Metalowe Konstrukcje do Elektrowni Słonecznych – Wybór, Zalety i Porównanie Systemów
Elektrownie słoneczne mogą być instalowane na dwóch głównych typach konstrukcji wsporczych: stałych (nieruchomych) konstrukcjach metalowych lub systemach śledzenia słońca (trackerach). W pierwszym przypadku panele są zamontowane pod stałym kątem, optymalnie skierowane na południe (na półkuli północnej). W drugim – panele są umieszczone na ruchomych mechanizmach (trackerach), które obracają je zgodnie z ruchem słońca w ciągu dnia. Wybór między tymi dwoma podejściami wpływa na efektywność produkcji energii elektrycznej, koszt projektu i okres zwrotu inwestycji. W tym artykule omówimy zalety i wady każdego systemu, porównamy ich zdolność do generowania energii, przeanalizujemy różnice w nakładach inwestycyjnych oraz określimy, w których regionach Europy stosowanie trackerów jest najbardziej opłacalne.
Stałe (nieruchome) konstrukcje
Stałe konstrukcje to stabilne metalowe stelaże, na których panele słoneczne są zamocowane pod niezmiennym kątem nachylenia. Kąt ten jest ustalany na etapie montażu w zależności od szerokości geograficznej: panele są skierowane na południe i nachylone w taki sposób, aby zapewnić maksymalną roczną produkcję energii (zwykle zbliżony do kąta szerokości geograficznej danego miejsca). Stałe systemy nie mają ruchomych części, więc panele pozostają nieruchome przez cały dzień i rok (czasami kąt może być zmieniany ręcznie sezonowo, ale rzadko jest to praktykowane w dużych elektrowniach).
Zalety stałych systemów
• Niższy koszt i prostota. Stałe konstrukcje są prostsze w budowie i tańsze w zakupie, ponieważ nie zawierają drogich ruchomych komponentów ani silników. Mniejsza liczba elementów oznacza także niższe koszty utrzymania w dłuższej perspektywie. Prosta konstrukcja zmniejsza również ryzyko awarii – brak ruchomych elementów eliminuje usterki związane z mechaniką.
• Gęstsze rozmieszczenie paneli. Stałe instalacje pozwalają na gęstsze rozmieszczenie paneli na dostępnej powierzchni, ponieważ nie wymagają miejsca na ruch w ciągu dnia. Dzięki temu na tej samej działce można zamontować większą moc szczytową (kWp) paneli w porównaniu do trackerów. Oznacza to, że przy ograniczonej powierzchni działki system stacjonarny może zapewnić większą całkowitą produkcję energii, dzięki większej liczbie modułów.
• Odporność na warunki atmosferyczne. Dzięki nieruchomości paneli stałe konstrukcje zazwyczaj lepiej znoszą ekstremalne warunki pogodowe – silny wiatr, opady śniegu, burze piaskowe itp. Są solidnie zamocowane i nie wymagają skomplikowanego systemu czujników czy kontrolerów reagujących na wiatr (podczas gdy trackery muszą przechodzić w tryb ochronny przy silnym wietrze, zmieniając kąt nachylenia w celu zmniejszenia oporu powietrza). W chłodniejszych regionach z dużą ilością śniegu stałe panele można montować pod większym kątem, aby śnieg szybciej się zsuwał, lub łatwiej je czyścić, podczas gdy ruchome trackery są trudniejsze w konserwacji zimą.
Wady stałych systemów
• Mniejsza produkcja energii. Główną wadą jest to, że panele są stale skierowane pod jednym kątem, co oznacza, że tylko przez pewien czas w ciągu dnia promienie słoneczne padają na nie pod optymalnym kątem. Rano i wieczorem kąt padania jest daleki od idealnego, co powoduje znaczne straty potencjalnej energii. W rezultacie systemy stałe generują mniej energii z każdej zainstalowanej jednostki mocy paneli niż systemy z trackerami. Szacuje się, że instalacja stacjonarna może produkować o 15–25% mniej energii niż system jednoosiowy, w zależności od klimatu i lokalizacji.
• Szczytowe obciążenie sieci. Ponieważ nieruchome panele są ustawione na średnią pozycję słońca, osiągają maksymalną produkcję energii w południe. W tym czasie wiele elektrowni słonecznych generuje duże ilości energii jednocześnie, co może prowadzić do przeciążenia sieci lub spadku cen hurtowych energii elektrycznej. Brak generacji rano i wieczorem oznacza, że systemy stałe w mniejszym stopniu przyczyniają się do pokrycia szczytowego zapotrzebowania wieczorem. (Trackery częściowo rozwiązują ten problem, rozciągając generację na poranne i wieczorne godziny).
Systemy śledzenia słońca (trackery)
Trackery to ruchome konstrukcje wsporcze, wyposażone w mechanizmy obracające panele zgodnie z ruchem słońca. Najpopularniejsze są jednoosiowe trackery (HSAT – poziome jednoosiowe), które obracają panele wokół jednej osi poziomej ze wschodu na zachód. Dzięki temu panele przez cały dzień są skierowane niemal idealnie w stronę słońca. Istnieją także dwuosiowe trackery, które mogą zmieniać zarówno kąt nachylenia, jak i azymut, co jeszcze dokładniej kieruje panele na słońce. Jednak systemy dwuosiowe są znacznie droższe i bardziej skomplikowane, dlatego w dużych elektrowniach rzadko się je stosuje.
Zalety trackerów
• Większa produkcja energii. Główną zaletą trackerów jest zwiększenie wydajności. Dzięki dynamicznemu śledzeniu słońca panele dłużej otrzymują bezpośrednie promienie słoneczne w ciągu dnia, co znacznie zwiększa produkcję energii. Średnio tracker jednoosiowy pozwala uzyskać 15–25% więcej energii rocznie w porównaniu do instalacji stałej. W Europie Środkowej trackery dają około 25% więcej energii, a na południu Europy nawet 30% więcej.
• Niższy koszt energii (LCOE). Pomimo wyższych kosztów początkowych trackery często zmniejszają koszt produkcji energii przez cały okres eksploatacji elektrowni. Większa generacja oznacza większe przychody ze sprzedaży energii, co sprawia, że długoterminowo systemy śledzące mogą być bardziej opłacalne niż stałe konstrukcje.
Wady trackerów
• Wyższe koszty początkowe. Systemy trackerów są droższe ze względu na silniki, układy sterowania i wzmocnione konstrukcje. Zwiększają one nakłady inwestycyjne na projekt o około 10–15%.
• Bardziej skomplikowana konserwacja. Ruchome części wymagają regularnej kontroli i konserwacji, co zwiększa koszty eksploatacji.
• Wrażliwość na ekstremalne warunki pogodowe. Trackery mogą być bardziej podatne na silne wiatry, śnieg i burze piaskowe.
Wybór między stałymi konstrukcjami a systemami śledzenia zależy od warunków klimatycznych, dostępnej powierzchni i budżetu projektu. Trackery są najbardziej opłacalne w południowej Europie, gdzie nasłonecznienie jest wysokie, natomiast w Europie Północnej ich zastosowanie jest mniej uzasadnione. W Europie Środkowej wybór zależy od lokalnych warunków ekonomicznych i technicznych.
