Покривни PV инсталации в индустрията

• Ползите от решенията за генериране на соларна енергия за собствени цели са особено ценни за промишлените предприятия, които са значително по-енергоемки от домовете и търговските обекти
  
  
• Предимство на PV системите пред други типове технологии за производство на енергия от ВЕИ в индустрията е тяхната изключителна гъвкавост и мащабируемост
  
  
• Когато покривът на една сграда е специално проектиран за монтаж на PV системи, инсталацията е значително по-лесна, а разходите много по-ниски

Фотоволтаичните панели заемат все по-голяма част от покривите на жилищните, търговските и обществените сгради в ежедневието ни. Множеството икономически и екологични предимства, които решенията за генериране на соларна енергия за собствени цели осигуряват, са особено ценни за индустриалните предприятия, които поначало са значително по-енергоемки от домовете и търговските обекти. В редица сценарии е най-целесъобразно и технически пригодно слънчевите панели да се

разположат именно върху покрива на сградата – цех, склад, хале, работилница или друга закрита производствена площ, логистичен/дистрибуционен център и т. н.
В зависимост от условията и потребностите в конкретното предприятие или съоръжение и неговата локация е възможно да се изгради както мрежова, така и автономна или хибридна соларна централа.

Предимство на PV системите пред други типове технологии за производство на енергия от възобновяеми източници е тяхната изключителна гъвкавост и мащабируемост. Тя позволява не само покриване на изискванията на различни по тип, размер, височина и предназначение сгради, но и реализиране на т. нар. икономии от мащаба, при които значително се намаляват разходите за производство на единица енергия (в сравнение например с жилищните инсталации) в резултат на увеличаване на обема на производство.

Особености

Покривните PV инсталации традиционно са по-малки по капацитет от наземните. И ако при системите за битови цели той най-често варира в диапазона 5 – 20 kW, то при индустриалните централи обикновено се цели постигане на поне 100 kW инсталирана мощност. Базовите компоненти на една промишлена система обаче на практика са същите като при тези за жилищно или търговско ползване и при соларните паркове – фотоволтаични панели/модули, инвертори, системи за окабеляване, монтажни елементи или други електрически компоненти и аксесоари.

Соларните панели се доказват като рентабилно и разходно ефективно решение за обезпечаване на енергийните нужди в много промишлени обекти, а периодът за изплащане на инвестицията традиционно е най-много 5 – 6 години. Това превръща покривните PV централи във все по-атрактивна опция за индустрията.

Допълнително предимство е възможността слънчеви модули да бъдат монтирани както върху нови, така и върху съществуващи сгради за промишлени цели. Покривите на индустриалните обекти в сравнително голям процент от случаите са плоски и с голяма площ, което е още една предпоставка за извличане на допълнителна стойност от тях чрез повторното им оползотворяване посредством соларни инсталации.

Когато покривът на една сграда е специално проектиран за монтаж на PV системи, инсталацията е значително по-лесна, а разходите – много по-ниски. Плоските покривни конструкции са оптимален вариант за разполагането на фотоволтаични модули, но са изпълними и специализирани решения за скосени покриви. Системите с баластен монтаж и бетонни противотежести са отличен избор за равни покривни зони, тъй като просто се поставят отгоре и не изискват пробиване на отвори в конструкцията и допълнителни монтажни приспособления. Плоските покриви предлагат значителни предимства относно безопасността не само при първоначална инсталация, но и при поддръжка.

При проектирането на покривните зони на индустриалните обекти е необходимо да бъдат отчетени някои съображения във връзка с теглото на соларните панели и останалите компоненти на инсталацията, както и с разпределението на тежестта върху наличната площ. Един стандартен панел за промишлени цели със 72 соларни клетки най-често тежи около и над 30 kg. За целите на съответното хале, склад или производствено съоръжение може да са необходими десетки или стотици такива панели, като е от ключово значение да бъде взето предвид и теглото на монтажните конструкции, инверторите и другите елементи. Значително по-тежки от монтираните с крепежни елементи инсталации са баластните системи, при които се използват бетонни противотежести за придържане на слънчевите панели на място.

Технически и инсталационни съображения

При проектирането и инсталацията на покривни PV системи в индустрията е необходимо стриктно да се спазват приложимите наредби за зониране, регулациите относно сградите, строителните разпоредби и стандарти и действащото законодателство като цяло. Има случаи, в които соларни панели не е разрешено да бъдат монтирани върху покривите на дадени сгради, както и сценарии, в които инсталацията им реално е част от законовите изисквания относно обекта.

От съществено значение при изграждането на покривни PV инсталации върху индустриални обекти с оглед на максималната им ефективност и рентабилност са оптимизирането на ориентацията на соларните модули и минимизирането на засенчването. В рамките на деня многократно се променя ъгълът, под който слънчевата светлина пада върху панела. При проектирането на една покривна централа е важно да бъдат взети предвид промените в ъгъла на слънцегреене не само на ежедневна, но и на сезонна или годишна база.

Баластните системи с подвижни рамена позволяват промяна на ъгъла на панела спрямо този на слънчевите лъчи за оптимална ефективност. Възможно решение са и т. нар. соларни тракери, които чрез специални сензори и софтуер проследяват профила на слънцегреенето през деня или годината, като отчитат и моментни условия, като облачност. За автоматичната смяна на ъгъла и/или ориентацията на модулите се грижат програмируеми управления и задвижвания.

Индустриалните покривни PV системи като цяло по-рядко биват засенчвани от високи околни дървета или кооперации в сравнение с жилищните. В индустрията все пак е от ключово значение да се вземат предвид сенките, хвърляни от често монтирани по покривите системи, като ОВК агрегатите. Важно е да се знае, разбира се, и че площта на засенчването също се изменя в течение на деня или годината във връзка с движението на слънцето. Ето защо е препоръчително при проектирането да се използват софтуерни платформи за симулация, които прогнозират движението и размера на сянката и предлагат оптимални варианти за разположение на соларните панели.

Съществено е и правилното оразмеряване на покривните PV съоръжения с оглед на наличното пространство, желания капацитет, енергийните потребности и разположението. Една твърде малка система не би допринесла достатъчно за целевите икономии на енергия и емисии, докато прекалено голямата инсталация би довела до ненужни разходи. За да се уточни подходящият размер на масива, е необходимо да се отчетат профилът на енергийно потребление на съответната сграда, както и възможностите за възвръщане на средства от подаване на излишъците към мрежата според местните тарифи.

По принцип соларните панели достигат пикова производителност в следобедните часове. Една голяма инсталация вероятно би надвишила собствените потребности на обекта в този период, което би означавало и по-големи количества неоползотворена енергия. Ако са налични батерийни системи за нейното съхранение или електроразпределителното дружество в района предлага мрежово измерване в реално време, генерирането на излишъци е добър вариант. В противен случай такова трябва да се избягва чрез максимално подходящо оразмеряване на масива.

Ключови фактори във връзка с инвестицията

Първа стъпка от процеса на планиране обикновено е проверката на това дали обектът е технически пригоден за производство и използване на соларна енергия. В тази връзка се прави анализ на площта и ориентацията на покрива, засенчването, пространствените изисквания с оглед на монтажа и експлоатацията, конструктивните специфики, потреблението на обекта и необходимия капацитет, регулаторните изисквания, наличните опции за договори с комуналните дружества и т. н.

Част от техническата оценка относно жизнеспособността на соларната инсталация е и обследването на възможностите за съхранение на енергия, които биха допринесли за намаляване на разходите, енергийно обезпечаване на дейностите и в тъмните часове на денонощието и по-бърза възвръщаемост на инвестицията.

При съществуващи сгради с промишлено предназначение експертите препоръчват на първо място да се провери състоянието на покрива. PV инсталациите се изграждат с експлоатационен срок от поне 30 години. За целта е необходимо и покривните пространства да са в достатъчно добро състояние, за да не изискват преждевременни ремонти в рамките на този период. Предварително реновиране често е по-добър вариант от наложителни реконструкции по време на използване.

Макар значително да увеличава първоначалния бюджет на проекта, в някои сценарии цялостната подмяна на покрива е по-добър подход. В други случаи е възможно само реконструиране на зоните, върху които ще бъдат монтирани слънчевите панели.

При правилно проектиране и изграждане една покривна инсталация не би трябвало да оказва вредно въздействие нито върху самия покрив, нито върху оттичането на вода при дъжд или снеговалеж. Соларните съоръжения не бива да ограничават и достъпа до важни зони или оборудване на покрива за адекватната им поддръжка.

Друг важен момент от планирането е оценката на електроинсталациите и товарите в сградата. Ако физическата инфраструктура на електроенергийната система е в лошо състояние и/или с повреди, материално амортизирана е, затруднява свързването на PV централата или е с недостатъчен капацитет да издържи на натоварването, специалистите препоръчват нейното реновиране или цялостна подмяна. Основна цел е гарантирането на максимална безопасност, ефективност и рентабилност в дългосрочен план.

Ключов етап при планирането с оглед на безопасността е отчитането на действащите наредби за пожарна безопасност – както във връзка с извършваните в обекта дейности и неговото предназначение (например съхранение на леснозапалими материали, наличие на потенциален риск от експлозия и т. н.), така и по отношение на някои типични рискове при соларните инсталации, например от пренапрежение при мълнии. Важно съображение е да се осигурят адекватен маршрут и достъп на противопожарните екипи до покрива и разположените върху него системи и съоръжения в случай на пожар.

В общия случай параметрите на PV инсталацията трябва да бъдат съобразени основно с моментния профил на натоварване/потребление на сградата, както и с действащите на локално ниво наредби за разпределение на електрическата енергия – при генериране на излишъци. Обектът е идеален кандидат за покривна соларна система, ако консумира по-голяма част от необходимата енергия през деня, когато производството е пиково. Такива са например цеховете в стандартен двусменен режим, при които денем протичат множество технологични процеси, включващи използването на мощно оборудване, като двигатели, задвижвания, помпи, компресори, хладилни инсталации и др. Най-енергоемките дейности могат да бъдат измествани по-график в онези периоди на деня с най-интензивно слънцегреене в зависимост от сезона. Необходимо е да се предвиди и обезпечаване на непрекъснато използвани сградни услуги, като осветлението и вентилацията, както и на такива със сезонни вариации, като отоплението и климатизацията. За най-гъвкаво и ефективно оползотворяване на енергията се препоръчва инвестиция в подходящи системи за съхранение.

Във фазата на планиране на покривни PV системи собствениците и мениджърите на индустриални обекти е необходимо да оценят и възможностите за бъдещо физическо разширяване на сградата или на нейния капацитет, промяна на предназначението й или пък евентуални необходими реконструкции.