Kontynuuję dzielenie się moimi doświadczeniami z budowy balkonowego systemu fotowoltaicznego w mieszkaniu w mieście. Ten artykuł skupia się na panelach słonecznych, które są głównym elementem systemu PV. Omówię, jak wybrać modele paneli, które typy są bardziej odpowiednie i dlaczego, a także opiszę kwestie instalacyjne specyficzne dla konfiguracji balkonowych. Zawrę również praktyczne wskazówki i obserwacje z użytkowania różnych typów paneli w rzeczywistych warunkach.
Poniżej przypominam harmonogram cotygodniowych artykułów (linki do wszystkich opublikowanych postów będą stopniowo pojawiać się tutaj):
- Balkonowy system solarny, część 1: EcoFlow Stream Pro (Ultra) – mieszkaniowe rozwiązanie zapewniające niezależność energetyczną
- Balkonowy system solarny, część 2: Konfiguracja EcoFlow Stream, podstawowa konfiguracja, zasilanie rezerwowe i skalowalność
- Balkonowy system solarny, część 3: Wybór i instalacja paneli słonecznych. Panele elastyczne i sztywne – które są bardziej wydajne? TEN ARTYKUŁ
- Część 4: Analiza i monitorowanie systemu. Konfiguracja oprogramowania w celu maksymalizacji efektywności energetycznej systemu fotowoltaicznego. Automatyzacja i praktyczne wskazówki w aplikacji EcoFlow
TREŚĆ ARTYKUŁU:
Wybór paneli słonecznych na balkon
W tej sekcji skupiam się w szczególności na doborze paneli słonecznych do warunków mieszkania w mieście. W przypadku prywatnego domu sytuacja jest znacznie prostsza: zazwyczaj instalujesz falownik z 1-3 trackerami MPPT (w zależności od liczby łańcuchów PV, których planujesz użyć), a następnie budujesz szeregowe ciągi przy użyciu identycznych modeli paneli.
Rozmiar i moc paneli są wybierane w oparciu o konkretne ograniczenia instalacji, najlepiej w celu uzyskania maksymalnej możliwej mocy wyjściowej. Kluczowym wymogiem jest przestrzeganie limitów napięcia, prądu i mocy każdego kontrolera oraz zapewnienie zgodności z ogólnymi specyfikacjami falownika.
W przypadku mieszkania sytuacja jest znacznie bardziej złożona. Od samego początku należy wziąć pod uwagę szereg czynników, a także różne praktyczne ograniczenia i szczegóły. Zanim przejdziemy dalej, warto zapoznać się z podstawową teorią paneli słonecznych, przynajmniej na wysokim poziomie.
Szeregowe lub równoległe połączenie paneli
Panele słoneczne w grupach (ciągach) można łączyć na dwa główne sposoby:
- Połączenie szeregowe – stosowane z panelami o tej samej wartości znamionowej, najlepiej tego samego modelu. Należy unikać częściowego zacienienia, ponieważ najsłabszy panel zmniejsza moc wyjściową całego ciągu. W tej konfiguracji charakterystyka wejściowa MPPT jest następująca: całkowita moc jest równa sumie wszystkich paneli, napięcie jest równe sumie napięć paneli, a prąd pozostaje taki sam jak w przypadku pojedynczego panelu.
- Połączenie równoległe – umożliwia mieszanie paneli o różnych wartościach znamionowych i jest bardziej tolerancyjne na częściowe zacienienie, ponieważ słabszy panel ma mniejszy wpływ na resztę systemu. W tej konfiguracji charakterystyka wejściowa MPPT jest następująca: całkowita moc jest równa sumie wszystkich paneli, napięcie pozostaje takie samo jak w przypadku pojedynczego panelu, a prąd jest równy sumie prądów paneli.
Monokrystaliczne i polikrystaliczne panele słoneczne
Na rynku dostępne są dwa główne rodzaje paneli fotowoltaicznych pod względem technologii produkcji: monokrystaliczne i polikrystaliczne. Pierwszy typ jest generalnie bardziej wydajny i oferuje wyższą sprawność konwersji, podczas gdy drugi jest zazwyczaj tańszy. Jednak ostateczne ceny nie zawsze są zgodne z tym wzorcem. Przykładowo, duże panele monokrystaliczne o mocy 400-600 W mogą kosztować tyle samo, co elastyczne lub składane panele polikrystaliczne o mocy 150-200 W. Ponadto, specjalistyczne panele przenośne lub „turystyczne” są zazwyczaj znacznie droższe, niezależnie od zastosowanej technologii ogniw.
Często zdarza się również, że sprzedawcy – celowo lub z powodu braku wiedzy specjalistycznej – oznaczają panele polikrystaliczne jako monokrystaliczne w opisach produktów. Szybkim sposobem na rozróżnienie między nimi jest wygląd: panele monokrystaliczne są zazwyczaj czarne, podczas gdy panele polikrystaliczne mają niebieskawy odcień.
Ogólnie rzecz biorąc, jeśli pozwala na to budżet i warunki instalacji, panele monokrystaliczne są zazwyczaj lepszym wyborem. Jednak w przypadkach, gdy budżet jest ograniczony lub ograniczenia instalacyjne nie pozwalają na duże moduły monokrystaliczne, panele polikrystaliczne mogą stanowić bardziej praktyczną i uzasadnioną opcję. Decyzja powinna ostatecznie opierać się na konkretnym przypadku zastosowania i ograniczeniach.
Elastyczne a sztywne stałe panele słoneczne
Z góry przedstawię mój główny wniosek, oparty na praktycznych testach, ponieważ używam zarówno elastycznych, jak i sztywnych paneli w rzeczywistych warunkach. Z perspektywy uzysku energii na jednostkę powierzchni, przy zastosowaniu tej samej technologii ogniw i w identycznych warunkach (natężenie promieniowania słonecznego, kąt nachylenia względem słońca i temperatura otoczenia), wydajność elastycznych i sztywnych paneli jest w przybliżeniu taka sama. Różnica zasadniczo mieści się w granicach błędu pomiarowego.
Oczywiście istnieją pewne niuanse wynikające z różnic strukturalnych. Na przykład sztywne panele dwupłaszczyznowe mogą w niektórych przypadkach generować moc wyjściową przekraczającą ich nominalną wartość znamionową ze względu na dodatkowe przechwytywanie światła z tyłu. Elastyczne panele nie są w stanie tego osiągnąć. Jednak ogólnie rzecz biorąc, oba typy działają na zasadniczo porównywalnym poziomie w podobnych warunkach pracy.
Istnieją jednak bardziej znaczące parametry, które wpływają na wybór panelu, a głównym z nich jest koszt. Średnia cena panelu słonecznego ze sztywną ramą w zakresie 450-500 W wynosi około 100 USD. Jeśli pozwalają na to okoliczności, generalnie lepiej jest wybrać takie panele, ponieważ zapewniają one najwyższą moc wyjściową w przeliczeniu na koszt jednostkowy. Obecnie panele elastyczne są zazwyczaj około 2-3 razy droższe w przeliczeniu na wat w porównaniu do modułów sztywnych.
Kolejnym ważnym czynnikiem jest metodologia instalacji. Sztywne panele są łatwe do zamontowania na dachach przy użyciu standardowych szyn montażowych, zacisków końcowych i zacisków środkowych. Stanowi to dobrze ugruntowany proces instalacji, który można przeprowadzić bez specjalistycznych wymagań. W przypadku dużych systemów fotowoltaicznych z rozległymi panelami słonecznymi, sztywne panele są jedyną praktyczną opcją; elastyczne panele nie są rozsądnym wyborem dla takich instalacji. Innymi słowy, w przypadku instalacji w domu prywatnym decyzja jest zasadniczo prosta. Jednak warunki panujące w mieszkaniu wprowadzają zupełnie inny zestaw wyzwań.
Jeśli masz możliwość zainstalowania dużych sztywnych paneli na fasadzie lub dachu, jest to generalnie najlepsze rozwiązanie techniczne i rozsądnie jest podążać tą ścieżką. Jednocześnie ważne jest, aby zrozumieć, że montaż paneli o wadze 20-30 kg na elewacji budynku zazwyczaj wymaga profesjonalnych usług instalacyjnych na dużych wysokościach. W wielu przypadkach koszt takiej pracy może przekroczyć cenę paneli i dodatkowych materiałów.
W tym miejscu istotna staje się główna zaleta elastycznych paneli: są one lekkie i znacznie łatwiejsze w obsłudze. Nie wymagają ciężkich konstrukcji montażowych, jak sztywne moduły. W praktyce często możliwe jest zainstalowanie elastycznych paneli na elewacji balkonu lub pod oknami bez specjalistycznego sprzętu. Wciąż jednak preferowane jest wykonanie instalacji przez dwie osoby. W moim przypadku instalacja została wykonana wspólnie z moim partnerem.
Kolejną ważną kwestią jest wykorzystanie przestrzeni. Jeśli chcesz zmaksymalizować dostępną powierzchnię na elewacji balkonu, często pomieści ona tylko jeden duży sztywny panel o mocy w zakresie 400-600 W. Jeśli następnie spróbujesz dodać mniejsze panele, aby wypełnić pozostałą przestrzeń, prawdopodobnie będą one musiały być podłączone do oddzielnych wejść MPPT.
W przypadku typowego taniego inwertera hybrydowego (który prawdopodobnie będzie stosunkowo kompaktowy w konfiguracji balkonowej), często istnieje tylko jeden kontroler MPPT dla wejścia PV. W takim przypadku rozbudowa systemu staje się ograniczona. Istnieją oczywiście alternatywne podejścia – takie jak użycie kilku mniejszych paneli (zazwyczaj przy wyższym koszcie za wat) lub skonfigurowanie połączeń równoległych. Jednak obie opcje mogą wprowadzać ograniczenia, szczególnie związane z maksymalnymi limitami prądu ładowania.
W związku z tym był to również jeden z kluczowych powodów, dla których wybrałem platformę EcoFlow Stream, ponieważ zapewnia ona 3-4 wejścia MPPT (w zależności od modelu – Pro lub Ultra), co czyni ją odpowiednią do pracy z heterogeniczną mieszanką różnych typów paneli. Głównym wymogiem jest pozostanie w granicach pojedynczego kontrolera: 500 W, 60 V i 14 A.
Przejdźmy do części praktycznej. Jak widzicie na przykładzie mojego balkonu, wypełniłem dostępną przestrzeń elewacji niemal do maksimum, a cała instalacja została wykonana samodzielnie. Jeśli chodzi o ogólny koszt systemu, to choć zapłaciłem więcej za same panele, to jednocześnie ograniczyłem wydatki na dodatkowe materiały montażowe i profesjonalne usługi instalacyjne.
Na dole zainstalowałem dwa elastyczne panele Growatt o mocy 210 W połączone szeregowo. Są one podłączone do pojedynczego wejścia MPPT. EcoFlow generalnie nie zaleca połączeń szeregowych, aby uniknąć przekroczenia limitów napięcia wejściowego. Jest to jednak przede wszystkim wytyczna ochronna mająca na celu zapobieganie błędom użytkownika. Połączenie szeregowe może być używane bezpiecznie, o ile limity napięcia, prądu i mocy nie zostaną przekroczone. W tej konfiguracji łączna moc wyjściowa wynosi: 210 + 210 = 420 W mocy całkowitej, 22 + 22 = 44 V napięcia całkowitego, podczas gdy prąd pozostaje 9,54 A, taki sam jak w przypadku pojedynczego panelu. Wartości te mieszczą się w określonych limitach.
Podobna sytuacja dotyczy paneli zainstalowanych na sekcjach okiennych. Są to dwa elastyczne panele Volt Polska MONO FLEX 140 W. Łączna konfiguracja daje: 140 + 140 = 280 W mocy całkowitej, 18,72 + 18,72 = 37,44 V napięcia całkowitego, podczas gdy prąd pozostaje na poziomie 7,48 A. Ta konfiguracja również mieści się w dopuszczalnych granicach, więc dwa panele są podłączone szeregowo do jednego wejścia kontrolera.
Trzecim mniejszym panelem widocznym na elewacji jest elastyczny panel EcoFlow o mocy 100 W. Nie kupiłem go; pożyczyłem go od znajomego do tymczasowego użytku. Został zainstalowany, aby wypełnić pozostałą dostępną przestrzeń na elewacji.
W związku z tym wszystkie te panele mają łączną moc nominalną 800 W i są podłączone do pojedynczego urządzenia EcoFlow Stream Pro, zajmując wszystkie trzy dostępne wejścia MPPT.
Jeśli porównamy moją konfigurację z hipotetyczną instalacją sztywnych paneli na elewacji balkonu, jest mało prawdopodobne, że byłbym w stanie osiągnąć wyższą całkowitą moc PV w tej lokalizacji. Ponadto musiałbym zakupić lub zamówić ciężką konstrukcję wsporczą i zatrudnić instalatorów do prac elewacyjnych na dużych wysokościach.
Z praktycznego doświadczenia wynika, że jest to obecnie poważne wyzwanie. Znalezienie wykonawców do takich prac instalacyjnych na małą skalę jest trudne, ponieważ ilość pracy jest ograniczona. W przypadku instalacji tylko jednego lub dwóch paneli na elewacji wielopiętrowego budynku, wykonawcy często albo odmawiają wykonania pracy, albo pobierają opłatę porównywalną z ceną instalacji pełnego zestawu paneli. Koszty te w dużej mierze eliminują przewagę cenową paneli sztywnych nad elastycznymi. Na podstawie moich obliczeń, użycie sztywnych paneli spowodowałoby wyższe ogólne koszty niż obecna konfiguracja elastycznych paneli, którą sam zainstalowałem.
Jednak w kolejnym obszarze instalacji – powyżej dachu balkonu – mogłem bez problemu zastosować panele sztywne. W tej sekcji zainstalowałem jeden panel JA Solar JAM54D40-460/LB 460 W i dwa panele bez nazwy o mocy 150 W. Na tym etapie zastosowałem bardziej konwencjonalne podejście, wykorzystując dwie szyny montażowe z panelami zainstalowanymi pod kątem 45° przy użyciu standardowych zacisków. Instalacja została przeprowadzona przez dwóch profesjonalnych instalatorów wyposażonych w sprzęt ochronny do pracy na wysokości. Koszt usługi montażu w tamtym czasie był w przybliżeniu równy cenie samych paneli.
Przeczytaj również: Recenzja EcoFlow Stream Ultra: Nie tego się spodziewasz
Montaż elastycznych paneli słonecznych na elewacji – metodologia i praktyczne wskazówki
Jeśli po moich wcześniejszych wyjaśnieniach zdecydujesz się na samodzielny montaż elastycznych paneli na elewacji swojego balkonu, podzielę się swoim osobistym doświadczeniem. W tym przypadku zastosowano kilka prostych, ale skutecznych rozwiązań inżynieryjnych, które mogą być przydatne w podobnych konfiguracjach.
Pierwszym wyzwaniem jest zabezpieczenie paneli bez wiercenia w konstrukcji balkonu. Jest to szczególnie istotne, jeśli wynajmujesz nieruchomość. Pomysł został zasugerowany przez użytkownika Threads – andrii.nazarenko:
Pomysł montażu od góry przez otwory odwadniające w plastikowych ramach okiennych wydawał się naprawdę praktyczny, więc wdrożyłem go z kilkoma drobnymi modyfikacjami:
Wszystkie materiały zostały zakupione w lokalnym sklepie z narzędziami: Śruby w kształcie litery L, profile montażowe, podkładki i nakrętki. Użyłem również aluminiowej rurki, aby wysunąć profil nieco do przodu poza parapet. Proces instalacji jest stosunkowo szybki, a powstała konstrukcja jest lekka i niezawodna. W praktyce jest to bardzo skuteczne rozwiązanie, które można wdrożyć niezależnie, zwłaszcza jeśli Twój balkon jest zamknięty oknami PCV (plastikowymi).
Zasadniczo, po zainstalowaniu takiego profilu za oknem, możliwe staje się tymczasowe zawieszenie lekkich składanych paneli przenośnych lub paneli elastycznych – po prostu za pomocą karabińczyków. W przypadku sezonowych instalacji fotowoltaicznych lub wynajmowanych mieszkań może to być wykonalne rozwiązanie. W razie potrzeby profil montażowy można również łatwo zdemontować i przenieść w inne miejsce.
Poszedłem jednak nieco dalej, ponieważ moja instalacja nie jest tymczasowa. Aby zabezpieczyć dolną część zainstalowanych paneli, przygotowałem dwa elastyczne panele o mocy 210 W i połączyłem je ze sobą za pomocą plastikowych opasek kablowych. Następnie przez dolne otwory montażowe przewlekłem stalową linkę w polipropylenowej osłonie. Długość kabla należy obliczyć w taki sposób, aby po przymocowaniu paneli u góry do profilu montażowego, końce kabla pozostały dostępne wewnątrz balkonu. Wyjaśnię później, dlaczego jest to konieczne i jak te końce są używane.
Następnie przymocowałem metalowe wsporniki do profilu montażowego i przymocowałem górną część paneli do tych wsporników za pomocą śrub i nakrętek motylkowych. Wybrano nakrętki motylkowe, ponieważ można je dokręcić ręcznie bez użycia narzędzi. W rezultacie górna część konstrukcji stała się dość sztywna i stabilna mechanicznie.
Przechodząc do zabezpieczenia dolnej części paneli. W tym celu wywierciłem dwa otwory w dolnej części ściany balkonu, bezpośrednio pod punktami mocowania paneli, gdzie wychodzą końce stalowej linki. Zaleca się wywiercenie tych otworów pod niewielkim kątem w dół, aby stworzyć naturalną ścieżkę odprowadzania wilgoci. Następnie przedłużyłem pętlę z drutu na zewnątrz balkonu przez otwór. Podkładka została wstępnie zainstalowana na kablu, a następnie koniec kabla został przewleczony przez pętlę i wciągnięty z powrotem do wnętrza balkonu z obu stron. Kabel został naprężony przez aluminiową rurkę i zamocowany za pomocą okuć. W razie potrzeby otwory można później uszczelnić i wypełnić pianką w celu poprawy izolacji termicznej.
Ogólnie rzecz biorąc, konstrukcja pozostaje dość elastyczna, ale okazała się bardzo stabilna nawet przy silnych podmuchach wiatru, w tym podczas ostrzeżeń przed burzą. Zostało to potwierdzone przez wielokrotne testy w warunkach rzeczywistych. Dolne mocowanie zapobiega unoszeniu się dolnej krawędzi panelu. Panel nie zachowuje się jak żagiel na wietrze; zamiast tego jest dociskany do ściany balkonu. Regulując długość aluminiowej rurki, mogę zmienić występ dolnej krawędzi elastycznego panelu, co pomaga zoptymalizować kąt nachylenia względem słońca. W przypadku bardzo silnego wiatru dolną krawędź można po prostu całkowicie przyciągnąć do ściany balkonu.
Ogólnie rzecz biorąc, uważam to podejście do montażu za wykonalne, choć z pewnością można je ulepszyć. Jeśli eksperymentujesz z podobnymi rozwiązaniami, warto byłoby podzielić się wynikami lub ulepszeniami. Jedną z poprawek, którą prawdopodobnie wprowadziłbym z perspektywy czasu, jest dodanie większej liczby punktów mocowania dla każdego panelu. Na przykład dodatkowe elementy mocujące na styku dwóch paneli lub w pośrednich dolnych otworach montażowych zmniejszyłyby ugięcie w środkowej części. W praktyce jednak nawet dwupunktowe mocowanie na krawędziach paneli okazało się wystarczające.
Użytkownicy mogą dostosować tę koncepcję zgodnie z potrzebami – w razie potrzeby można dodać dodatkowe punkty montażowe w każdym dolnym otworze. Możliwe jest również wzmocnienie dolnej krawędzi paneli prętem lub profilem w celu zwiększenia sztywności konstrukcji. Kolejna ważna uwaga: jeśli chcesz uniknąć wiercenia otworów do prowadzenia kabli, rozważ użycie płaskich kabli zaprojektowanych do przejścia pod ramami okiennymi. Umożliwiają one normalne otwieranie i zamykanie okien bez zakłóceń.
Przeczytaj również: Recenzja baterii EcoFlow EB300 i EB600: w końcu najlepszy wybór?
Wnioski i wstępne wyniki wydajności
Jeśli chodzi o wydajność mojej konfiguracji, średnia moc wyjściowa systemu PV z tą konfiguracją paneli wynosi nieco ponad 6 kWh w słoneczny dzień. W pochmurnych warunkach, przy sporadycznym nasłonecznieniu, wydajność wynosi około 3-4 kWh dziennie. Nawet przy złej pogodzie i podczas deszczu nadal możliwe jest wygenerowanie około 1-2 kWh energii elektrycznej. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki są dość dobre. Biorąc pod uwagę średnie dzienne zużycie energii w gospodarstwie domowym na poziomie 10-12 kWh, taka konfiguracja zapewnia zauważalną redukcję kosztów energii elektrycznej i znaczący poziom częściowej niezależności energetycznej. W przypadku całkowitego zaniku napięcia w sieci, nadal wystarcza to do pokrycia podstawowych obciążeń krytycznych urządzeń domowych.
Przy okazji, jeśli masz własne pomysły, rozwiązania lub rzeczywiste przypadki szybkiego i prostego montażu elastycznych paneli na ścianie balkonu, podziel się swoimi projektami. Jestem przekonany, że będzie to przydatne dla innych czytelników.
Bądź na bieżąco. Jeśli masz jakieś pytania dotyczące systemu Stream lub wyboru i instalacji paneli słonecznych na balkonie mieszkania, możesz zostawić je w komentarzach pod tym postem lub skontaktować się za pośrednictwem sieci społecznościowych, w których aktywnie udostępniam aktualizacje dotyczące tego projektu: X (Twitter), Theads.
Do zobaczenia w przyszłym tygodniu.
Wszystkie recenzje przenośnych elektrowni i domowychsystemów zasilaniaawaryjnegona naszej stronie internetowej: przeczytaj tutaj