Fotowoltaika, instalacja skierowana na wschód zachód czy południe?

Korzyści płynących z własnego systemu fotowoltaicznego generującego energię elektryczną jest wiele…Prywatną elektrownią dziś cieszy już się już blisko co 12 gospodarstwo domowe, a 2 z 3 zapytanych osób myśli o takiej inwestycji. Często inwestorzy mają ograniczone możliwości wykorzystania przestrzeni dachowych i zastanawiają się nad możliwościami, jakie niosą ze sobą ich nieruchomości w kontekście optymalnego montażu modułów PV.

Kierunek ustawienia paneli fotowoltaicznych ma znaczenie.

Jednym z najistotniejszych aspektów budowy własnej elektrowni jest orientacja budynku, a w zasadzie kierunek dachu. Każda połać może posiadać inną powierzchnię skierowaną pod różnym kątem oraz w każdą stronę świata. Niezaprzeczalnie, najbardziej korzystny, ze względu na wysokie uzyski energii w okresie całego roku, jest montaż modułów skierowanych na południe pod kątem 25°- 40°. Taka instalacja pozwala wygenerować rocznie powyżej 1000 kWh z 1kWp mocy zainstalowanej.
Jednak budynki istniejące, a także nawet te nowoprojektowane nie zawsze posiadają te uwarunkowania.

Porównanie instalacji południowej i dwustronnej, wschód-zachód.

W celu porównania obu systemów, skierowanego na południe oraz zorientowanego na wschodnio-zachodnią część nieboskłonu, posłużymy się przykładem. Obejmuje on zestawienie produkcji energii elektrycznej w letni czerwcowy dzień dla instalacji zlokalizowanej w środkowej Polsce. Oczywiście, oba rozwiązania posiadają te same walory pod względem kąta nachylenia połaci dachowych oraz zainstalowanej nominalnej mocy, która wynosi 6kWp.
Jak wiadomo, w godzinach południowych energia docierająca do powierzchni Ziemi ze Słońca jest największa, dlatego też instalacja skierowana na południe będzie charakteryzować się większą mocą maksymalną.
Poniższe wykresy idealnie ukazują to zjawisko.

Wykres 1. Nasłonecznienie powierzchni dachu (30°) skierowanej na południe w ciągu doby.

Wykres 2. Nasłonecznienie powierzchni dachu (30°) skierowanej na wschód i zachód w ciągu doby.

Instalacja dwustronna wschód-zachód to w zasadzie dwa układy pracujące osobno. Dwa, ponieważ każda połać budynku podłączona jest do osobnego kanału MPPT inwertera. Układ ten odpowiada za maksymalizację uzysku mocy z szeregu modułów fotowoltaicznych. Każda z omawianych stron charakteryzuje się szczytem produkcji energii w innym czasie. Strona południowa w godzinach 7:30 do 10:30, natomiast strona zachodnia pomiędzy godzinami 12:00 a 16:00. Wówczas natężenie promieniowania przekracza 800 W/m2, a maksymalną wartość osiąga na poziomie 880 W/m2. Moc wyjściowa instalacji to w tym przypadku suma mocy obu kanałów.
Natomiast w przypadku połaci dachu ustawionego w kierunku południowym maksymalne nasłonecznienie jest osiągane w godzinach 9:00-14:00, gdzie przekracza ono wartość 800 W/m2. Maksymalne natężenie w tym czasie wynosi blisko 980 W/m2.

Powyższe różnice przekładają się bezpośrednio na maksymalną moc generowaną z instalacji fotowoltaicznej, bo jak wiadomo wyższe poziomy natężania promieniowania skutkują większą produkcją mocy.

Wykres 3. Produkcja mocy znamionowej instalacji południowej w ciągu doby.

Wykres 4. Produkcja mocy znamionowej instalacji dwustronnej wschód-zachód w ciągu doby.

Powyższe wykresy przedstawiają poziom produkowanej energii w ciągu doby. Należy tu zwrócić szczególną uwagę w jakich godzinach następuje rozpoczęcie wytwarzania prądu, jak również na porę osiągnięcia poziomu np. 2kW mocy czynnej.

Warto wspomnieć o tym, że w porównywanym dniu już o godzinie 5:55 instalacja wschód-zachód uzyska moc 2kW, co następuje o blisko 30 minut wcześniej niż w przypadku modułów skierowanych na południe. Natomiast uzyskana maksymalna moc będzie niższa o około 1300W na niekorzyść systemu dwustronnego.

W takim przypadku instalacja fotowoltaiczna wschód zachód w ciągu 1 dnia wygeneruje średnio o 20% mniej energii niż, gdy moduły skierowane są na stronę południową. W ujęciu rocznym różnica ta zmniejsza się do wartości około 15%.

Optymalny kierunek paneli fotowoltaicznych – wyprodukowana moc to nie wszystko.

Istotny jest także poziom autokonsumpcji. Więcej na ten temat pisaliśmy w poradniku Autokonsumpcja energii – czyli jak wykorzystać prąd z fotowoltaiki. Natomiast warto wspomnieć o tym, jaki związek ma ta cecha w kontekście porównania montażu modułów zorientowanych w różne kierunki świata.
Poziom wspomnianej autokonsumpcji zależy od charakterystyki korzystania z energii elektrycznej, a tym samym także od harmonogramu jej produkcji. Zazwyczaj najwięcej energii w gospodarstwach domowych konsumowane jest o poranku, przed wyjściem do pracy oraz w godzinach popołudniowych, po powrocie mieszkańców.

Dach o ekspozycji południowej.

Użytkując taką instalację największa ilość energii generowana jest w godzinach południowych. W związku z tym w domach jedno-, bądź wielorodzinnych wykorzystywanie jej na bieżąco jest trudne. Często, nie ma możliwości spożytkowania generowanego prądu i zmuszeni jesteśmy do zwrócenia jej do sieci energetycznej.
Jednak i na to są rozwiązania.

• Bilansowanie 1:1. Obecnie w Polsce obowiązuje system opustów, który dla instalacji do 10 kWp pozwala odzyskać 80% energii oddanej do sieci, więcej na ten temat pisaliśmy w artykule Net metering: na czym polega i czy się opłaca?. Jednak w naszym programie klienci indywidualni, dzięki bilansowaniu 1:1 posiadając taką instalację mają możliwość odzyskać ją w całości!
• Programowalne sprzęty. Nowoczesne urządzenia domowe takie jak np. pralka, zmywarka posiadają funkcję opóźnionego startu. Dzięki czemu można zaplanować ich uruchomienie w godzinach szczytu energetycznego. Natomiast pozostałą nadwyżkę energii często gromadzi się w postaci ciepłej wody użytkowej.
• Magazyn energii. Nadmiar wyprodukowanego prądu można także zgromadzić w akumulatorach i wykorzystać ją w późniejszym czasie.

Instalacja skierowana na południe najlepiej sprawdzi się firmom czy też gospodarstwom rolnym. Dotyczy to także osób, które pracują w domu. W tych przypadkach wytworzona w modułach energia ze Słońca będzie spożytkowywana bezpośrednio przez użytkowników w największym stopniu.

Świadome wykorzystanie energii ze wschodniej i zachodniej połaci.

Jak wspominaliśmy we wcześniejszych akapitach system dwustronny, który skierowany jest na stronę wschodnią i zachodnią charakteryzuje się bardziej równomierną generacją energii w ciągu doby. Dzięki temu zjawisku, nie zmieniając przyzwyczajeń domowników, następuje wzrost poziomu autokonsumpcji. Taka instalacja niewątpliwie jest dodatkowym atutem dla użytkowników samochodów elektrycznych lub hybryd typu Plug-in. Pojazdy te zazwyczaj w ciągu dnia są użytkowane. Natomiast dzięki temu, że czas pracy tego rodzaju instalacji jest wydłużony, w większym stopniu można wykorzystać prąd przez nią generowany.

Czy warto zainwestować w instalację fotowoltaiczną wschód zachód?

Wielu inwestorów zadaje sobie to pytanie. Z całą pewnością można stwierdzić, że zawsze warto lokować swój kapitał w odnawialne źródła energii. Doskonałym sposobem na dorównanie osiągów instalacji południowej jest wykorzystanie wolnej przestrzeni i montaż dodatkowych modułów. Pozwolą one wyprodukować podobną ilość energii w bilansie rocznym co moduły skierowane na południe.
Rozwiązanie to służy także sieci elektroenergetycznej, do której na chwilę obecną najwięcej energii doprowadza się w południe. Dzięki podniesieniu popularności rozwiązania instalacji dwustronnej, wahania napięcia mogą się zminimalizować.

Fotowoltaika, lepszy wschód czy zachód?

Co w przypadku, gdy możemy wykorzystać tylko jedną połać dachu? Należy tu odwołać się do poprzednich akapitów, zwracając szczególną uwagę na wykres obrazujący natężenie promieniowania w obu przypadkach. Ponadto niezbędna jest krótka analiza, która pozwoli na stwierdzenie, w których okresach dnia energia będzie zużywana na wyższym poziomie.

Wybór instalacji zależy od możliwości.

Powyższe porównanie instalacji, skierowanej na południe oraz wschód-zachód, pokazuje pewne różnice obu topologii. Każdy rodzaj instalacji sprawdzi się jako źródło oszczędności. Dach skierowany na wschód zachód czy południe będzie fundamentem do generowania energii słonecznej i posłuży jako doskonała inwestycja.