Fotovoltaika na východo-západní střeše: Efektivita a vhodnost

V minulosti panovala určitá neochota instalovat fotovoltaické (FV) systémy orientované východo-západním směrem. Postupem času však lze pozorovat rostoucí zájem o instalaci FV generátorů na střechy s východo-západní orientací. FV systémy s jižní orientací jsou sice výhodnější, avšak i FV generátory s východo-západní orientací umožňují dosáhnout značných výnosů. Vzhledem k prudce klesajícím cenám solárních panelů lze v budoucnu dokonce počítat s rostoucí poptávkou po východo-západních systémech. Z pohledu provozovatele elektrické sítě jsou fotovoltaické systémy s východo-západní orientací stejně zajímavé jako systémy orientované na jih, protože dodávky energie do sítě jsou po celý den rovnoměrnější, dochází ke snížení poledních špiček a v důsledku toho k odlehčení sítě.

Orientace fotovoltaických modulů má zásadní vliv na výnos systému. Výrobu elektřiny lze maximalizovat volbou takové orientace a sklonu, které zajistí, že sluneční paprsky bohaté na energii budou po velkou část roku dopadat na moduly vertikálně. Odchylky sice vedou ke ztrátám, ty však nejsou vždy významné. Solární články vyrábějí nejvíce elektřiny, když sluneční světlo dopadá na jejich povrch přesně svisle, protože odraz je pak nízký. Vysokoenergetické paprsky pronikají do solárních aktivovaných článků a způsobují tok elektřiny. Vzhledem k tomu, že se poloha slunce v průběhu dne mění a doba denního světla závisí na ročním období, je v praxi vždy třeba najít kompromis.

Ideální orientace a sklon panelů

Pro umístění panelů je ideální střecha orientovaná na jih se sklonem 25° až 38°. Ani orientace na jihovýchod až jihozápad nevadí. Jen musíte počítat se ztrátou výkonu o 5 až 8 %. Pokud je střecha orientovaná na východ nebo západ, ztráta výkonu je asi 20 %. Takové případy se řeší naddimenzováním výkonu elektrárny o jednu pětinu.

Ideální orientace střechy je jedním z klíčových faktorů, který ovlivňuje celkovou efektivitu fotovoltaického systému. Nejčastěji doporučovaná orientace pro maximální výkon solárních panelů je na jih, protože v tomto směru jsou panely vystaveny slunečnímu záření po nejdelší dobu během dne. To zajišťuje vysokou produkci energie, zejména v době, kdy je slunce na obloze nejvýše. Tato orientace zajistí maximální roční výnos energie z instalace, což je jeden z důvodů, proč je tak často doporučována.

Malá změna napětí MPP přes širokou oblast osvitu přirozeně vede k minimálním ztrátám. Změna napětí MPP je ovlivněna zejména teplotou panelu. To znamená, že nízký teplotní koeficient a dobré zadní větrání solárních panelů vedou u FV systému s východo-západní orientací k vyššímu výkonu. Kromě toho velký výkon panelů při nepříznivých světelných podmínkách může značně vylepšit výkon systému.

Čtěte také: Kde sehnat bílý štěrk v Královéhradeckém kraji

Dále je důležité vědět, že pokud jsou solární moduly instalovány pod úhlem 30 až 35 stupňů, neklesne jejich výnos v průběhu roku o více než pět až deset procent, pokud jsou plně orientovány na východ nebo západ. Jinými slovy, čím větší je sklon modulů na střeše, tím důležitější je, aby byly pokud možno orientovány na jih. Pokud nelze fotovoltaický systém orientovat na jih, východ nebo západ, je třeba pečlivě zvážit, zda se pořízení takového systému vyplatí, protože výnos je obvykle mnohem nižší. S výjimkou horizontálně namontovaných modulů není neobvyklé, že tyto systémy vyrábějí o 30 až 50 % méně elektřiny.

Východní a západní orientace: Efektivní řešení

Pokud nemáte střechu orientovanou na jih, je důležité vědět, že orientace na východ nebo západ může být pro mnohé domácnosti velmi efektivní, a v některých případech dokonce lepší. Tato orientace umožňuje pokrýt odlišné spotřební návyky domácností. Panely orientované na východ generují více energie v ranních hodinách, což je ideální pro domácnosti, kde je spotřeba energie vyšší ráno. Naopak panely orientované na západ produkují více energie v odpoledních a podvečerních hodinách, což vyhovuje domácnostem, které mají vyšší spotřebu v tomto čase, například při návratu z práce nebo školy.

Kombinace panelů na východní a západní straně střechy může být také velmi efektivní řešení. Tato konfigurace zajišťuje vyrovnanější rozložení výroby energie během celého dne, což pomáhá pokrýt spotřebu v různých částech dne. Například panely na východě generují elektřinu již od časného rána, zatímco panely na západě zachytí odpolední a podvečerní slunce, kdy může být spotřeba domácnosti nejvyšší. Takto vyvážená produkce energie může snížit nutnost čerpat energii ze sítě a efektivněji pokrýt vlastní spotřebu.

V dnešní době, kdy jsou výkupní ceny elektřiny nízké a fotovoltaické panely levné, nezáleží vůbec na tom, jaký má vaše střecha směr a sklon. Zjistilo se, že umístění panelů na západní střechu, které bylo dříve nevýhodné, nyní dává smysl. Už není dobrý nápad panely složitě naklánět k jihu. Umístění panelů směrem na západ nebo na východ je dobré pro zvýšení vaší vlastní spotřeby elektřiny. Během odběrových špiček bývá elektřina na energetické burze nejdražší. Pro výrobce elektřiny je proto lepší vyrábět právě tehdy. V posledních letech jsou nejvyšší ceny ráno, ale hlavně odpoledne a večer, kdy se celá republika vrací domů z práce a ze školy.

Pokud máte hřeben střechy přesně v ose sever - jih a rozhodujete se, zda panely umístíte na západní nebo východní část střechy, zvolte západ. Západní orientace panelů bývá výnosnější, protože ráno může být pošmourno nebo mlha. Jít proti proudu a dát si panely na východní nebo západní střechu bude stále více v módě. Bude se to totiž stále více vyplácet.

Čtěte také: Východočeská hydroizolační řešení

Severní orientace panelů není ideální, protože nejsou vystaveny přímému slunečnímu záření po většinu dne. Severní orientace může způsobit výrazný pokles produkce energie, zejména v zimních měsících, kdy je slunce na obloze níže a jeho svit je slabší. Nicméně, v některých případech lze i panely orientované na sever instalovat, a to s pomocí speciálních konstrukcí, které změní úhel jejich sklonu tak, aby lépe využívaly dostupné světlo. Taková řešení jsou však méně efektivní a méně ekonomická než panely orientované na jih, východ nebo západ. Fotovoltaická elektrárna se zkrátka a dobře nevyplatí jen u střech s výhradní orientací na sever, severovýchod či severozápad.

Technická řešení pro východo-západní orientaci

Dosud se předpokládalo, že u FV systémů s východo-západní orientací jsou pro obě orientace zapotřebí samostatné střídače nebo alespoň jeden střídač s více MPP trackery (Maximum Power Point, bod maximálního výkonu), aby se zamezilo ztrátám způsobených rozdílným osvitem panelů. Analýza takového systému ukazuje, že i s jedním MPP trackerem jsou ztráty poměrně malé.

V případě instalace společného střídače v rámci FV systému s východo-západní orientací bychom na první pohled očekávali velké ztráty vzniklé nesouladem osvitu. Vzhledem k různé orientaci u východo-západního systému jsou totiž solární panely vystaveny rozdílným hodnotám osvitu. Z tohoto důvodu vykazují východní a západní větve v závislosti na denní době rozdílné proudy. Přes velké proudové rozdíly mezi východním a západním generátorem jsou hodnoty napětí MPP téměř identické. Tyto minimální ztráty závisí na úhlu náklonu instalovaných solárních panelů a na použité technologii panelů. Čím větší je úhel náklonu solárních panelů, tím vyšší jsou ztráty vzniklé nesouladem osvitu.

Instalace společného střídače ve FV systému s východo-západní orientací nutně vede ke ztrátám vzniklým nesouladem osvitu. Tyto ztráty jsou však minimální a částečně jsou kompenzovány jinými pozitivními efekty. Například FV systém s východo-západní orientací se společným střídačem pracuje většinou ve vyšší oblasti účinnosti, než by tomu bylo v případě instalace se samostatnými střídači.

Ačkoli napětí DC východo-západního generátoru se liší od napětí generátorů se samostatnými střídači až o 5 %, energetické ztráty jsou velmi malé. Důvodem je, že napětí DC východo-západního generátoru ráno kopíruje napětí východního generátoru a odpoledne napětí západního generátoru. Rozdílné napětí DC generátorů vede ke ztrátám nepřizpůsobením cca 0,5 %, avšak konečné energetické ztráty činí pouze ~0,1 %, což je hodnota, která spadá do intervalu přesnosti měření elektroměru ±1 %. Energetické ztráty jsou ve slunečné dny nejvyšší, protože odchylka mezi napětími DC je tím menší, čím nižší je rozdíl osvitu mezi východními a západními větvemi.

Čtěte také: Vlastnosti smrkového a akátového dřeva

Použití více střídačů nebo multistring střídačů

Fotovoltaická elektrárna složená z panelů různých směrů a sklonů musí splňovat jisté technické požadavky. Panely různě orientované nesmí být zapojené v jednom stringu (v jedné sérii), protože by se vzájemně negativně ovlivňovaly. Možným řešením je zapojení panelů na různě orientovaných střechách na více střídačů. Každý střídač pak obsluhuje jednu část střechy. Instalaci můžete provést i na jeden střídač, pak musí být tzv. multistring. Střídač musí mít minimálně dva oddělené vstupy. Každý vstup musí být vybaven samostatným MPP trackerem (MPPT).

Pokud má střídač dva samostatné MPPT, pak na něj mohu zapojit panely ve dvou různých sklonech nebo orientacích. Dva samostatné stringy (MPPT) mají zpravidla třífázové střídače od výkonu 5 kWp. Některé velké průmyslové střídače mohou mít i 3 a více stringů. MPPT znamená v překladu "sledovač bodu maximálního výkonu". Jedná se o algoritmus, který v každém okamžiku nastavuje nejvýhodnější poměr mezi proudem a napětím z panelů.

Výkonové optimizéry

Pro různě orientované panely můžete také použít tzv. výkonové optimizéry. Optimizéry jsou chytré "krabičky" umístěné na střeše u fotovoltaických panelů. Výkonový optimizér má vlastní MPPT a stará se o výrobu jen jednoho nebo nejvýše dvou panelů. Do střídače se pak nezapojuje string složený z panelů, ale série propojených optimizérů. Platí, že sklon má na výkon panelů menší vliv, než orientace. I v případě různých sklonů doporučujeme použít multistring střídač nebo optimizéry.

Ekonomická výhodnost a úspora nákladů

Instalace východo-západního generátoru se společným střídačem má oproti instalaci se samostatnými střídači a instalaci s jedním střídačem se dvěma MPP trackery rozhodující výhodu: východo-západní generátor se společným střídačem je při téměř stejném energetickém výnosu ekonomicky výhodnější, protože je zapotřebí pouze jeden střídač. Kromě toho může společný střídač vykazovat nižší jmenovitý výkon, než je součet jmenovitých výkonů samostatných střídačů. Příčinou je časový posun špičkových výkonů východního a západního generátoru. Snížení jmenovitého výkonu závisí na úhlu náklonu solárních panelů. Čím vyšší je úhel náklonu, tím nižší může být jmenovitý výkon společného střídače.

Testy obou FV systémů prokázaly, že FV systém s východo-západní orientací a jedním společným střídačem pro východní a západní generátor vykazuje ztráty nepřizpůsobením. Podle očekávání jsou však tyto ztráty velmi nízké a částečně jsou kompenzovány tím, že společný střídač pracuje většinou v oblasti vyšší účinnosti. Proti minimálním ztrátám výnosu stojí jednoznačné snížení nákladů v jiných oblastech. Zaprvé je možné snížit počet střídačů, zadruhé lze redukovat jmenovitý výkon společného střídače (v závislosti na úhlu náklonu instalovaných solárních panelů) až o 35 %. Při správném dodržení základních pravidel instalace, úhlu náklonu solárních panelů a technologie panelů může být instalace společného střídače u FV systému s východo-západní orientací ekonomicky výhodnějším řešením než varianta instalace se samostatnými střídači.

Srovnání energetických výnosů

Následující tabulka shrnuje porovnání energetických výnosů pro různé typy FV systémů s východo-západní orientací.

Na základě výsledků měření od května do července lze očekávat, že roční energetické ztráty východo-západního generátoru se společným střídačem budou nižší než 1 %. Také v případě východo-západního generátoru s krystalickými panely a společným střídačem je tato varianta instalace ekonomicky výhodnější. Úspory nákladů jsou patrné na první pohled a dosahují přibližně stejné výše jako úspory popsané výše. Zaprvé díky úspoře jednoho střídače, zadruhé díky snížení jmenovitého výkonu společného střídače asi o 5 %.

Další faktory ovlivňující vhodnost střechy

Mnoho lidí má mylnou představu, že solární panely na svou střechu instalovat nemohou z různých důvodů jako je materiál, umístění, odstín nebo rozměry střechy. Po pravdě řečeno, existuje mnoho faktorů, které činí střechu více či méně vhodnou, ale zatímco některé vlastnosti střechy instalaci zcela znemožňují, jiné mají minimální dopad na instalaci solárních panelů.

Velikost a typ střechy

Velikost střechy není v naprosté většině případů limitujícím faktorem. Panely se dají připevnit i na fasádu nebo na střechy doplňkových staveb - třeba na garáž či pergolu. Tato stavení však musí být zakreslena v katastru nemovitostí, jinak byste na pořízení fotovoltaiky nedostali dotaci. U šikmých střech je v ideálních podmínkách na 1 kWp potřeba střešní plocha o velikosti zhruba 5 m². V případě rovných střech se potřebná plocha nepatrně zvětšuje. Na 1 kWp pak budete potřebovat asi 5,5 m².

Rovná střecha je na instalaci panelů skvělá, protože je možné umístit je v optimálním sklonu a orientaci tak, aby měla vaše elektrárna co nejvyšší výkon. Mohou se umístit vodorovně i nastojato, je ale potřeba vzít v potaz i povětrnostní podmínky. Přizvedávají se speciální áčkovou kovovou konstrukcí se zatížením betonovými tvárnicemi. Váha konstrukce pro 1 panel je 8 nebo 10 kg. U šikmých střech se nejčastěji setkáváme s krytím z betonových nebo pálených tašek, s plechovými krytinami jako falcový a trapézový plech a plechová taška.

Sklon střechy a samočisticí funkce

U šikmých střech se nejvíc získá při sklonu 35°. Pak uděláte nejlépe, když fotovoltaické panely budou kopírovat její sklon. Mírné odchylky od ideálních podmínek navíc nezpůsobí razantní snížení výkonu. Na rovných střechách se v našich podnebných podmínkách nejvíc osvědčilo instalovat panely pod úhlem 27-33°. Jisté je však jedno. Pokud byste panely instalovali pod menším sklonem než 15°, přijdou o samočisticí funkci. Velmi pravděpodobně na nich bude delší dobu zůstávat sníh, ulpívat pyl, prach a jiné nečistoty. Aby se tomu zabránilo, měl by být sklon střechy fotovoltaického systému alespoň 30 stupňů. Pokud se neočekává velké množství sněhu, může být mírně strmější sklon přesto výhodný, protože zvyšuje samočisticí efekt. To znamená, že k opláchnutí nečistot z modulů stačí samotný déšť.

Zastínění a další překážky

I při optimální orientaci a úhlu sklonu může fotovoltaický systém přinést méně elektřiny, než se očekávalo. Důležité: Zvažte zastínění v průběhu celého roku, nejen v době návrhu. Myslete na nadcházející zimu, kdy slunce sotva vystoupí nad obzor. Pokud stromy, budovy nebo jiné objekty vrhají dlouhé stíny, může být výnos nízký i přes dobrou orientaci. Aby vaše fotovoltaika odváděla dobrou práci, je potřeba moci správně umístit solární panely.

tags: #fotovoltaika #východní #západní #střecha #vhodnost

Oblíbené příspěvky:

• Co zvážit před instalací plechové krytiny
• Odolné a funkční betonové květináče
• Vše o designu a odolnosti laminátových podlah
• jak na odhlučnění interiéru s Knaufem
• Komplexní průvodce omítkami