Najczęściej popełniane błędy w projektach PV

Błędy popełnianie na etapie projektowania z reguły są bardzo brzemienne w skutkach: w najlepszym wypadku mogą doprowadzić do droższej niż planowano budowy, w najgorszym – do katastrofy budowlanej. Z tym większym przerażeniem spotykam się z ogromną masą „projektów”, które choć podpisane przez osoby z tzw. uprawnieniami –zawierają liczne, niekiedy rażące błędy uniemożliwiające działanie elektrowni.
Dr inż. Maciej Piliński

 

Wiedza i doświadczenie

Choć wydaje się to niemożliwe, najczęściej popełnianym błędem przy projektowaniu jest zła dokumentacja projektowa, dokumentacja zbyt ogólna lub całkowity jej brak. Do tego dochodzi przygotowywanie projektów przez osoby uprawnione do projektowania instalacji elektrycznych, ale bez odpowiedniej wiedzy w zakresie fotowoltaiki. A przecież projektowanie instalacji PV wymaga wiedzy z dziedziny mechaniki, fizyki, astronomii, energetyki prądów stałych i prądu przemiennego, a przede wszystkim: doświadczenia w projektowaniu takich instalacji popartego ich udaną realizacją!
Przykładem, który dobrze obrazuje powyższe zagadnienie jest brak uwzględnienia zacienienia instalacji pobliskimi elementami: kominem, sąsiednim domem, dachem, drzewami, antenami satelitarnymi i TV, słupami. To często popełniany błąd. I nie chodzi o nawet o to, by takie zacienienie całkowicie wyeliminować – bo często jest to niemożliwe, albo ekonomicznie nieuzasadnione. Ale jeśli już występuje, należy wiedzieć jak zaprojektować instalację – np. odpowiednio połączyć moduły PV w łańcuchy lub zmienić orientację modułów (pionowo/poziomo), by zminimalizować jego skutki. Niezrozumienie istoty problemu związanego z zacienieniem prowadzi do projektów instalacji, w których na siłę „wciska się” moduły w określoną powierzchnię, bo takie jest życzenie inwestora. Dobry projektant poradzi sobie z tym zagadnieniem. W złym projekcie moduły ustawione teoretycznie pod optymalnym kątem będą zacieniane przez otaczające elementy, w znacznym stopniu ograniczając efektywną produkcję energii.

 

 

Optymalne ustawienie

Poruszając kwestię optymalnego kąta i orientacji modułów nie sposób nie odnieść się do niezrozumiałej tendencji ustawienia modułów w taki sposób, aby teoretycznie wyliczone uzyski z instalacji były maksymalne. I to bez względu na wiążące się z tym koszty. Czy konstrukcja o bizantyjskiej formie będzie estetycznie wyglądać na dachu – nie. Czy moduły ustawione niczym żagle będą stanowiły większe obciążenie dla konstrukcji dachu – zdecydowanie tak. Ale wystarczy policzyć uzyski energii w instalacji ustawionej optymalnie (teoretycznie 36° nachylenia i orientacja idealnie na południe) i porównać je do uzysków energii w instalacji ustawionej przykładowo pod kątem 10° w kierunku wschodnim, by przekonać się, że potencjalnie większe zyski nigdy nie pokryją kosztów skomplikowanej i narażonej na podmuchy wiatru konstrukcji.
Na drugim końcu szali są instalacje, które wpisują się w skomplikowaną konstrukcję dachu dążąc do maksymalizacji mocy instalacji – za wszelką cenę. Takie postępowanie jest zrozumiałe z punktu widzenia instalatora: im większa moc instalacji, tym potencjalnie większy zarobek. Ma się to jednak nijak do rzeczywistych potrzeb klienta, a nawet do faktycznych możliwości instalacji. Stąd wiele realizacji, gdzie moduły pokrywają całą dostępną połać dachu po wszystkimi możliwymi kątami i azymutami. Ani to nie wygląda estetycznie, ani tym bardziej nie przekłada się na opłacalność całego przedsięwzięcia.

 

 

Konstrukcje wsporcze

Zagadnienie konstrukcji wsporczych pod moduły to kolejny temat rzeka. Zbyt często do projektu instalacji PV nie są zapraszani projektanci-konstruktorzy. Brak dobrego projektu konstrukcji nośnej, nie uwzględnienie warunków panujących w danej strefie wiatrowej oraz strefie śniegowej, a także jakże częsty brak jakiejkolwiek wiedzy na temat aktualnego stanu konstrukcji dachu, to tylko najlżejsze z popełnianych grzechów. Nawet w przypadku dużych elektrowni fotowoltaicznych, kosztujących miliony złotych, oszczędza się na badaniach geologicznych gruntu i dobiera się konstrukcje kierując się kryterium najniższej ceny. A przecież konstrukcja wsporcza jest jak gwóźdź podtrzymujący cenny obraz – oszczędność kilku złotych może doprowadzić do ogromnych strat.

 

 

Zabezpieczenia

Kluczowym elementem projektu jest dobór odpowiednich zabezpieczeń zarówno po stronie prądu stałego, jak i po stronie prądu przemiennego. W tym pierwszym przypadku można spotkać albo brak właściwego zabezpieczenia łańcuchów modułów albo ich zabezpieczanie w konfiguracjach, gdy nie jest ono konieczne. Używanie w obwodach prądów stałych zabezpieczeń, które mogą być stosowane wyłącznie dla prądów przemiennych to błąd, który powinien skutkować odbieraniem projektantowi jego uprawnień do projektowania.
Niezwykle ważnym elementem zabezpieczeń jest ochrona odgromowa i przeciwprzepięciowa, która z powodzeniem może stanowić temat na kilka osobnych artykułów. Zapewne ze względu na złożony charakter tej materii projekt takiej ochrony nie jest wykonywany właściwie lub nie jest wykonywany w ogóle. Ale nawet rezygnacja z takiej ochrony – głównie ze względu na niemały, dodatkowy koszt – również powinna zostać podjęta w wyniku świadomej i wspólnej decyzji projektanta i inwestora, po poprawnym oszacowaniu wiążącego się z tą decyzją ryzyka.

 

 

Dobór modułów i falowników

W dalszej kolejności należy poruszyć tematu błędnego łączenia modułów PV do falownika lub niewłaściwego ich wzajemnego doboru – zarówno pod względem optymalizacji uzysków, jak i ryzyka uszkodzenia falownika. Istotą dobrego doboru jest zrozumienie danych technicznych zamieszczonych zarówno w karcie katalogowej modułów, jak i w karcie katalogowej falownika. Niezrozumiałe jest dlaczego projektanci nagminnie ignorują fakt istnienia zarówno instrukcji obsługi, jak i instalacji tych urządzeń. Tymczasem nawet moduły fotowoltaiczne posiadają instrukcję obsługi i montażu! Nie wszystkie informacje zawarte są w kartach katalogowych – zawsze należy sięgnąć po informacje znajdującą się w innych dokumentach, w tym również w obowiązujących normach i przepisach prawa budowlanego. Bardzo pomocne są szkolenia organizowane przez producentów tych urządzeń. Z doświadczenia autora niniejszego artykułu wynika jednak, że gdy szkolenia są bezpłatne nie gwarantują właściwego poziomu przekazywanej wiedzy, a z kolei gdy są odpłatne – traktowane są przez projektantów jako zbędny wydatek, a nie inwestycję w swoje umiejętności.

 

Wracając do zagadnień związanych z właściwym doborem modułów. Aż nazbyt często można spotkać projekty, w których nie bierze się pod uwagę zakresów napięć i prądów wejściowych falownika, a to przecież podstawy projektowania! Owszem, niektórzy projektanci zaczynają rozumieć znaczenie temperatury i jej wpływ na wartości napięć, prądów i mocy modułów. Zwiększa się świadomość uwzględnienia wpływu ujemnych temperatur na napięcie układu otwartego łańcucha modułów i ewentualność uszkodzenia falownika, gdy napięcie to przekroczy dopuszczalną wartość. Ale niewielu projektantów sprawdza wpływ temperatur dodatnich na napięcia w punkcie mocy maksymalnej, a przecież warunki takie występującą w trakcie dni o najwyższych wartościach promieniowania słonecznego. W efekcie łańcuchy o zbyt małej ilości modułów mogą poprawnie pracować w miesiącach zimowych, ale latem nie będą w stanie dostarczyć wartości napięć pozwalających na efektywną pracę falownika.
Instalacje, w których optymalnie dobrano długość łańcuchów i jeszcze uwzględniono ten dobór przy rozmieszczaniu modułów na podkonstrukcjach wsporczych, a w efekcie – przygotowano elegancki pod względem technicznym projekt, w którym mechaniczne rozmieszczenie modułów i ich elektryczne połączenie są ze sobą spójne, można niestety policzyć na palcach jednej ręki.

 

„Cena czyni cuda”

Kolejnym błędem popełnianym przy projektowaniu konstrukcji, doborze modułów, kabli, falowników, zabezpieczeń jest kierowanie się kryterium najniższej ceny. Oczywiście, aspekt ekonomiczny jest niezwykle ważny w dobrym projekcie. Niemniej autor niniejszego artykułu obserwuje tendencje do potaniania instalacji, w których projektanci kierują się wyłącznie kryterium najniższej ceny, a nie liczą się z tak ważnymi aspektami jak: jakość, gwarancja (w tym możliwość jej wyegzekwowania!) czy dostępność serwisu. Elementy mające znamię „taniości” przynoszą krótkotrwałą radość, a mszczą się w bardzo przykry sposób. Niestety, nie na projektancie, lecz na inwestorze.

 

 

Złote reguły projektowania

Na koniec należy wspomnieć, że nadal zbyt często projektanci instalacji kierują się przypadkowo zasłyszanymi, niesprawdzonymi „prawami” lub „regułami”, często dla podkreślenia aury tajemniczości, nazywanymi jako „niepisane” lub „złote”. W efekcie powstają projekty drogie w realizacji, wymagające dodatkowych prac i materiałów.

 

 

Zamiast podsumowania

Jak wynika z powyższego tekstu błędy w projektach się zdarzają. Sięgnięcie do wskazówek praktyków oraz istotnych informacji znajdujących się na stronach producentów urządzeń, pozwoli uniknąć ich w przyszłości. Gorąco zachęcam do korzystania z profesjonalnych szkoleń oferowanych przez producentów poszczególnych komponentów instalacji PV. Każda złotówka wydana na poszerzanie swojej wiedzy to najwyżej oprocentowana inwestycja na przyszłość!