Systemy fotowoltaiczne montowane w kierunku wschodnio-zachodnim

Systemy fotowoltaiczne stają się coraz popularniejsze, zwłaszcza te, których panele są zainstalowane w kierunku wschodnio-zachodnim (WE), zamiast w kierunku południowym, rośnie. 

Systemy fotowoltaiczne w kierunku WE to więcej energii

Moduły zwrócone w kierunku południowym produkują więcej energii w ciągu dnia. A jednak,  jak wykazują różnorakie analizy, systemy fotowoltaiczne WE w niektórych przypadkach dają możliwość uzyskania większych oszczędności, ponieważ lepiej wpasowują się w zapotrzebowanie obiektu, w szczególności w przypadku gospodarstw domowych. Dodatkowo, jak podaje GreenTechMedia, instalacja typu WE pozwala na zainstalowanie o 20% do 50% paneli więcej na standardowych, płaskich dachach w zależności od ich pokrycia  i dodatkowych elementów.

Według raportu zatytułowanego Evaluating the Impact of PV Module Orientation on Grid Operation, wykorzystanie gruntu przy instalacjach WE wynosi 70% w porównaniu do zaledwie 35% dla południowego kierunku z uwagi na brak potrzeby zachowania znacznych odstępów eliminujących wzajemne zacienianie się stringów.

Systemy fotowoltaiczne, krzywa produkcji

Krzywa produkcji energii przez systemy fotowoltaiczne WE zamontowane na dachu płaskim przebiega znacznie łagodniej niż w przypadku paneli zainstalowanych w kierunku południowym. Charakteryzuje się większymi uzyskami w godzinach rannych i południowych, natomiast dużo mniejszymi w okolicy południa, jeśli porównamy je ze standardowym ułożeniem modułów.

Brak gwałtownego skoku produkcji energii z paneli w okolicy południa, gdy zapotrzebowanie jest zwykle bardzo niskie, jest bardziej korzystne dla sieci. Spłaszczenie „piku“  krzywej produkcji, umożliwia również lepszy dobór inwertera. Nie jest on bowiem dobierany pod szczytową produkcję, która będzie miała miejsce zaledwie przez kilka minut w ciągu dnia. W związku z tym, inwerter jest bardziej równomiernie obciążony przez niemal cały dzień. Dzięki temu rozmiar i koszty tego urządzenia również są mniejsze.

Systemy fotowoltaiczne WE jeden inwerter

Dotychczas uważano, że zachodnia i wschodnia część systemu WE wymagają stosowania osobnych inwerterów lub osobnych układów śledzących punkt maksymalnej mocy w inwerterze. W przeciwnym razie różny poziom nasłonecznienia obu części, mógłby spowodować straty typu „mismatch“ (wynikające z niedopasowania parametrów modułów).

Studium Efficient East-West Orientated PV Systems with One MPP Tracker [1] przedstawiło wyniki analizy uzysku z paneli ustawionych w kierunku WE, podpiętych do jednego układu MPP. Uzyski zmierzono osobno dla paneli cienkowarstwowych oraz z krzemu krystalicznego. Jak wykazały badania, straty mismatch są minimalne (ok.0,1%), bo choć przez stringi przebiega inna wartość prądu w zależności od pory dnia, wartości napięcia w okolicy punktu maksymalnej mocy są niemal identyczne. Straty są również rekompensowane poprzez lepszą pracę inwertera.

Dowiedziono również, że dodatkowym czynnikiem, który wpłynie na straty mismatch będzie kąt nachylenia paneli oraz zastosowana technologia. Im większy kąt, tym większe straty mismatch. Wiadomo również, że panele cienkowarstwowe posiadają w większości przypadków mniejszy współczynnik wypełnienia. To właśnie od tego parametru będzie zależało, na ile gwałtownie nastąpi spadek mocy przed i po osiągnięciu punktu MPP. W związku z tym najczęściej do strat mismatch dochodzi w panelach cienkowarstwowych.

Systemy fotowoltaiczne WE to większa efektywność

Potwierdzono, że niska temperatura i dobra wentylacja paneli skutkuje lepszą pracą systemów usytuowanych na wschód i zachód. W takim przypadku system zwrócony na wschód i zachód z jednym inwerterem operuje z większą efektywnością przez większość czasu niż w przypadku zastosowania kilku inwerterów. Najwyższe straty odnotowywane są podczas słonecznych dni, gdy różnica pomiędzy stringiem zachodnim a wschodnim jest wysoka. Najmniej strat następuje przy promieniowaniu rozproszonym (dni pochmurne), którego w Polsce mamy wiele w porównaniu z promieniowaniem bezpośrednim.

Panele zainstalowane na dachu płaskim w kierunku południowym są korzystniejsze dla użytkowników o ogólnym wysokim zapotrzebowaniu na energię. Obserwując dzienny profil zużycia energii elektrycznej, wyższe zapotrzebowanie na energię w okolicach południa (a więc szczytu produkcji przy klasycznym ustawieniu paneli) następuje w miesiącach zimowych. Jednak, jeżeli przyjrzymy się dogłębniej profilowi zużycia, to okazuje się, że w niektórych obiektach panele skierowane na WE mogą produkować o 49% więcej energii w godzinach wyższego zapotrzebowania niż te ustawione w kierunku południowym (na podstawie badania Pecan Street Research ).

Dodatkowo badanie przeprowadzone na modelowej instalacji w Aachen w Niemczech [2] pokazało, że ustawienie paneli w pozycji wschód-zachód skutkuje zmniejszeniem uzysku o zaledwie do 10-20% w przypadku nachylenia paneli do 35 stopni.

Przy doborze systemu fotowoltaicznego, warto zatem zasugerować się dziennym profilem zużycia energii elektrycznej oraz charakterystyką obiektu. Czasami systemy fotowoltaiczne ustawione w kierunku wschodnio-zachodnim mogą się okazać znacznie korzystniejsze niż południowe systemy, do których przywykliśmy.

 

źródła: 

[1] Efficient East-West Oriented PV Systems With One MPP Tracker, Dipl.-Ing.(FH) Dietmar Staudacher FRONIUS International GmbH Froniusplatz 1, A – 4600 Wels [2] Evaluating the Impact of PV Module Orientation on Grid Operation, Eckehard Tröster
Jan David Schmidt,
Lisbon, 13^th November 2012, 2^nd International Workshop on Integration of Solar Power into Power Systems