Hoe kies je een structuur voor fotovoltaïsche modules? Een goed gekozen PV-structuur handhaaft een evenwicht tussen kosten, prestaties en duurzaamheid .

In deze handleiding bespreken we onderwerpen als:

• het selecteren van het vermogen van de fotovoltaïsche installatie,
• optimale helling van de PV-structuur,
• verschillende configuraties van PV-structuren,
• het kiezen van bevestigingen voor de constructie op de grond,
• het kiezen van het materiaal waaruit de structuur is gemaakt,
• het beoordelen van de kwaliteit van de constructie.

Zie: beschikbare opties voor fotovoltaïsche grondconstructies

Dit artikel heeft geen betrekking op volgsystemen, oost-west layout-installaties of constructies met verticaal gemonteerde modules voor agrofotovoltaïsche zonne-energie.

Laten we beginnen met het bespreken van uw behoeften.

Keuze van het vermogen van de fotovoltaïsche installatie

Een juiste selectie van installatievermogen biedt een breed scala aan belangrijke mogelijkheden. Er wordt een fout gemaakt door het vermogen van de installatie te selecteren op basis van willekeurige wiskundige aannames, zoals het principe van 1 kWp per 1000 kWh jaarlijks energieverbruik. U hoeft zich niet al te veel zorgen te maken over mogelijke verliezen als gevolg van het "overdimensioneren" van de installatie.

In de meeste Europese landen en voor alle factureringssystemen (behalve nettometing) geldt: hoe hoger het vermogen van de fotovoltaïsche energie, hoe beter . Voor een jaarverbruik van 40.000 kWh kunt u kiezen voor een installatie met een vermogen van 30, 40, 50, 60 of zelfs 70 kWp! Het zou geen vergissing zijn. Waarom?

• Een grotere installatie betekent lagere eenheidskosten per kWp.
• Modules verliezen over een periode van 25 jaar ongeveer 10% van hun vermogen.
• Het uitbreiden van de installatie brengt aanzienlijke meerkosten met zich mee.
• Voor alle factureringsmodellen (behalve nettometing) brengen jaarlijkse energieoverschotten financiële voordelen met zich mee.
• De installatie wordt vuil en verliest efficiëntie. Economisch gezien is het beter om in extra modules te investeren dan regelmatig geld uit te geven aan het schoonmaken ervan. Onder normale omstandigheden lijkt een schoonmaakbeurt om de vijf jaar optimaal.
• We kennen niemand die zegt: "Ik heb te veel PV". We kennen velen die zeggen: "Ik had meer PV moeten kopen".
• Het energieverbruik stijgt voortdurend. Bij het bouwen van een "oversized" installatie wordt rekening gehouden met de toekomstige toename van de vraag.

Daarom adviseren wij om een zo groot mogelijk installatievermogen te kiezen , rekening houdend met beperkingen zoals:

• begroting
• beschikbare ruimte
• verbindingskracht

Wiskundig nauwkeurige manieren om het meest geschikte vermogen van de installatie te bepalen, vormen niet het onderwerp van dit artikel en zijn niet helemaal mogelijk. Het is echter erg belangrijk om de mythe van ‘te grote’ installaties te doorbreken.

Vaak laten klanten lege ruimtes achter in de constructie, wat niet kosteneffectief is.

Helling van fotovoltaïsche modules in kleinere installaties

Als u schat dat minder dan 50 kWp aan fotovoltaïsche modules voldoende zal zijn om aan uw behoeften te voldoen, hebben we goed nieuws! Installaties van dit formaat kunnen in één rij worden uitgevoerd , zodat u niet bang hoeft te zijn dat één rij modules een schaduw werpt op de rij erachter. In een dergelijk geval is het kiezen van de optimale helling vrij eenvoudig.

De optimale helling hangt af van de breedtegraad en de weersomstandigheden die kenmerkend zijn voor de regio. Volgens een wetenschappelijk artikel gebaseerd op satellietgegevens varieert deze in Europa van 20° tot 50°:

De optimale helling van fotovoltaïsche modules, afhankelijk van de regio, op basis van gegevens van twee systemen. Aan de linkerkant hebben we PV-GIS, aan de rechterkant ECEM. Bron -  Yves-Marie Saint-Drenan, Een aanpak voor de schatting van de geaggregeerde fotovoltaïsche energie die in verschillende Europese landen wordt opgewekt op basis van meteorologische gegevens , ResearchGate .

Optimale kantelhoeken voor geselecteerde locaties op basis van de bovengenoemde bron:

• Gdansk - 36°
• Sicilië - 33°
• Edinburgh - 40°

Helling van PV-modules en afstand tussen rijen in grotere installaties

Bij grotere installaties (meestal boven de 50 kWp, maar dit is afhankelijk van de beschikbare montageruimte) is het noodzakelijk de installatie over meerdere achter elkaar geplaatste stands te plannen.

Deze rijen werpen schaduwen en moeten daarom op een bepaalde afstand van elkaar worden geplaatst. Hoe groter de kantelhoek van de modules, hoe groter de benodigde afstand. Omgekeerd geldt: hoe groter de afstand, hoe meer oppervlakte de installatie in beslag neemt . Een geoptimaliseerde installatie zorgt voor een evenwicht tussen deze variabelen.

Afb. Schaduw van rijen modules in een grote installatie:

Wat kan er gedaan worden om het perceeloppervlak optimaal te benutten en verliezen door schaduw te beperken?

Verklein eerst de kanteling van de fotovoltaïsche modules . De verschillen in de jaarlijkse productie zijn niet erg groot en deze reductie zorgt voor een verkleining van de afstand tussen de rijen. Onderstaande tabel toont een voorbeeldrelatie tussen kantelhoek, jaarproductie (exclusief schaduwwerking) en vereiste afstand tussen rijen:

 Gebaseerd op Bogusław Szymański's boek "Photovoltaic Installations"

Zoals uit het bovenstaande voorbeeld blijkt, verslechtert de kantelhoek die de jaarlijkse productie maximaliseert het ruimtegebruik aanzienlijk. Door de hoek te verkleinen tot 20° wordt de afstand aanzienlijk kleiner en blijft de hoge productiviteit behouden.

Daarom zijn de kantelhoeken van PV-modules in de praktijk op de breedtegraad van Frankrijk, Duitsland en Polen niet groter dan 25°.

Zowel de lage kanteling van de modules als de grote openingen tussen de arrays zijn te zien in de volgende video van een fotovoltaïsch park van 10,4 MW in Estland

Berekeningen van afstand tussen modules

Door de objectieve functie te definiëren als de afwezigheid van schaduw tijdens de middaguren op 22 december (dwz op de dag van de winterzonnewende), kan de afstand tussen rijen worden berekend met behulp van de volgende formules:

Afb. Berekeningen van de afstand tussen PV-modules

β - kantelhoek van de PV-modules

α - invalshoek op de minst zonnige dagen van het jaar.

• α = 90° - breedtegraad - 23,45°

d - hoogte van de modulekolom

x - afstand tussen het einde van de ene rij en het begin van de volgende

• x = zonde(β) × d / tg(α)

y - afstand tussen rijen

• y = d × sin(180° - β - α) / sin(α)

Door de bovenstaande formule toe te passen, wordt schaduw vrijwel volledig vermeden. Niettemin kan het verkleinen van de afstand tussen rijen gunstig zijn voor een beter ruimtegebruik. Dit wordt belangrijker naarmate de installatie zich verder naar het noorden bevindt. Dit betekent het accepteren van bepaalde productieverliezen . Gelukkig zijn er al enkele jaren technologieën op de markt beschikbaar die deze verliezen beperken.

Oriëntatie en type modules

Fotovoltaïsche modules zijn door bypass-diodes in verschillende secties verdeeld . Diepe schaduw zorgt ervoor dat de hele sectie wordt losgekoppeld. Dit wordt gedaan voor celbescherming.

Oude, nog steeds aangetroffen modules met hele cellen werden volledig losgekoppeld als hun onderste deel in de schaduw stond. Horizontale montage hielp de verliezen te beperken. De huidige generatie fotovoltaïsche modules (zogenaamde half-cut) verdeelt de module in 6 gedeeltelijk onafhankelijke secties. Ze zijn aangepast voor zowel verticale als horizontale montage.

De relatie tussen het type en de oriëntatie van de modules en de schaduwverliezen wordt in onderstaande grafiek beschreven.

 
In de tekening: Een deel van de module buiten gebruik vanwege schaduw, afhankelijk van de module en oriëntatie

A - hele cellen verticaal - verliezen 100%

B - horizontale verliezen van hele cellen 66%

C - horizontaal verlies bij halve snede 66%

D - verticaal verlies bij halve snede 50%

De ovalen geven de circuits in de module aan die worden gedefinieerd door de shuntdiodes. De rode ovalen zijn circuits die zijn uitgeschakeld door de schaduw.

Afmetingen van fotovoltaïsche panelen

Op de markt komen we zowel grotere als kleinere fotovoltaïsche modules tegen. De verschillen kunnen behoorlijk groot zijn. In de regel betekent het kiezen van grotere (krachtigere) modules echter lagere installatiekosten per vermogen (PLN/kWp).

Er moet aan worden herinnerd dat: 

• Grotere modules genereren een hogere stroom , wat de selectie van een geschikte omvormer vereist. De stroom die door de grootste modules wordt gegenereerd, overtreft de mogelijkheden van kleinere omvormers, bedoeld voor kleinere installaties. Voor installaties <10 kWp moeten kleinere fotovoltaïsche modules worden gekozen.
• Grotere modules zijn minder duurzaam , wat betekent dat ze alleen bij geverifieerde fabrikanten mogen worden gekocht.

Structuur voor fotovoltaïsche panelen - prijs van verschillende configuraties

Standaard fotovoltaïsche structuren zijn verdeeld op basis van:

• het aantal  steunen

Systemen met één steun zijn goedkoper, maar tegelijkertijd minder stijf en stabiel. Ze mogen niet worden gebruikt op grond met een laag draagvermogen.

Eén steun	Twee steunen
Grondbouw T2V	Grondbouw N2V

• verticale of horizontale indeling van modules
  De keuze komt vaak neer op esthetische overwegingen. De bouwkosten zijn vergelijkbaar en met half uitgesneden modules is de installatie beter bestand tegen schaduw, ongeacht de oriëntatie.

Verticale indeling	Horizontale indeling
Grondstructuur N3V	Grondstructuur N3H

• Aantal rijen
  Het aantal rijen heeft, samen met de oriëntatie, invloed op de hoogte van de modulekolom, wat op zijn beurt de kracht van een enkele installatietafel beïnvloedt.

Een rij	Twee rijen
Grondstructuur T1V	Grondstructuur N2V
Drie rijen	Vier rijen
Grondstructuur N3H	Grondstructuur N4H

Hoe materiaal voor de structuur te kiezen

De structuur is gemaakt van roestvrij staal , aluminium en gewoon constructiestaal bedekt met zink en magnesium.

Ons vlaggenschipproduct bij Altamira zijn constructies gemaakt van voorgespannen beton ( N2V-STR , N3V-STR , N3H-STR , N4H-STR , N5H-STR ), wat een composiet betekent dat lijkt op gewapend beton, maar met het verschil dat stalen staven worden belast voordat het beton wordt gestort. Kolommen van voorgespannen beton worden met een heimachine (waar normaal beton niet tegen kan) in de grond geheid en daaraan worden standaard stalen constructie-elementen bevestigd.

Het gebruik van voorgespannen beton maakt het mogelijk de investeringskosten te optimaliseren zonder de gebruikswaarden te verlagen.

Constructiestaal	Voorgespannen beton
Grondstructuur N4H Garantie: Constructie van S350 staal - 25 jaar Coating (Magnelis®) ZM430 - 25 jaar	Grondstructuur N4H-STR Voorgespannen beton is ongeveer 30% goedkoper Garantie: Voorgespannen beton en S350 staal -30 jaar Coating (Magnelis®) ZM430 - 25 jaar

 Hieronder ziet u een video waarin u kunt zien hoe het heien van voorgespannen betonconstructies eruit ziet.

Hoe u de PV-structuur kunt afstemmen op het substraat

Er zijn drie manieren om de structuur op het substraat te bevestigen.

De meest populaire zijn geramde systemen . Ze zijn betaalbaar, eenvoudig en snel te installeren en werken goed op plekken waar de grond niet drassig of te los is.

Op grond van een lager draagvermogen presteren geschroefde profielen beter. Ze kunnen worden gebruikt waar een hogere weerstand tegen extractie nodig is.

Betonnen funderingen worden gebruikt waar de grond drassig of zeer los is, of waar er risico bestaat op botsing met ondergrondse infrastructuur (draden of leidingen).

Hoe de kwaliteit te beoordelen, dat wil zeggen certificaten en normen voor ondersteunende constructies

Veilig gebruik wordt alleen gegarandeerd door een constructie die is gemaakt in overeenstemming met de normen die in een bepaald land van toepassing zijn. Soms vragen klanten zich af of de producten van bedrijf X of Y echt goed gemaakt zijn. Gelukkig is het maken van staalconstructies een kunst die in de loop der jaren is geperfectioneerd, en het beschikken over de juiste certificaten is een goede waarborg voor de investeerder. 

Lijst met Europese basiscertificaten:

• Uitvoering van staal- en aluminiumconstructies:
  - EN 1090-1+A1 - Principes van conformiteitsbeoordeling voor structurele componenten
  - EN 1090-2+A1 - Technische eisen voor staalconstructies
  - EN 1090-3 - Technische eisen voor aluminiumconstructies

• Belastingen op constructies:
  - EN 1991-1-3 - Sneeuwbelasting
  - EN 1991-1-4 - Windbelastingen

Nationale equivalenten die Europese normen vertalen, beginnen met een overeenkomstige aanduiding. Het Poolse equivalent van EN 1090 is bijvoorbeeld PN-EN 1090. Het Duitse equivalent is DIN-EN 1090 en het Britse equivalent is BS-EN 1090.

Aanvullende certificaten, van toepassing op sommige constructies:

• EN 1992-1-1 - beton en voorgespannen betonconstructies
• EN 1993-1-1 - regels die de sterkte van staalconstructies definiëren
• EN 1993-1-3 - aanvullend voor profielen en platen
• EN 1993-1-5 - aanvullend voor plaatconstructies

Corrosieweerstand

Constructies die in ruwe omgevingen worden gebruikt, moeten worden getest volgens de norm EN ISO 9227. 

Bij staalconstructies bedekt met een beschermende coating wordt ook de corrosiebestendigheid van de coating beoordeeld. De minimale corrosiviteitsklasse voor fotovoltaïsche constructies is C3 volgens EN ISO 12944-2. In gebieden met hogere luchtvervuiling moet worden gezocht naar een product met weerstandsklasse C4, en in het geval van zeer hoge vervuiling - C5.

De coating die wij gebruiken, Magnelis®, heeft een corrosieweerstandsklasse van C5 .