволтаични системи имат потенциала да се превърнат в нещо значимо за българската икономика - да създадат хиляди работни места и да отворят работа за традиционни производства, които пострадаха силно от кризата, допълват от агенцията.


Top