Πώς να επιλέξετε μια δομή για φωτοβολταϊκά πλαίσια; Μια σωστά επιλεγμένη δομή Φ/Β διατηρεί μια ισορροπία μεταξύ κόστους, απόδοσης και ανθεκτικότητας .

Σε αυτόν τον οδηγό, θα συζητήσουμε θέματα όπως:

• επιλογή της ισχύος της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης,
• βέλτιστη κλίση της δομής ΦΒ,
• διαφορετικές διαμορφώσεις Φ/Β κατασκευών,
• επιλέγοντας βάσεις για τη δομή στο έδαφος,
• επιλέγοντας το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένη η δομή,
• αξιολόγηση της ποιότητας της δομής.

Δείτε: διαθέσιμες επιλογές για επίγειες φωτοβολταϊκές κατασκευές

Αυτό το άρθρο δεν καλύπτει συστήματα παρακολούθησης, εγκαταστάσεις διάταξης ανατολής-δύσης ή κατασκευών με κατακόρυφα τοποθετημένες μονάδες για αγροφωτοβολταϊκά.

Ας ξεκινήσουμε συζητώντας τις ανάγκες σας.

Επιλογή ισχύος της φωτοβολταϊκής εγκατάστασης

Η κατάλληλη επιλογή ισχύος εγκατάστασης προσφέρει ένα ευρύ φάσμα σημαντικών δυνατοτήτων. Γίνεται λάθος με την επιλογή της ισχύος της εγκατάστασης με βάση αυθαίρετες μαθηματικές παραδοχές, όπως η αρχή του 1 kWp ανά 1000 kWh ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας. Δεν χρειάζεται να ανησυχείτε υπερβολικά για πιθανές απώλειες από "υπερμεγέθη" της εγκατάστασης.

Στις περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες και για όλα τα συστήματα τιμολόγησης (εκτός από το net metering) όσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς των φωτοβολταϊκών τόσο το καλύτερο . Για ετήσια κατανάλωση 40.000 kWh, μπορείτε να επιλέξετε μια εγκατάσταση με χωρητικότητα 30, 40, 50, 60 ή και 70 kWp! Δεν θα ήταν λάθος. Γιατί;

• Μια μεγαλύτερη εγκατάσταση σημαίνει χαμηλότερο μοναδιαίο κόστος για κάθε kWp.
• Οι μονάδες χάνουν περίπου το 10% της ισχύος τους σε 25 χρόνια.
• Η επέκταση της εγκατάστασης συνεπάγεται σημαντικό πρόσθετο κόστος.
• Για όλα τα μοντέλα τιμολόγησης (εκτός από το net metering), τα ετήσια πλεονάσματα ενέργειας αποφέρουν οικονομικά οφέλη.
• Η εγκατάσταση λερώνεται και χάνει την απόδοση. Από οικονομική άποψη, είναι καλύτερο να επενδύετε σε πρόσθετες μονάδες παρά να ξοδεύετε τακτικά χρήματα για τον καθαρισμό τους. Υπό τυπικές συνθήκες, ο καθαρισμός κάθε πέντε χρόνια φαίνεται βέλτιστος.
• Δεν ξέρουμε κανέναν που να λέει «έχω πάρα πολύ PV». Ξέρουμε πολλούς που λένε «Θα έπρεπε να είχα αγοράσει περισσότερα PV».
• Η κατανάλωση ενέργειας αυξάνεται συνεχώς. Η κατασκευή μιας «υπερμεγέθους» εγκατάστασης λαμβάνει υπόψη τη μελλοντική αύξηση της ζήτησης.

Επομένως, σας συμβουλεύουμε να επιλέξετε όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ισχύ εγκατάστασης , λαμβάνοντας υπόψη περιορισμούς όπως:

• προϋπολογισμός
• διαθέσιμος χώρος
• ισχύς σύνδεσης

Οι μαθηματικά ακριβείς τρόποι προσδιορισμού της πιο βολικής ισχύος της εγκατάστασης δεν αποτελούν αντικείμενο αυτού του άρθρου και δεν είναι απολύτως δυνατοί. Ωστόσο, η υπέρβαση του μύθου των «υπερμεγέθων» εγκαταστάσεων είναι πολύ σημαντική.

Συχνά, οι πελάτες αφήνουν κενούς χώρους στη δομή, κάτι που δεν είναι οικονομικά αποδοτικό.

Κλίση φωτοβολταϊκών μονάδων σε μικρότερες εγκαταστάσεις

Εάν υπολογίζετε ότι λιγότερα από 50 kWp φωτοβολταϊκών μονάδων θα αρκούν για να καλύψουν τις ανάγκες σας - έχουμε καλά νέα! Εγκαταστάσεις αυτού του μεγέθους μπορούν να υλοποιηθούν σε μία μόνο σειρά , έτσι δεν χρειάζεται να ανησυχείτε μήπως μια σειρά μονάδων σκιάζει την πίσω σειρά. Σε μια τέτοια περίπτωση, η επιλογή της βέλτιστης κλίσης είναι αρκετά απλή.

Η βέλτιστη κλίση εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος και τις καιρικές συνθήκες που χαρακτηρίζουν την περιοχή. Στην Ευρώπη, σύμφωνα με μια επιστημονική εργασία που βασίζεται σε δορυφορικά δεδομένα, κυμαίνεται από 20° έως 50°:

Η βέλτιστη κλίση φωτοβολταϊκών μονάδων ανάλογα με την περιοχή με βάση δεδομένα από δύο συστήματα. Αριστερά έχουμε PV-GIS, δεξιά ECEM. Πηγή -  Yves-Marie Saint-Drenan, Μια προσέγγιση για την εκτίμηση της συνολικής φωτοβολταϊκής ισχύος που παράγεται σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες από μετεωρολογικά δεδομένα , ResearchGate .

Βέλτιστες γωνίες κλίσης για επιλεγμένες τοποθεσίες με βάση την προαναφερθείσα πηγή:

• Γκντανσκ - 36°
• Σικελία - 33°
• Εδιμβούργο - 40°

Κλίση φωτοβολταϊκών μονάδων και απόσταση μεταξύ των σειρών σε μεγαλύτερες εγκαταστάσεις

Σε μεγαλύτερες εγκαταστάσεις (συνήθως άνω των 50 kWp, αλλά αυτό εξαρτάται από τον διαθέσιμο χώρο τοποθέτησης) είναι απαραίτητο να σχεδιάσετε την εγκατάσταση σε πολλές βάσεις τοποθετημένες η μία πίσω από την άλλη.

Αυτές οι σειρές δημιουργούν σκιές , επομένως πρέπει να τοποθετούνται σε μια ορισμένη απόσταση η μία από την άλλη. Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία κλίσης των μονάδων, τόσο μεγαλύτερη είναι η απαιτούμενη απόσταση. Αντίθετα, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση, τόσο μεγαλύτερη επιφάνεια καταλαμβάνει η εγκατάσταση . Μια βελτιστοποιημένη εγκατάσταση διατηρεί μια ισορροπία μεταξύ αυτών των μεταβλητών.

Εικ. Σκιά που ρίχνουν σειρές μονάδων σε μια μεγάλη εγκατάσταση:

Τι μπορεί να γίνει για τη βέλτιστη χρήση της επιφάνειας του οικοπέδου και τη μείωση των απωλειών λόγω σκίασης;

Αρχικά, μειώστε την κλίση των φωτοβολταϊκών μονάδων . Οι διαφορές στην ετήσια παραγωγή δεν είναι πολύ μεγάλες και αυτή η μείωση επιτρέπει τη μείωση της απόστασης μεταξύ των σειρών. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει ένα παράδειγμα σχέσης μεταξύ της γωνίας κλίσης, της ετήσιας παραγωγής (εξαιρουμένης της σκίασης) και της απαιτούμενης απόστασης μεταξύ των σειρών:

 Βασισμένο στο βιβλίο του Bogusław Szymański "Φωτοβολταϊκές Εγκαταστάσεις"

Όπως φαίνεται στο παραπάνω παράδειγμα, η γωνία κλίσης που μεγιστοποιεί την ετήσια παραγωγή επιδεινώνει σημαντικά τη χρήση του χώρου. Η μείωση της γωνίας στις 20° μειώνει σημαντικά την απόσταση και διατηρεί υψηλή παραγωγικότητα.

Επομένως, στην πράξη στο γεωγραφικό πλάτος της Γαλλίας, της Γερμανίας και της Πολωνίας, οι γωνίες κλίσης της φωτοβολταϊκής μονάδας δεν υπερβαίνουν τις 25°.

Τόσο η χαμηλή κλίση των μονάδων όσο και τα μεγάλα κενά μεταξύ των συστοιχιών φαίνονται στο παρακάτω βίντεο από ένα φωτοβολταϊκό αγρόκτημα 10,4 MW στην Εσθονία

Υπολογισμοί Απόστασης Μεταξύ Ενοτήτων

Ορίζοντας την αντικειμενική συνάρτηση ως την απουσία σκίασης κατά τις μεσημεριανές ώρες της 22ας Δεκεμβρίου (δηλαδή, την ημέρα του χειμερινού ηλιοστασίου), η απόσταση μεταξύ των σειρών μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τους ακόλουθους τύπους:

Εικ. Υπολογισμοί απόστασης μεταξύ φωτοβολταϊκών μονάδων

β - γωνία κλίσης των φωτοβολταϊκών μονάδων

α - γωνία πρόσπτωσης τις λιγότερο ηλιόλουστες ημέρες του έτους.

• α = 90° - latitude - 23.45°

d - ύψος της στήλης της μονάδας

x - απόσταση μεταξύ του τέλους μιας σειράς και της αρχής της επόμενης

• x = sin(β) × d / tg(α)

y - απόσταση μεταξύ των σειρών

• y = d × sin(180° - β - α) / sin(α)

Η εφαρμογή της παραπάνω φόρμουλας επιτρέπει σχεδόν την πλήρη αποφυγή της σκίασης. Ωστόσο, η μείωση της απόστασης μεταξύ των σειρών μπορεί να είναι ευεργετική για καλύτερη χωρική χρήση. Αυτό είναι πιο σημαντικό όσο βορειότερα βρίσκεται η εγκατάσταση. Αυτό σημαίνει αποδοχή ορισμένων απωλειών παραγωγής . Ευτυχώς, οι τεχνολογίες που περιορίζουν αυτές τις απώλειες είναι διαθέσιμες στην αγορά εδώ και αρκετά χρόνια.

Προσανατολισμός και Τύπος Ενοτήτων

Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια χωρίζονται σε διάφορα τμήματα με διόδους παράκαμψης . Η βαθιά σκίαση προκαλεί αποσύνδεση ολόκληρου του τμήματος. Αυτό γίνεται για την προστασία των κυττάρων.

Παλιές, αλλά ακόμα συναντούμενες μονάδες με ολόκληρες κυψέλες αποσυνδέθηκαν εντελώς όταν το κάτω μέρος τους ήταν στη σκιά. Η οριζόντια τοποθέτηση βοήθησε στον περιορισμό των απωλειών. Η τρέχουσα γενιά φωτοβολταϊκών μονάδων (τα λεγόμενα μισοκομμένα) χωρίζει τη μονάδα σε 6 μερικώς ανεξάρτητα τμήματα. Είναι προσαρμοσμένα τόσο για κάθετη όσο και για οριζόντια τοποθέτηση.

Η σχέση μεταξύ του τύπου και του προσανατολισμού των μονάδων και των απωλειών σκίασης περιγράφεται στο παρακάτω γράφημα.

 
Στο σχέδιο: Μέρος της μονάδας εκτός χρήσης λόγω σκίασης ανάλογα με τη μονάδα και τον προσανατολισμό

Α - ολόκληρα κύτταρα κάθετα - απώλειες 100%

Β - οριζόντιες απώλειες ολόκληρων κυττάρων 66%

C - μισή οριζόντια απώλεια 66%

D - κατακόρυφη απώλεια μισής κοπής 50%

Τα οβάλ υποδεικνύουν τα κυκλώματα στη μονάδα που ορίζονται από τις διόδους διακλάδωσης. Τα κόκκινα οβάλ είναι κυκλώματα που απενεργοποιούνται από τη σκιά.

Διαστάσεις Φωτοβολταϊκών Πλαισίων

Στην αγορά συναντάμε τόσο μεγαλύτερα όσο και μικρότερα φωτοβολταϊκά πλαίσια. Οι διαφορές μπορεί να είναι αρκετά σημαντικές. Ωστόσο, κατά κανόνα, η επιλογή μεγαλύτερων (πιο ισχυρών) μονάδων σημαίνει χαμηλότερο κόστος εγκατάστασης ανά ισχύ (PLN/kWp).

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι: 

• Οι μεγαλύτερες μονάδες παράγουν υψηλότερο ρεύμα , το οποίο απαιτεί την επιλογή κατάλληλου μετατροπέα. Το ρεύμα που παράγεται από τις μεγαλύτερες μονάδες υπερβαίνει τις δυνατότητες μικρότερων μετατροπέων, που προορίζονται για μικρότερες εγκαταστάσεις. Για εγκαταστάσεις <10 kWp, θα πρέπει να επιλέγονται μικρότερες φωτοβολταϊκές μονάδες.
• Οι μεγαλύτερες μονάδες είναι λιγότερο ανθεκτικές , πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να αγοράζονται μόνο από επαληθευμένους κατασκευαστές.

Δομή για φωτοβολταϊκά πάνελ - τιμή διαφορετικών διαμορφώσεων

Οι τυπικές φωτοβολταϊκές κατασκευές χωρίζονται με βάση:

• τον αριθμό των  στηρίξεων

Τα συστήματα μονής στήριξης είναι φθηνότερα, αλλά ταυτόχρονα λιγότερο άκαμπτα και σταθερά. Δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται σε έδαφος με χαμηλή φέρουσα ικανότητα.

Ένα στήριγμα	Δύο στηρίγματα
Επίγεια κατασκευή T2V	Επίγεια κατασκευή N2V

• κατακόρυφη ή οριζόντια διάταξη των μονάδων
  Η επιλογή συχνά βασίζεται σε αισθητικούς λόγους. Το κόστος κατασκευής είναι παρόμοιο και με μισοκομμένες μονάδες, η εγκατάσταση είναι πιο ανθεκτική στη σκίαση ανεξάρτητα από τον προσανατολισμό.

Κάθετη διάταξη	Οριζόντια διάταξη
Δομή εδάφους N3V	Δομή εδάφους N3H

• Αριθμός σειρών
  Ο αριθμός των σειρών, μαζί με τον προσανατολισμό, επηρεάζει το ύψος της στήλης της μονάδας, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την ισχύ ενός μεμονωμένου πίνακα εγκατάστασης.

Μια σειρά	Δύο σειρές
Δομή εδάφους T1V	Δομή εδάφους N2V
Τρεις σειρές	Τέσσερις σειρές
Δομή εδάφους N3H	Δομή Εδάφους N4H

Πώς να επιλέξετε υλικό για τη δομή

Η δομή είναι κατασκευασμένη από ανοξείδωτο χάλυβα , αλουμίνιο και κανονικό δομικό χάλυβα επικαλυμμένο με ψευδάργυρο και μαγνήσιο.

Το κορυφαίο προϊόν μας στην Altamira είναι κατασκευές από προεντεταμένο σκυρόδεμα ( N2V-STR , N3V-STR , N3H-STR , N4H-STR , N5H-STR ), που σημαίνει ένα σύνθετο υλικό παρόμοιο με το οπλισμένο σκυρόδεμα, αλλά με τη διαφορά ότι οι χαλύβδινες ράβδοι καταπονούνται πριν χυθεί το σκυρόδεμα. Οι κολώνες από προεντεταμένο σκυρόδεμα οδηγούνται στο έδαφος χρησιμοποιώντας έναν οδηγό πασσάλων (τον οποίο το κανονικό σκυρόδεμα δεν μπορούσε να αντέξει) και σε αυτές είναι προσαρτημένα τυπικά δομικά στοιχεία από χάλυβα.

Η χρήση προεντεταμένου σκυροδέματος επιτρέπει τη βελτιστοποίηση του επενδυτικού κόστους χωρίς να μειώνονται οι αξίες χρησιμότητας.

Δομικού χάλυβα	Προεντεταμένο Σκυρόδεμα
Δομή εδάφους N4H Εγγύηση: Κατασκευή χάλυβα S350 - 25 χρόνια Επικάλυψη (Magnelis®) ZM430 - 25 ετών	Δομή εδάφους N4H-STR Το προεντεταμένο σκυρόδεμα είναι περίπου 30% φθηνότερο Εγγύηση: Προεντεταμένο σκυρόδεμα και χάλυβας S350 -30 χρόνια Επικάλυψη (Magnelis®) ZM430 - 25 ετών

 Παρακάτω είναι ένα βίντεο που δείχνει πώς φαίνεται η πασσαλόπηξη κατασκευών από προεντεταμένο σκυρόδεμα.

Πώς να αντιστοιχίσετε τη δομή των φωτοβολταϊκών με το υπόστρωμα

Υπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι στερέωσης της δομής στο υπόστρωμα.

Τα πιο δημοφιλή είναι τα rammed συστήματα . Προσιτές, απλές και γρήγορες στην εγκατάσταση, λειτουργούν καλά όπου το έδαφος δεν είναι ελώδες ή υπερβολικά χαλαρό.

Σε βάσεις χαμηλότερης φέρουσας ικανότητας, τα βιδωτά προφίλ αποδίδουν καλύτερα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπου απαιτείται μεγαλύτερη αντοχή στην εξαγωγή.

Τα θεμέλια από σκυρόδεμα χρησιμοποιούνται όπου το έδαφος είναι ελώδες, πολύ χαλαρό ή όπου υπάρχει κίνδυνος σύγκρουσης με υπόγειες υποδομές (σύρματα ή σωλήνες).

Πώς να αξιολογήσετε την ποιότητα, δηλαδή πιστοποιητικά και πρότυπα για υποστηρικτικές δομές

Η ασφαλής χρήση εγγυάται μόνο μια δομή κατασκευασμένη σύμφωνα με τα πρότυπα που ισχύουν σε μια δεδομένη χώρα. Μερικές φορές, οι πελάτες ανησυχούν εάν τα προϊόντα από την εταιρεία X ή Y είναι πραγματικά καλοφτιαγμένα. Ευτυχώς, η δημιουργία μεταλλικών κατασκευών είναι μια τέχνη που τελειοποιείται με την πάροδο των ετών και η κατοχή των κατάλληλων πιστοποιητικών είναι μια σωστή διασφάλιση για τον επενδυτή. 

Κατάλογος βασικών ευρωπαϊκών πιστοποιητικών:

• Εκτέλεση κατασκευών από χάλυβα και αλουμίνιο:
  - EN 1090-1+A1 - Αρχές αξιολόγησης της συμμόρφωσης για δομικά στοιχεία
  - EN 1090-2+A1 - Τεχνικές απαιτήσεις για κατασκευές από χάλυβα
  - EN 1090-3 - Τεχνικές απαιτήσεις για κατασκευές αλουμινίου

• Ενέργειες σε κατασκευές:
  - EN 1991-1-3 - Φορτίο χιονιού
  - EN 1991-1-4 - Δράσεις ανέμου

Τα εθνικά ισοδύναμα που μεταφράζουν ευρωπαϊκά πρότυπα ξεκινούν με την αντίστοιχη ονομασία. Για παράδειγμα, το πολωνικό ισοδύναμο του EN 1090 είναι PN-EN 1090. Το γερμανικό ισοδύναμο είναι το DIN-EN 1090 και το βρετανικό είναι το BS-EN 1090.

Πρόσθετα πιστοποιητικά, που ισχύουν για ορισμένες δομές:

• EN 1992-1-1 - κατασκευές από σκυρόδεμα και προεντεταμένο σκυρόδεμα
• EN 1993-1-1 - κανόνες που καθορίζουν την αντοχή των μεταλλικών κατασκευών
• EN 1993-1-3 - συμπληρωματικό για προφίλ και φύλλα
• EN 1993-1-5 - συμπληρωματικό για επιμεταλλωμένες κατασκευές

Αντοχή στη διάβρωση

Οι κατασκευές που χρησιμοποιούνται σε σκληρά περιβάλλοντα θα πρέπει να ελέγχονται σύμφωνα με το πρότυπο EN ISO 9227. 

Όταν πρόκειται για χαλύβδινες κατασκευές που καλύπτονται με προστατευτική επίστρωση, αξιολογείται επίσης η αντοχή στη διάβρωση της επίστρωσης. Η ελάχιστη κατηγορία διαβρωτικότητας για φωτοβολταϊκές κατασκευές είναι C3 σύμφωνα με το EN ISO 12944-2. Σε περιοχές με υψηλότερη ατμοσφαιρική ρύπανση, θα πρέπει να αναζητηθεί ένα προϊόν με κατηγορία αντίστασης C4 και σε περίπτωση πολύ υψηλής ρύπανσης - C5.

Η επίστρωση που χρησιμοποιούμε, Magnelis® έχει κατηγορία αντοχής στη διάβρωση C5 .