Проєктування дахових сонячних станцій для підприємств — це багатоетапний кропіткий процес, який має свої особливості та потребує індивідуального підходу до кожного проєкту. Щоб розробити енергоефективне комплексне рішення, варто врахувати широкий спектр факторів та потреб. Площа, тип і стан даху, вид покрівлі, вік, висота та місце розташування будівлі — усе це має вплив на досягнення мети — якісної реалізації сонячної станції згідно з потребами замовника. Тут може йтися про автономність енергоживлення в умовах відключень світла, чи про економію витрат на електроенергію шляхом зменшення споживання електроенергії з зовнішньої мережі з можливістю продажу надлишків електроенергії в ринок за вільними цінами, чи про виробництво продукції на екологічній електроенергії без викидів CO2.
Розглядаємо тонкощі процесу проєктування дахових СЕС для бізнесу разом з головним інженером департаменту проєктно-конструкторських робіт KNESS — Олександром Кучеруком.
Як визначити оптимальну потужність дахової СЕС?
Види дахових СЕС відповідно до потреб
Чим більша потужність, тим коротший термін окупності сонячної станції — правило, яке не завжди працює для дахових СЕС. Тут є свої обмеження: площа даху, електротехнічні рішення та потреба, яку закриває дахова СЕС залежно від її типу.
Дахові сонячні електростанції поділяються на автономні, мережеві та гібридні. Автономні — призначені лише для власного споживання без відпуску електроенергії в мережу. Мережеві — працюють виключно за наявності зовнішньої мережі, щоб мати можливість реалізовувати неспожитий надлишок згенерованої електроенергії за ринковими умовами. Гібридні — передбачають встановлення установок зберігання енергії або акумуляторних батарей разом зі станцією, щоб вироблений надлишок можна було накопичити й використати у час, коли генерація недостатня або відсутня.
Одне з найважливіших завдань проєктантів дахових СЕС — визначити оптимальну потужність майбутньої станції, яка точно відповідатиме електротехнічним можливостям підприємства. Це стосується усіх видів станцій. Але є ще додаткові моменти, які варто враховувати у проєктуванні кожного виду. Наприклад, для мережевої СЕС важливим показником ще є пропускна здатність електромереж. Для автономної СЕС — важливо, щоб генерація максимально покривала графік споживання підприємства. Якщо потужність майбутнього об’єкта генерації буде недостатньою, станція не покриватиме потреб споживача, що своєю чергою збільшить термін окупності. А у разі, якщо потужність буде значно більшою за потрібну — споживач може отримати штрафні санкції від постачальника або оператора системи передачі, а також зіткнутися з несправностями свого електричного обладнання, що точно не вартує ризиків.
То як знайти оптимальне за потужністю рішення?
На базі даних АСКОЕ (Автоматизована система комерційного обліку електроенергії) проводиться аналіз споживання підприємства і визначається потреба, яку потрібно закрити. Також досліджується рівень сонячної радіації у місці, де знаходиться підприємство. Далі перевіряються умови та можливості для встановлення СЕС на даху: технічний стан даху, його площа, умови електротехнічних підключень до мережі (за потреби) тощо. Наступний крок — підбір обладнання, яке найкраще відповідатиме всім умовам. Розрахунок прогнозної генерації здійснюємо у спеціальному програмному забезпеченні PVsyst. Врахувавши всі дані, визначаємо оптимальну потужність майбутнього об’єкта, пропозиції щодо реконструкцій електромереж (за потреби), вартість та потенційний термін окупності сонячного проєкту.
Як підібрати й продумати облаштування надійної системи кріплення для ФЕМ, відповідно до типу даху?
Кожен дах унікальний, навіть якщо виконаний за стандартним проєктом. Та все ж є ряд характеристик, які надважливо врахувати ще на етапі передпроєктного аналізу, щоб переконатися у доцільності будівництва дахової СЕС для комерційного використання.
Врахування характеристик даху у проєктних рішеннях
Форма даху та її вплив на положення сонячних модулів у просторі
Фотоелектричні модулі можна встановлювати і на плоскі, і на скатні дахи, незалежно від кута нахилу даху. Та для цього потрібно правильно вирахувати найбільш вигідне розташування модулів відносно азимуту — на південь або схід-захід, й підібрати відповідну адаптивну систему кріплення сонячних модулів з оптимальним кутом нахилу відносно площини. Також кут нахилу модулів для ефективнішого поглинання сонячних променів можна коригувати за допомогою металоконструкцій, незалежно від типу даху, проте це не завжди рентабельно.
Важливо розуміти, яка головна ціль майбутньої дахової станції: генерувати якомога довший проміжок часу протягом доби? Чи видавати максимум потужності, але лише у певний період доби чи сезон? Або ж отримувати максимальну генерацію протягом усього року? Залежно від відповідей на ці запитання моделюємо варіанти нахилу та орієнтації системи кріплення модулів у програмі PVSyst й за потреби коригуємо кут нахилу металоконструкцій, якщо це доцільно/рентабельно. Але все ж, для плоских дахів кут нахилу модулей не рекомендовано робити більшим, ніж 10-15 градусів відносно площини, адже він збільшуватиме парусність будівлі й вітрове навантаження на всю конструкцію, дах та будівлю.
Тип покрівлі та надійність кріплення сонячних модулів
На ринку існують рішення кріплень фотоелектричних модулів для різних типів покрівель, проте тут є певні обмеження. На власному досвіді ми переконалися в надійності фіксації металоконструкцій на рубероїдні, мембранні та металеві покриття. Для них у співпраці з нашим RnD Center ми розробили та виготовляємо власні опорні конструкції із баластною, кронштейною та клейовою системами кріплення. Металоконструкції by KNESS дозволяють міцно кріпити сонячні модулі зі збереженням теплоізоляційних та гідроізоляційних характеристик даху. А завдяки моделюванню та розрахунку оптимального розподіленого навантаження, яке здійснюють проєктанти для кожного окремого проєкту, нам вдається зберегти надійність металевої, мембранної або рубероїдної покрівлі у кожному випадку.
На інші види покриття, як, наприклад, шифер, керамочерепиця чи дерево, встановлювати СЕС ми не рекомендуємо, оскільки існує високий ризик пошкоджень цілісності даху й протікання.
Вік, технічний стан і несуча здатність даху
На етапі передпроєктного аналізу обов’язково проводиться огляд технічного стану даху та самої будівлі на можливість нести додаткове навантаження. Ми проводимо розрахунок несучої здатності будівлі (даху), на якому влаштовується СЕС, за допомогою натурних вишукувань, порівнюючи проєктну документацію на дах та фактичний його стан. Далі проводяться математичний аналіз та інженерні розрахунки з урахуванням даних про вітрові та снігові навантаження, типові для конкретного регіону й конкретного місця, де розташована будівля, та даних про навантаження, яке здійснюватиме майбутня сонячна станція. Цікаво, що навіть будівлі, які стоять зовсім поруч, можуть мати різне вітрове навантаження, наприклад через висоту або сусідні будівлі, які зупиняють чи змінюють вітрові потоки. На основі усіх отриманих даних формується звіт. У 95% випадків дахи придатні для встановлення СЕС. Та якщо будівля була збудована десятки років тому — часто рекомендуємо провести реконструкцію даху або використати додаткові укріплення, перш ніж улаштувати СЕС.
Особливості підбору та облаштування електротехнічного обладнання для дахових СЕС
Фотоелектричні модулі (ФЕМ)
Моделі сонячних модулей універсальні як для наземних, так і для дахових СЕС. Єдина відмінність в рекомендаціях — для дахових СЕС недоцільно використовувати двосторонні ФЕМ (“bifical” модулі), які дозволяють отримувати додаткову генерацію завдяки поглинанню сонячних променів як лицьовою, так і тильною стороною. У наземних станціях цей тип модулів дозволяє збільшити генерацію на 6-9%, але у дахових СЕС відстань для “повернення” сонячного світла на тильну сторону модуля надто мала. Саме тому такий тип модуля не буде відпрацьовувати свій функціонал.
Інвертори
Для дахових СЕС можна використовувати два типи інверторів: централізовані — такі ж, як для наземних СЕС, або стрінгові. Яка між ними різниця? Стрінгові інвертори менші за розміром. Ба більше, до таких інверторів стрінги модулів підключаються напряму, без шаф збору потужностей (ящиків з’єднань), які потрібні для роботи централізованих інверторів. І хоча потужністю стрінгові інвертори дещо менші за централізовані, майже в усіх випадках для дахових СЕС це рішення є більш практичним з точки зору економії простору на даху. На пласкому даху інвертори встановлюються на баластній системі, або кріпленням на раму самої будівлі. Також можливий варіант їх встановлення в окремому приміщенні під дахом на окремій стійці або на штатному кронштейні.
Кабельні лінії
Згідно з пожежними нормами, кабельна продукція не повинна лежати на даху. Тому для дахових СЕС ми розміщуємо усі кабелі у спеціальних сітчастих лотках. Таке рішення є безпечним, оскільки перешкоджає механічним пошкодженням проводів, забезпечує легкий доступ до кабелів для візуального або тепловізійного огляду чи обслуговування, а також убезпечує їх від перегрівання.
ТЕО та проєктна документація для дахової СЕС
Процес виконання техніко-економічного обґрунтування та підготовки проєктної документації для дахової та наземної СЕС є досить подібними. В обох випадках потрібні ретельні розрахунки. Детально про ці етапи проєктування ми описували у попередній статті від наших проєктантів. Серед відмінностей для дахових СЕС — відсутність геодезичних вишукувань та обов’язкова наявність звіту про несучі характеристики даху, якщо будівля не нова. Водночас для автономних дахових станцій потрібне погодження виключно із замовником, без залучення інших інстанцій, на противагу наземним СЕС. А для гібридних та мережевих за потреби додається ще актуалізація АСКОЕ.
За 14 років діяльності портфель проєктів KNESS налічує 22 дахові сонячні станції загальною піковою потужністю майже 14 МВт. Тож врахування найрізноманітніших особливостей кожного об`єкта в проєктуванні — виклик, який команда висококваліфікованих інженерів-проєктантів KNESS навчилася приймати з підвищеним почуттям відповідальності та цікавістю. Ми маємо сертифікованих спеціалістів з досвідом проєктування об’єктів класу наслідків CC1, CC2 та CC3, які забезпечують найвищу якість виконання проєктів будь-якої складності. Більше про проєктування об’єктів електроенергетики by KNESS можна дізнатися за посиланням:
https://kness.energy/proiektuvannya-ob-iektiv-elektroenergetiki/
