Projektując instalację fotowoltaiczną, zawsze należy wziąć pod uwagę wymiary paneli fotowoltaicznych oraz ich ciężar. Im starszy budynek, na którego dachu mają być zainstalowane ogniwa PV, tym większe ograniczenia wagowe. Trzeba też pamiętać, że bez względu na wiek budynku, każdy dach ma określone możliwości montażowe, które często ograniczane są przez kominy, okna dachowe, świetliki itp.
Na przestrzeni lat, rozmiary paneli uległy standaryzacji i u większości producentów przykładowy panel o mocy 280 W ma wymiary: szerokość 100 cm, długość 165-170 cm, grubość 40 mm. Jeśli więc przebrniemy przez proces ustalania jaka moc instalacji zaspokaja potrzeby energetyczne naszej posesji, łatwo będzie obliczyć jakie wymiary i wagę będzie miała niezbędna w naszym przypadku instalacja (aby ułatwić sobie liczenie, można skorzystać z kalkulatora fotowoltaicznego). Wymiary paneli fotowoltaicznych oraz waga całego modułu PV, to elementy, które są zależne od mocy. Im większe zużycie prądu, tym większe wymiary i moc modułu PV.
Wymiary ogniw i paneli fotowoltaicznych
Każdy panel fotowoltaiczny zbudowany jest z mniejszych jednostek zwanych ogniwami. Ogniwa mają najczęściej wymiary 15×15 cm, które łączy się ze sobą. Na rynku możemy spotkać panele fotowoltaiczne o 48, 60 i 72 ogniwach. Na klasycznym dachu skośnym potrzeba średnio 6-7 metrów kwadratowych wolnej powierzchni do zainstalowania 4 paneli. Na płaskim dachu wymagana przestrzeń wynosi 9-10 metrów kwadratowych, ponieważ należy uwzględnić wsporniki przy przechylaniu paneli. Średnie roczne zużycie gospodarstwa domowego wynosi ok 2500 kWh.
Aby pokryć to zużycie w normalnych warunkach, wystarczy system fotowoltaiczny o mocy 3 kWp, na który potrzeba około 12 paneli, a zatem około 20 m2. Jeśli dach jest za mały na rozmieszczenie stosownej liczby paneli, warto rozważyć instalacje systemu PV na gruncie. (przeczytaj o wadach i zaletach instalacji PV na gruncie)
Standardowe wymiary paneli fotowoltaicznych dla gospodarstwa domowego
Przydomowa instalacja fotowoltaiczna zazwyczaj zbudowana jest z paneli PV składających się z 60 ogniw. Kwadratowe ogniwa mają rozmiar 156 na 156 mm i są nazywane tymi 6-calowymi. Panele zbudowane z 60 ogniw są układane w 10 kolumnach po 6 w jednym rzędzie. Standardowe wymiary paneli PV, czyli 165 × 100 cm, uzyskuje się dzięki temu, że między ogniwami zachowuje się odległość wynoszącą 5-5 mm, z kolei odległość między ogniwami a ramą panela to zwykle około 2 cm na długość i 3-5 cm na szerokość. W przypadku instalacji o mocy 5 kW potrzebujemy 18 takich paneli. Zamą one na dachu powierzchnię 6 × 5 m, co daje 30 m2.
Standardowe wymiary paneli fotowoltaicznych dla przemysłu
Standardowa instalacja fotowoltaiczna montowana dla celów przemysłowych to 72 ogniwa. Moduły mają wymiary 100 × 200 cm i są stanie osiągnąć moc wynoszącą 360-500 Wp. Panele o 72 ogniwach są większe i cięższe od produktów 60-ogniwowych.
Średnia waga panelu o 72 ogniwach to ok. 22,5 kg.
W przemyśle stosuje się także panele fotowoltaiczne o niestandardowych wymiarach.
Wymiary paneli fotowoltaicznych monokrystalicznych, polikrystalicznych, perowskitowych – czy się różnią?
Standardowy panel monokrystaliczny z 60 ogniwami ma długość: 165-170 cm, szerokość 100-102 cm i grubość 4 cm. Ich waga waha się od 18 do 25 kg.
Standardowy panel polikrystaliczny o mocy 280 W ma długość około 165-170 cm, szerokość około 100 cm i grubość 35-40 cm, jego waga to około 18 kg.
Maksymalna wielkość pojedynczego modułu perowskitowego, uzyskana w procesie produkcyjnym na linii, wynosi obecnie 1 m2, jednakże moduły mogą być ze sobą łączone w procesie laminacji, dzięki czemu ich skumulowany rozmiar może być skalowalny. Ogniwa perowskitowe to przyszłość, bowiem 35 kg perowskitu jest w stanie wytworzyć tyle samo energii elektrycznej, co 7 ton krzemu!
Wymiary paneli fotowoltaicznych bezramkowych
Moduły bezramkowe (ang. Frameless Solar Module) typu szkło-szkło (glass-glass) montuje się tylko przy użyciu klem środkowych albo na specjalistycznych szynach montażowe z wkrętami z osłonami z gumy. Są lżejsze, cieńsze i bardziej elastyczne, niż moduły ramkowe.
Rozmiar paneli PV a ich moc
Na dużych, dobrze nasłonecznionych dachach, najlepiej montować panele fotowoltaiczne o standardowych wymiarach, ponieważ pozwalają one optymalnie wykorzystać dostępne miejsce i zmaksymalizować moc systemu fotowoltaicznego. Duże moduły poleca się głównie do niewielkich dachów, bo ich wielkość pozwala na uzyskanie wyższej mocy całkowitej instalacji.
Standardowe panele monokrystaliczne o wymiarach 164,5 × 99,5; 168 × 100; 165 × 100,3 odznaczają się mocą w przedziale od 310 do 390 Wp.
Od czego zależy rozmiar instalacji fotowoltaicznej?
Rozmiar instalacji fotowoltaicznej zależy od:
- od wymiarów paneli PV – najczęściej montowanymi panelami na dachach prywatnych domów są panele 60 ogniwowe
- rodzaju i, co za tym idzie, wagi paneli – dach musi utrzymać ciężar instalacji, jeśli nie jest w stanie tego zrobić, bo odpowiadająca nam moc paneli skutkowałaby ich nadmiernym ciężarem, trzeba rozważyć instalację na gruncie
Waga paneli fotowoltaicznych
Pojedynczy panel o standardowych rozmiarach waży od 18 do 25 kg. Minimalna nośność dachu, na którym instalowane będą moduły, powinna więc wynosi około 250 kg/m2, zakładając średnie obciążenie modułami 20 kg/m2. Instalacje o mocy powyżej 10 kW montowane są zwykle na gruncie z pomocą konstrukcji wsporczych. Z jednej strony zapewniają one odpowiednią wytrzymałość i sztywność paneli, z drugiej – optymalny kąt względem kąta padania promieni słonecznych.
Konstrukcje wsporcze paneli PV na dachu wykonywane są z tego samego materiału co ramy, czyli aluminium. Rozwiązanie takie zapobiega powstawaniu ogniw korozyjnych. W instalacjach gruntowych stosuje się konstrukcję stalową.
Ile waży instalacja PV o mocy 5kW?
Waga dachowej instalacji fotowoltaicznej uzależniona jest nie tylko od rodzaju wybranych paneli – najcięższe są standardowe panele monokrystaliczne – ale także od rodzaju konstrukcji montażowej, która warunkowana jest rodzajem poszycia dachowego. Każda firma fotowoltaiczna dysponuje wyliczeniami dla najczęściej montowanych przez siebie modułów, biorących pod uwagę wspomniany rodzaj poszycia dachowego, wagę pojedynczego modułu, orientację modułów (pozioma, pionowa), liczbę modułów/rzędów i rodzaj mocowania. Dane są maksymalnie precyzyjne, ale zawsze są doprecyzowywane przez specjalistów w trakcie audytu fotowoltaicznego.
Można przyjąć, że w instalacji fotowoltaicznej o mocy 5 kW, składająca się z 18 paneli, same panele będą ważyć ok. 342 kg i zajmą powierzchnię ok 30 m2, co odpowiada obciążeniu 11,4 kg/m2. Uwzględniając najprostszy system montażowy, całkowita waga wyniesie ok 14 kg/m2, czyli znacznie mniej, niż jest w stanie udźwignąć standardowy dach. W przypadku starych dachów warto jednak upewnić, że ich udźwig jest taki, jakiego wymaga posadowienie instalacji.
Przydomowa elektrownia słoneczna na gruncie
Na każdy kilowat mocy instalacji fotowoltaicznej należy przyjąć około 6,5 m2 powierzchni dachu o optymalnym nachyleniu (30-35 stopni) lub około 10 – 15 m2 powierzchni dachu płaskiego lub gruntu. Jeśli planujemy ustawić moduły w kilku rzędach na gruncie, musimy pamiętać, że powinny one znajdować się w odpowiedniej odległości od siebie – tak aby moduły w jednym rzędzie nie zasłaniał następnego i żeby nie rzucały cienia na inne moduły. W takim układzie będziemy musieli przeznaczyć większą powierzchnię terenu pod instalację, bo na 10 m2 powierzchni płaskiej zamontujemy moduły o mocy ok. 0,5 kWp.
Instalacja PV na tzw. skomplikowanym dachu
Jeśli mimo wszystko zależy nam na zainstalowaniu systemu PV na dachu, a nasz dom ma tzw. skomplikowany dach, trzeba znaleźć ekipę montażową, która poradzi sobie z rozmieszczeniem modułów fotowoltaicznych w różnej orientacji. Możliwe jest wyposażenie każdego modułu w tzw. optymalizator mocy. Jest to urządzenie elektroniczne, które kontroluje i optymalizuje pracę pojedynczego modułu fotowoltaicznego, tak aby w każdych warunkach produkował maksymalną ilość prądu. Najlepszym rozwiązaniem na skomplikowane dachy jest zastosowanie systemu firmy Solar Edge.
Duże elektrownie/farmy solarne – jak duże instalacje fotowoltaiki
W przypadku dużych elektrowni słonecznych w grę wchodzą zupełnie inne liczby. Przyjrzyjmy się elektrowni solarnej w Ligotce koło Wrocławia, która została uruchomiona w ubiegłym roku. Łączna moc instalacji wynosi ok. 0,5 MW. Farma składa się z 1784 paneli fotowoltaicznych o mocy 280W każdy. Moc elektrowni pozwoliłaby zaopatrzyć w energię elektryczną 33-piętrowy wieżowiec albo 100 pojazdów elektrycznych, które rocznie przejeżdżają 30 tys. km. Panele zainstalowano na działce o powierzchni ponad 1 ha.
Rozmiar instalacji fotowoltaicznej 5kW – instalacja na dachu vs gruncie
Instalacji dachowa o mocy 5 kWp to 15 paneli o mocy 350 Wp lub 17 o mocy 300 Wp. Porównując parametry instalacji na dachu oraz instalacji na gruncie, możemy stwierdzić, że w przypadku systemu o mocy minimalnie przekraczającej 4 kWp ilość wyprodukowanej energii oraz wymagana do posadowienia instalacji powierzchnia dachu/gruntu są takie same i wynoszą odpowiednio: ok 4151 kWh oraz 25,5 m kw. Jest natomiast różnica w cenie: instalacja dachowa to ok. 23 000 PLN, a gruntowa – 25 000 PLN. Różnica wynosi więc ok.16%. Czas zwrotu inwestycji jest nieco krótszy (o ok. rok) w przypadku instalacji fotowoltaicznej na dachu.
Podsumowanie
Bez dokładnej analizy potrzeb energetycznych konkretnego użytkownika oraz analizy lokalnych warunków terenowych nie da się jasno określić takich parametrów instalacji PV jak jej wymiary, waga i liczba paneli. Wszelkie przedstawione tu symulacje mają charakter orientacyjny. Na podjęcie ostatecznej decyzji wpływa więc kilka czynników, takich jak ilość potrzebnej inwestorowi mocy, średnie roczne nasłonecznienie w miejscu inwestycji i wreszcie wytrzymałość i stopień skomplikowania dachu.
Warto przejrzeć symulacje i obliczenia na poszczególnych stronach internetowych polskich firm fotowoltaicznych, żeby mieć wyobrażenie o tym, co nas może czekać. Ostatecznie jednak zdać się musimy na decyzję tej jednej firmy, z którą podejmiemy współpracę. Pamiętajmy, że doświadczony projektant i montażysta systemów fotowoltaicznych naprawdę bez problemu poradzie sobie ze stworzeniem maksymalnie zindywidualizowanej instalacji fotowoltaicznej, która całkowicie zaspokoi zapotrzebowanie energetyczne naszego domu, firmy lub gospodarstwa rolnego.
Czytaj dalej:
Czym się kierować przy wyborze paneli fotowoltaicznych?