Специфики при инсталацията на фотоволтаични модули в сгради

Инсталирането на PV системи в сгради отговаря на критериите за нискоенергийно и екологично строителство и може да бъде изгодна инвестиция за собствениците.

Фотоволтаичните модули могат да бъдат базов елемент от архитектурната концепция на сградата или да се инсталират върху покрива, в прозорци в покривното пространство, в сенници, парапети на балкони, покривни конструкции на паркинги и много други.

Генерираната електрическа енергия може да се използва за захранване на разнообразни сградни приложения.

Инсталационен проект

Проектът на PV инсталацията може да определи целия й жизнен цикъл, затова трябва да бъде изпълнен внимателно, като се вземат предвид всички възможности за постигане на най-добри работни показатели.

Добрият проект включва правилен избор и съвместимост на компонентите (PV модули, инвертори и друго оборудване), избягване на загуби на енергия, където е възможно, и минимизирането им, където е неизбежно. Проектантът трябва да вземе под внимание ефективността и средната цена за 1 Wp на различните технологии PV клетки, а също и всички електрически параметри, цени за инсталация и поддръжка.

Също така трябва да се изчисли очакваното производство на енергия (взимайки предвид слънчевия потенциал, загубите, дължащи се на ориентацията, наклона и засенчването) и да се определи типът на системата за съхранение.

Ако PV инсталацията е инсталирана върху покрива, трябва да се обърне специално внимание на стабилността и устойчивостта на покрива, за да е сигурно, че той ще може да понесе теглото на PV модулите. Надеждната носеща конструкция също играе съществена роля в ефективната експлоатация на системата.

Сред основните изисквания към нея са осигуряването на оптимален ъгъл на панелите, гарантиращ максимална производителност и експлоатационен срок не по-малък от живота на соларните модули. Конструкциите трябва да са изпълнени от надеждни материали, да предлагат лесен монтаж и да имат минимални разходи по поддръжката.

Не на последно място, всяко крепежно съоръжение е необходимо да бъде проектирано съобразно особеностите на конкретния покрив и съответните стандарти за натоварване от сняг и устойчивост на вятър.

След като са избрани подходящите елементи на PV системата е важно те да бъдат инсталирани в съответствие с препоръките на производителя, особено по отношение на изискванията за закрепване, вентилация, калибриране, нивата на работната температура и на сигурността.

Инсталационната фаза трябва да удовлетворява проектните изисквания и да отговаря на действащата нормативна база. Неспазването на правилните работни условия може да доведе до понижаване на производителността, съкращаване на живота на елементите и дори до срив в системата.

Разположение и ориентация на PV системата

Засенчването е един от потенциалните проблеми в експлоатацията на системата, който трябва да се проучи още на проектна фаза чрез внимателен подбор на място и разположение на модулите.

То може да бъде временно или постоянно и да е предизвикано от клони на близки дървета, покриви на съседни къщи, антени или други предмети, които хвърлят сянка върху панелите през определена част от деня.

Засенчването оказва голямо влияние върху ефективността на PV системата, като степента на влияние зависи от броя засенчени модули, клетки и bypass диоди, посоката на засенчване, вътрешното свързване на модула, дизайна на инвертора и др.

Температура на модула

Увеличението на температурата на модула води до понижение на неговата производителност (напр. 0.5% на 1 °C над стандартните условия за измерване за кристален модул). Поради тази причина трябва да се предвиди достатъчно разстояние за вентилация и охлаждане (обикновено минимум 25 мм).

За система, интегрирана в сграда, това обикновено се постига с осигуряването на вентилирано свободно пространство зад модулите. При обикновените скатни покриви вентилацията се постига чрез допълнителни летви над покривната мушама и чрез вентилация от стрехите и билото.

Вентилация на инвертора

Инверторите също отделят топлина и трябва да са достатъчно добре вентилирани. Свободното разстояние, определено от производителя, трябва да бъде спазвано. Неизпълнението на това изискване може да доведе до загуби в работата на системата, както и до изключване на инвертора при достигане на максималната производствена температура.

Оразмеряване на кабели и вериги

Според нормативната уредба за PV инсталация, оразмеряването на кабелите трябва да се извършва съобразно два основни фактора: пада на напрежението, съгласно националните нормативни документи и тоководещ капацитет на кабела, измерен по два параметъра - ток при късо съединение и операционна температура, базирана на конфигурацията на кабелите в инсталацията и излагането на открито.

При разполагането на кабелите стремежът е към минимизиране на дължината им и надеждно осигуряване на всички връзки.

Защита от мълнии и пренапрежения

Всички чувствителни елементи във фотоволтаичната система трябва да се предпазят от атмосферни и комутационни пренапрежения. 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: наличието на външна мълниезащитна уредба; вида й (изолирана или неизолирана); разстоянието между главното разпределително табло и инвертора; разстоянието между фотоволтаичните панели и инвертора.

Така например при фотоволтаични 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 случай че конструкцията се изгражда на място със съществуваща външна мълниезащитна уредба, фотоволтаичната система се инсталира в нейната защитна зона, за да се осигури защитата й от директно попадение на мълния.

Модулите, поставени на покриви или върху свързани със сградата стълбове, не трябва да са разположени по-високо от най-високата част на сградата. Металната рамка на модула, поставен над последното ниво на сградата, може да работи като мълниеприемник.

В райони с чести бури или при системи с повече от два модула е добре да се инсталира двуполюсен прекъсвач/ разединител между фотоволтаичната група и контролера за зареждане, така че фотоволтаичната група да може да се изолира от останалата част от системата, когато има риск от попадение на мълния.

Ако съществуващата мълниезащита не може да предпазва фотоволтаичната централа, се добавя допълнителна мълниезащитна система, която в последствие се свързва с първата. При всички положения е добре да се направи предварителна оценка на риска и резултатите да се вземат предвид при проектирането на системата.

Експлоатация и превантивна поддръжка на системите

Ако всички проектни изисквания са изпълнени при инсталирането, PV системата би трябвало да има добра ефективност в началото на експлоатацията. Важно е обаче тя да бъде поддържана през целия експлоатационен период на системата.

В тази връзка специалистите съветват редовно инспектиране и оглед на общото състояние на оборудването: модули, кабели, разпределителни кутии, инвертори и заземителни електроди; поява на ново засенчване; състояние на носещите конструкции и др.

Препоръчителен е и постоянен мониторинг на работата на фотоволтаичната система, който подпомага постигането на оптимална ефективност на централата и намалява времето за откриване на евентуални повреди и тяхното отстраняване.

На пазара се предлагат различни модели системи за дистанционен мониторинг на фотоволтаични централи, във възможностите на които са заложени отчитането и визуализацията на данни за качествените и количествени характеристики на генерираната енергия, за наличие на повредени стрингове и тяхното локализиране, за наличие на утечки или къси съединения в проводниците на стринговете, за загуби на енергия, предизвикани от засенчване.

Системите са в състояние да открият възникнали проблеми в цялата верига - от панелите до инвертора, включително замърсени или повредени панели, предпазители, изключени прекъсвачи и други, и да предоставят навременна и нагледна информация за вида и местоположението на възникналите технически проблеми.

Те предлагат графична визуализация не само на измерените данни за моментното състояние на мрежата и панелите или добива за деня, но и показват стойностите на слънчевата радиация, спестените емисии CO2 и загубите от засенчване. Софтуерът автоматично извлича информация от всички модули, включени в системата, на базата на която се правят различни справки.

Също така може да извежда диаграми на моментните мощности на входовете, изчислени на базата на измереното входно напрежение на избран модул и тока на съответния вход, диаграми на генерираната енергия в kWh, отчетена от един или няколко избрани модула по дни или по месеци, сигнализация за стрингове, генериращи по-малко енергия от останалите и др.