Problematika instalace a běžné údržby solárních panelů na střešních instalacích

V současné době je trendem výstavba fotovoltaických elektráren (FVE) na střechách rodinných domů, a to nejen díky zajímavé dotaci v programu Nová zelená úsporám (NZÚ) poskytované ministerstvem pro životní prostředí (MŽP). V loňském roce takovýchto elektráren přibylo přes 7000 s tím, že letos zástupci Cechu akumulace a fotovoltaiky (CAFT) očekávají navýšení počtu nových instalací FVE až na 10 000.

 

Smysluplná investice

Trend podpory samovýroby a spotřeby elektrické energie je pevně zakotven i v následujícím dotačním období 2021-2030, kdy se NZÚ mění na Novou Zelenou Úsporám 2030 (NZÚ 2030), která poběží do konce roku 2029.

Finanční podpora nových instalací se zásadně změnila po roce 2014, kdy došlo ke změně z dotací garantovaného výkupu elektrické energie po dobu 20ti let (Zelený bonus) na dotace investiční, které pokryjí zhruba 30-40% investované částky zpětně po prokázání vynaložené investice. Tímto se zásadně zjednodušila legislativní část provozu malých zdrojů, které nevyžadují do 10kW ani vydání licence Energetického regulačního úřadu.

Při realizaci malé FVE s dotací NZÚ lze dosáhnout 7-12leté návratnosti investice podle typu FVE a ceny elektrické energie, která je spotřebována v odběrném místě (není tedy zaplacená distribuční společnosti). V následujícím textu se však nebudeme zaměřovat přímo na ekonomickou návratnost FVE, ale na problematiku s ní související, tj. problémy, se kterými se lze setkat při samotném návrhu, instalaci, provozu a údržbě.

Připojování FVE

FVE jako funkční celek je souhrnem technologií od napěťové hladiny nízkého napětí s měřením distributora, které se po instalaci mění na oboustranné (čtyřkvadrantní měření), přes domovní rozvaděč NNDC, NNAC s přepěťovými ochranami a jističi po solární střídače DC/AC a samotné fotovoltaické panely jakožto generátory elektřiny. Z pohledu samotné instalace je prvním a velmi důležitým krokem zajištění smlouvy o připojení zařízení k distribuční síti, která v prvé řadě definuje, zda je v lokalitě možné připojit zdroj s přetoky do sítě.

Tato smlouva také upřesňuje přepěťové ochrany, zpoždění při výpadku sítě a jiné standardní parametry sítě dle podmínek o připojení k distribuční soustavě (PPDS), které musí splňovat všechny v České republice dodávané střídače. V případě negativní odpovědi distributora na přetížených nebo slabých linkách (v současnosti do 1 % podaných žádostí) je možné připojit FVE v semi-ostrovním režimu mikrozdroje, kdy je elektrárně střídačem zakázán přetok do sítě. Tato instalace však není doporučována, jelikož je teoreticky možné očekávat po ukončení životnosti elektroměru nechtěný a nekontrolovatelný přetok do sítě, který je distributorem penalizován.

Největší překážkou a úskalím instalace FVE v hladině NN na rodinné domy je nicméně systém měření spotřeby odběrného místa po fázích. Fázové měření je raritou ve srovnání se zbytkem Evropy, kde se používá součtové měření. Kvůli tomuto specifiku je možné při instalaci použít pouze technologie střídačů, které umožňují asymetrickou (fázovou) zátěž a rozdělení vyrobené energie do spotřeby dle zatížení fází. Evropským standardem je přitom součet spotřeby tří fází oproti vyrobené energii FVE.

 

Toto české specifikum zásadně limituje použití standardních (zejména evropských) střídačů, které jsou dodávány se součtovým nastavením. Pro instalaci FVE v ČR je možné použít jen střídače od několika asijských výrobců, kteří používají asymetrii na neevropských trzích (Goodwe, SOLAX, RCT, GRowatt). Asymetrie sítě klade větší nároky na střídače a je tedy vhodné upřednostnit delší záruční doby vybraného střídače, které se obvykle pohybují mezi 5-10 lety.

 

 

Možné poruchové stavy

FV panelů dnes existuje obrovská škála: od solárních tašek, zabudovaných setů nahrazujících krytinu až po nejvíce využívané systémy rámových panelů s konstrukcí kotvenou pod tašku nebo samozátěží/kotvením na rovné střechy. Problematika všech je nicméně všude stejná.

Kromě správně ukotveného systému, který zaručí bezproblémovou funkčnost po dobu +25 let, je důležitá zejména záruka na samotný panel.  Zde se často zaměňují výkonové záruky za produktové (mechanické).  Výkonová záruka panelů vždy garantuje minimálně 80-90 % výrobu i po 25letech produkce oproti nominální hodnotě prvního roku. Uplatnění této záruky však vyžaduje demontáž panelu a jeho laboratorní měření, což je prakticky i ekonomicky velice náročné. Důležitější je proto produktová záruka, která se pohybuje od 10 do 30 let a pokrývá dále v textu uvedené vady.

S ohledem na rozsah FVE a fakt, že stavebním kamenem FVE jsou FV moduly, je provoz a údržba FVE kriticky závislá na kondici FV modulů. Požadavky na údržbu panelů uvádí výrobce, nicméně nejedná se o zásadní záležitosti a v zásadě má být provoz bezúdržbový. Teoreticky je možné nechat panely čistit nebo aplikovat speciální ochranné vrstvy, ale z hlediska výnosů FVE rodinného domu toto není ekonomicky návratné.

Z pohledu bezpečnosti je nutností testování dle CSN EN 62446, testování zejména s ohledem na izolační vlastností FV modulů, což je klíčový parametr pro bezpečný provoz. Měřením izolačního stavu jsou vybaveny všechny střídače bez ohledu na jejich velikost. V případě poruchy izolačního stavu se střídač automaticky odstaví. Pro efektivní provoz je nutné kvalitní zařízení pro monitoring provozu v reálném čase, s možností porovnávání jednotlivých částí FVE měřením jednotlivých stringů. U nových instalací pak možnosti měření a monitoring jednotlivých panelů s pokročilou analýzou a výpočtem Performance Ratia v čase.

V případě FV modulů se můžeme setkat s problémy s pájením jednotlivých článků, či defekty v tzv junction boxu, které se projevují jako nefunkční 1/3 nebo 2/3 modulu (což vychází z topologie nejčastěji používaných 60-ti článkových polykrystalických FV modulů). Tento defekt/nefunkčnost FV modulu je měřitelný elektricky (modul vykazuje nižší napětí) nebo vizuálně (prostřednictvím termografického měření viz. obr níže).

 

Mechanicky může provoz FV modulů v čase vykazovat různé diskolorace antireflexní vrstvy či elektrochemické reakce ve struktuře modulu, které mají za následek vznik tzv. snail trail defektu, který nicméně ve většině případů nevede ke ztrátám na výrobě či ohrožení bezpečnosti. Níže příklad snail trails.

Jedním z kritických defektů FV modulů, které mají vliv na bezpečnost provozu a případné ztráty, jsou již výše uvedené změny izolační vlastnosti. Pokud se do FV modulu dostane vlhkost, je jen otázkou času jeho trvalé poškození a nemožnost jej bezpečně provozovat v rámci FV systému.

Příklad vniku vlhkosti:

Eliminace ztrát je zajištěna jak preventivní a pravidelnou údržbou a revizemi kvalifikovaným personálem, tak správně instalovaným a nastaveným systémem monitoringu, který dokáže efektivně zachytit problémy a v případě havárie uživateli poskytne řadu informací pro zajištění rychlého zásahu a uvedení do provozu. Níže ilustrace monitoringu panelů FVE rodinného domu.

 

Autoři:  Radek Orság (CAFT) a Radek Petržílka (ČEZ ESCO, a.s.)