„Na południe!” – tak najczęściej brzmi motto podczas instalacji paneli fotowoltaicznych. Wiemy, że południe jest najkorzystniejszym kierunkiem ustawienia instalacji PV na półkuli północnej. Ale może są też inne opcje? Tutaj dowiesz się wszystkiego o optymalnym ustawieniu paneli fotowoltaicznych, alternatywnych kierunkach ich montażu oraz roli kąta nachylenia paneli.
Kto dziś buduje dom, ten często planuje już instalację fotowoltaiczną (PV) i zadaje sobie pytanie: jak ustawić panele fotowoltaiczne, aby zoptymalizować ich wydajność? Jak napisano we wstępie, panele skierowane na południe są dobrym sposobem na pełne wykorzystanie potencjału instalacji. W miarę jak słońce wznosi się coraz wyżej w ciągu poranka, osiąga najwyższą intensywność promieniowania na południu około południa.
Właściciele domów często mogą zorganizować montaż i, w razie potrzeby, zachować miejsce na dachu na panele fotowoltaiczne skierowane na południe. Ale nie każdy nowy budynek, a już na pewno nie każdy istniejący, będzie mieć powierzchnię dachu skierowaną na południe.
Południe nie jest jedyną opcją ustawienia instalacji PV
Jakie są więc alternatywy dla budynków, które zbudowano kilka lub kilkadziesiąt lat temu? W tamtym czasie nikt nie myślał o tym, że właściciele domów pewnego dnia będą chcieli wykorzystać moc słońca do wytwarzania energii. Przepisy budowlane zapobiegają też niekiedy projektowaniu powierzchni dachu skierowanej na południe. A nawet jeśli taka istnieje – sąsiednie budynki i drzewa mogą częściowo lub całkowicie zacieniać dach, a tym samym znacznie zmniejszyć uzysk energii.
W dużej części Europy dominują dachy dwuspadowe skierowane na wschód i zachód. „Właściciele domów nie muszą jednak obyć się bez fotowoltaiki”, wyjaśnia Robert Reinbrech, ekspert od energii słonecznej we Fronius International. „Wprawdzie orientacja na południe zapewnia największe zyski, większość innych orientacji instalacji PV też ma ekonomiczny sens”.
Ilustruje to poniższa tabela:
| południowy zachód lub południowy wschód | Te instalacje generują 95% maksymalnego uzysku, czyli zaledwie o 5% mniej niż instalacje południowe. |
| Orientacja wschodnia | W porównaniu z orientacją południową, instalacja PV o tej orientacji wytwarza o około 20% mniej energii ze słońca. |
| Orientacja zachodnia | W przypadku tych instalacji jest dokładnie tak samo jak z wyżej opisanymi instalacjami wschodnimi. Generują około 80% maksymalnego uzysku. Różnica polega na tym, że więcej prądu jest wytwarzane w drugiej połowie dnia, a nie przed południem. |
| Połączenie orientacji wschodniej i zachodniej | Połączenie paneli zorientowanych na wschód i zachód – często określane jako orientacja wschód-zachód – też skutkuje utratą uzysku na poziomie około 20%. Straty są szczególnie zauważalne zimą, kiedy słońce wschodzi później i jest dalej na południe. |
| Orientacja północna | Czy instalacja PV po północnej stronie ma sens? Po stronie dachu ustawionej przeciwnie do słońca może powstać od 30 do 50% mniej energii niż po stronie nasłonecznionej. W wielu przypadkach sprawia to, że instalacje PV tego typu są nierentowne. |
Montaż paneli fotowoltaicznych wschód zachód – czy warto?
Jak widać w powyższej tabeli, instalacje zorientowane na wschód i zachód wiążą się z mniejszą produkcją energii, ale oferują też znaczne korzyści:
Podczas gdy panele fotowoltaiczne skierowane na południe osiągają szczytową moc około południa, potencjalnie generując duże nadwyżki energii, orientacja wschód-zachód oferuje znacznie bardziej równomierne wytwarzanie energii od wschodu do zachodu słońca. Reinbrech dodaje: „Nawet jeśli elementy w tej konstelacji rzadko lub nigdy nie osiągają maksymalnej wydajności, ciągłe zasilanie energią ze słońca często odciąża gospodarstwa domowe finansowo bardziej niż instalacja południowa. Dotyczy to w szczególności gospodarstw domowych bez magazynu energii. Umiarkowana ilość energii jest stale dostępna do wykorzystania na potrzeby własne. Nawet rano i wieczorem, gdy zapotrzebowanie na energię w wielu rodzinach osiąga szczytowe wartości. Na przykład podczas parzenia kawy, używania pralki lub oglądania telewizji”.
Nie można przeoczyć kolejnej przewagi technicznej: Jeśli moduły i falowniki nie pracują z pełnym obciążeniem, ich elementy nie osiągają krytycznie wysokich temperatur. Zapewnia to ochronę podzespołów i wydłuża ich żywotność. W niektórych okolicznościach warto nawet kupić falownik o mniejszej mocy, aby zmniejszyć początkowe koszty.
Czym jest azymut i jakie ma on znaczenie dla instalacji PV?
To, czy instalacja ma orientację południową, wschodnią lub zachodnią, można łatwo stwierdzić na podstawie kąta azymutu. Jak? Potrzebna jest do tego podstawowa wiedza:
Kąt azymutu wskazuje odchylenia w poziomie i może wynosić maksymalnie 180 stopni na kuli, takiej jak Ziemia. W takich obszarach zastosowań, jak kartografia i astronomia, wskazuje odchylenia od geograficznej północy. W przypadku instalacji PV opisuje natomiast odchylenia od południa.
Połączenie azymutu i kąta nachylenia określa w końcu, jaką część teoretycznej maksymalnej wydajności może wygenerować instalacja PV.
W szczególności oznacza to:
/ Azymut na dokładnym południu wynosi 0 stopni – tutaj generowana jest maksymalna ilość energii słonecznej.
/ Azymut 90 stopni wskazuje orientację zachodnią, -90 stopni – wschodnią.
/45 stopni oznacza orientację w kierunku południowo-zachodnim, natomiast azymut -45 stopni oznacza kierunek południowo-wschodni.
/ Orientacja na północ odpowiada azymutowi 180 stopni.
Optymalny kąt nachylenia paneli fotowoltaicznych – optymalne uzyski
Przejdźmy od azymutu do kąta nachylenia. W końcu promienie słoneczne powinny uderzać w moduły fotowoltaiczne nie tylko tak długo, jak to możliwe, ale także pod kątem prostym. W Europie Środkowej zalecany jest kąt nachylenia około 30 stopni, aby w jak największym stopniu korzystać z własnej produkcji energii ze słońca.
Uważni czytelnicy mogą teraz słusznie zadawać sobie pytanie: Czy kąt nachylenia nie zmienia się w ciągu roku? W końcu zimą słońce jest znacznie niżej na niebie niż latem. „To spostrzeżenie jest absolutnie słuszne. W okresie zimowym korzystny byłby większy kąt nachylenia, przekraczający 60 stopni. Nieoptymalny kąt nachylenia powoduje kilkuprocentową utratę uzysku w zimnej porze roku. W wartościach bezwzględnych, mierzonych w kWh, ta strata jest nadal ograniczona ze względu na kilka godzin nasłonecznienia i słabe natężenie promieniowania w miesiącach zimowych”, mówi ekspert od fotowoltaiki w firmie Fronius.
Co jest lepsze: dach płaski czy dwuspadowy?
Na to pytanie nie można odpowiedzieć w sposób ogólny. W przypadku dachów dwuspadowych ważna jest ich stromość. Jeśli kąt nachylenia mieści się w optymalnym zakresie dla danej szerokości geograficznej, jest to najlepsza opcja. Ale nawet bardziej strome dachy dwuspadowe mogą być wykorzystywane do instalacji PV przy niewielkich stratach wydajności w ciągu roku. A nawet zapewniają nieco więcej energii ze słońca zimą niż dachy o mniejszym nachyleniu. Dodatkowy atut: im bardziej stromy kąt nachylenia, tym mniej zanieczyszczeń osiada na panelach fotowoltaicznych. Zmniejsza to nakłady na konserwację i zwiększa wydajność. Montaż modułów na dachach dwuspadowych jest nieskomplikowany i zazwyczaj nie wymaga stosowania konstrukcji nośnych.
Z kolei na dachach płaskich zwykle konieczne są kosztowne prace montażowe w celu zwiększenia kąta nachylenia, a tym samym uzysku energii z instalacji PV. Najlepszym wyborem są bardziej płaskie stelaże o kącie nachylenia od 10 do 15 stopni. Ten kąt nachylenia zmniejsza zacienienie spowodowane przez inne moduły. Jednocześnie zmniejsza to powierzchnię naporu wiatru. Zaletą dachów płaskich są elastyczne możliwości ustawienia kierunku instalacji. Pozwala to uzyskać potencjalnie większą wydajność.
Szczególną cechą instalacji w orientacji wschód-zachód jest to, że osiąga szczególną sprawność na bardziej płaskich dachach przy kącie nachylenia od 10 do 15 stopni. Dzieje się tak, ponieważ przy tym nachyleniu moduły wychwytują więcej wczesnych porannych i późnych wieczornych promieni słonecznych padających na Ziemię pod mniejszym kątem.
W tym artykule skupiliśmy się wyłącznie na instalacjach paneli na dachu i w dachu. O tym, jakie korzyści zapewniają instalacje elewacyjne i ogrodzenia fotowoltaiczne, piszemy tutaj.
Właściwy kierunek paneli fotowoltaicznych – wszystko jest kwestią perspektywy
Jak widać: Jeśli pożądane jest ciągłe zaopatrzenie w umiarkowaną ilość energii ze słońca od rana do wieczora, orientacja wschód-zachód jest odpowiednia dla większości gospodarstw domowych – zwłaszcza dla tych, które nie mają magazynu energii.
Z drugiej strony, aby uzyskać absolutne maksimum kilowatogodzin ze wszystkich elementów instalacji PV, lepiej jest wybrać orientację południową. Pod warunkiem, że pozwalają na to warunki konstrukcyjne. Należy przy tym pamiętać, że największa ilość energii ze słońca powstaje około południa, a jej wydajność o poranku i wieczorem jest znacznie mniejsza. Prawdziwe korzyści ze zwiększonej ilości generowanej energii mogą odnieść gospodarstwa domowe z magazynem energii.
Niewielkie odchylenia od dokładnego południa nie powodują dramatycznych strat uzysku. Tylko orientacja na północ może być nierentowna.
Oczywiście kierunek ustawienia paneli fotowoltaicznych zależy również od położenia geograficznego planowanej instalacji PV. Na półkuli północnej orientacja na geograficzne południe zapewnia maksymalne możliwości pozyskiwania energii ze słońca. Natomiast na półkuli południowej jest dokładnie odwrotnie. Aby uzyskać maksymalną wydajność, lepiej ustawić panele fotowoltaiczne w kierunku północnym.
Idealny kąt nachylenia też różni się w zależności od regionu. Na wyższych szerokościach geograficznych korzystne są większe kąty nachylenia, ponieważ słońce jest „niżej” na niebie. Im bliżej równika znajduje się moduł, tym mniejszy powinien być kąt jego nachylenia.
Dachy płaskie i dwuspadowe w równym stopniu nadają się do instalacji PV. Podczas gdy dachy dwuspadowe pozwalają na tańszy montaż, elastyczna konstrukcja instalacji na dachach płaskich potencjalnie pozwala na zwiększenie wydajności.
Jedno jest pewne: Dzięki obecnej technologii instalację PV można zastosować z korzyścią w prawie każdym domu. Niewykorzystanie potencjału własnego dachu będzie kosztować właścicieli domów więcej w dłuższej perspektywie niż jednorazowa inwestycja w instalację PV.
