Kąt i kierunek paneli fotowoltaicznych – jak ustawić je pod net-billing

Przy planowaniu instalacji fotowoltaicznej dwa parametry decydują o tym, ile energii uzyskamy z każdego kilowata mocy: kierunek (azymut), w którym skierowane są panele, oraz kąt nachylenia względem gruntu. Poniższe zestawienie pokazuje, jaki procent maksymalnego rocznego uzysku osiąga instalacja przy różnych kombinacjach tych dwóch wartości.

Jak się jednak okaże, przy obecnych zasadach rozliczeń samo pytanie „jak wyprodukować najwięcej” to za mało. Równie ważne jest to, kiedy energia powstaje i ile jest wtedy warta.

Południe zawsze wygrywa

Najwyższy roczny uzysk daje instalacja skierowana na południe. To nie jest kwestia gustu ani mody, tylko geometrii: w Polsce słońce przez cały rok góruje na południu, więc panele zwrócone w tę stronę najdłużej pracują pod korzystnym kątem.

Z zestawienia wynika jednak coś równie ważnego: południe nie musi być idealne. Przy nachyleniu 35–40° odchylenie nawet o 30° na wschód lub zachód nie powoduje żadnej odczuwalnej straty – uzysk nadal wynosi 100%. Dopiero przy odchyleniu 50–60° spada on do około 90–95%, a przy panelach skierowanych niemal na wschód lub zachód (80°) do około 80–85%.

Kątem można manewrować bez straty

Drugi wniosek z zestawienia: przy kierunku południowym szerokie spektrum kątów daje pełny uzysk.

Kąt nachylenia	Uzysk roczny (kierunek południowy)
15–20°	95%
25–50°	100%
55–60°	95%
65–70°	90%
75–80°	80–85%

Panele skierowane na południe mogą więc mieć nachylenie od 25° aż do 50° i w skali roku wyprodukują praktycznie tyle samo energii. Nawet przy 60° strata wynosi zaledwie około 5%. To daje dużą swobodę – i tę swobodę warto wykorzystać świadomie.

Dlaczego przy net-billingu warto ustawić panele bardziej stromo

Dla osób rozliczających się w systemie net-billing nie liczy się już wyłącznie to, ile energii wyprodukujemy, ale też kiedy. Energia oddana do sieci jest wyceniana według cen rynkowych, a te zmieniają się w zależności od pory roku i godziny.

Zimą energia jest najdroższa, a produkcja z fotowoltaiki najmniejsza. Każda kilowatogodzina wyprodukowana w tym okresie ma więc najwyższą wartość – zarówno ta zużyta na bieżąco, jak i oddana do sieci.

Latem sytuacja jest odwrotna. W słoneczne dni w godzinach południowych w sieci jest nadprodukcja energii, a ceny spadają do zera lub poniżej. Dla prosumentów indywidualnych ujemne ceny nie są przenoszone wprost – energia oddana w takich godzinach jest wyceniana na zero. Nadwyżka wyprodukowana latem w południe jest więc w praktyce warta niewiele albo nic.

Wniosek: opłaca się ustawić panele tak, aby lepiej pracowały zimą, nawet kosztem niewielkiego spadku produkcji latem. A to oznacza większy kąt nachylenia.

Większy kąt to dwie korzyści zimą

1. Lepsze wykorzystanie nisko położonego słońca. Zimą słońce wznosi się nad horyzontem znacznie niżej niż latem. Panele ustawione bardziej stromo są zwrócone do niego pod korzystniejszym kątem, więc przy tej samej ilości światła produkują więcej.

2. Śnieg szybciej się zsuwa. Panel pokryty śniegiem nie produkuje praktycznie nic. Przy płaskim ustawieniu śnieg potrafi zalegać tygodniami, natomiast przy dużym nachyleniu zsuwa się sam, często już po kilku godzinach od wyjścia słońca. W polskim klimacie może to oznaczać wiele dodatkowych dni produkcji w najdroższym okresie roku.

Letnia strata przy stromszym ustawieniu przypada natomiast właśnie na okres i godziny, w których energia jest najmniej warta – jest więc bez znaczenia dla bilansu finansowego.

A co z magazynem energii?

Instalacja skierowana na południe ma największą produkcję w godzinach południowych, czyli dokładnie wtedy, gdy latem ceny energii spadają do zera. Można by więc uznać, że przy net-billingu taki szczyt produkcji traci sens. Tak jednak nie jest, jeśli mamy magazyn energii.

Magazyn pozwala przechować nadwyżki wyprodukowane w środku dnia i zużyć je wieczorem lub w nocy, gdy energia z sieci jest droga. Zamiast oddawać prąd po zerowej cenie, wykorzystujemy go we własnym domu i nie kupujemy energii w najdroższych godzinach. Wysoki uzysk z instalacji skierowanej na południe zamienia się wtedy w realną oszczędność, a nie w nadwyżkę bez wartości.

Dlatego posiadacze magazynu energii mogą bez obaw kierować panele na południe i w pełni korzystać z jego przewagi w produkcji. Większy kąt nachylenia nadal warto zachować ze względu na zimę i zsuwanie się śniegu.

Bez magazynu energii – rozciągnięcie produkcji na cały dzień

Osoby, które nie mają magazynu energii, mogą podejść do sprawy inaczej. Zamiast kierować wszystkie panele dokładnie na południe, warto podzielić je na dwie części: jedną odchyloną na wschód, drugą na zachód.

Taki układ rozciąga krzywą produkcji. Panele zwrócone na wschód zaczynają pracować wcześniej rano, a te skierowane na zachód dłużej produkują po południu i wieczorem. Szczyt w południe, gdy energia jest najmniej warta, jest niższy, za to więcej prądu powstaje w godzinach, w których zużywamy go na bieżąco lub w których jego cena jest wyższa. Łącznie produkujemy nieco mniej, ale energia ta ma większą wartość.

Jak duże odchylenie wybrać?

• Bez magazynu i bez planów jego zakupu – nawet 60° na wschód i zachód. Uzysk roczny spada do około 90%, ale produkcja jest rozłożona na znacznie dłuższą część dnia, a to właśnie poza godzinami południowymi energia ma realną wartość.
• Bez magazynu, ale z planem jego zakupu w przyszłości – około 30° na wschód i zachód. Przy nachyleniu 35–40° uzysk roczny wciąż wynosi 100%, a krzywa produkcji jest już nieco szersza. Gdy w przyszłości pojawi się magazyn, instalacja nadal będzie pracować z pełną wydajnością i nie trzeba będzie jej przestawiać.

Minus takiego rozwiązania

Im większe odchylenie od południa, tym węższy zakres kątów, przy których instalacja pracuje bez strat. Przy kierunku południowym pełny uzysk daje nachylenie od 25° do 50°, a przy azymucie 30° już tylko od 35° do 40°. W praktyce oznacza to konieczność zmniejszenia kąta w porównaniu z ustawieniem na południe, a niższy kąt przesuwa część produkcji z zimy na lato i sprawia, że śnieg zsuwa się wolniej. Dodatkowo zimą słońce przez cały krótki dzień pozostaje po stronie południowej, więc panele odchylone na wschód i zachód tracą zimą więcej, niż pokazuje zestawienie roczne. Tracimy więc część korzyści zimowych, o których była mowa wyżej. Wybór zależy od tego, co jest dla nas ważniejsze: wyższa produkcja zimą czy lepsze rozłożenie jej w ciągu dnia.

Kiedy lepszy jest mały kąt nachylenia

Duży kąt opłaca się wtedy, gdy zależy nam na produkcji zimą. Są jednak sytuacje, w których najwięcej energii zużywamy latem – i wtedy rozumowanie się odwraca.

Dotyczy to przede wszystkim:

• działek letniskowych, na których przebywamy głównie od wiosny do jesieni, a zimą zużycie energii jest minimalne,
• domów z basenem, w których energia idzie na podgrzewanie wody i pracę pompy filtrującej,
• budynków z wieloma klimatyzatorami, gdzie największy pobór prądu przypada na upalne, słoneczne dni.

W takich przypadkach warto kierować panele na południe, ale z mniejszym kątem nachylenia, około 10–20°. Latem słońce stoi wysoko, więc płaskie ustawienie lepiej wykorzystuje jego światło i przesuwa produkcję na miesiące, w których faktycznie jej potrzebujemy. Według zestawienia przy kierunku południowym i nachyleniu 10–20° uzysk roczny wynosi około 95% (przy samych 10° około 90%), ale latem instalacja produkuje wyraźnie więcej, a właśnie wtedy ta energia jest potrzebna.

Ma to też drugą zaletę: energia wyprodukowana latem w takich obiektach jest w dużej mierze zużywana na bieżąco. Klimatyzacja czy podgrzewanie basenu pracują najintensywniej właśnie w słoneczne południe, a więc wtedy, gdy instalacja produkuje najwięcej. Niska cena energii oddawanej do sieci w tych godzinach przestaje mieć znaczenie, bo większość prądu nie trafia do sieci, tylko do naszych urządzeń. Przy działce letniskowej odpada też argument śniegu – skoro zimą prawie nie korzystamy z energii, to, czy panele są zasypane, nie ma większego znaczenia.

Przy małych kątach nachylenia jest jeszcze jedna korzyść: kierunek przestaje mieć tak duże znaczenie. Im bardziej płasko leży panel, tym mniej „patrzy” w konkretną stronę świata, a tym bardziej po prostu w niebo. Widać to w zestawieniu – przy nachyleniu 10–20° uzysk mieści się w wąskim przedziale około 80–95% niemal dla każdego kierunku, podczas gdy przy dużych kątach różnice między południem a wschodem czy zachodem sięgają około 20 punktów procentowych.

Wynika to właśnie z lata. Słońce stoi wtedy wysoko, a wschodzi i zachodzi daleko na północnym wschodzie i północnym zachodzie, więc płaski panel zbiera światło przez cały dzień niezależnie od tego, w którą stronę jest zwrócony. Zimą sytuacja wygląda inaczej – słońce jest nisko, a panel nachylony pod kątem 20° zbiera go niewiele, w dodatku dłużej zalega na nim śnieg. Ponieważ jednak większość rocznej produkcji przypada na miesiące letnie, to one decydują o wyniku w zestawieniu. Dzięki temu przy obiektach użytkowanych głównie latem można dopasować kierunek paneli do kształtu dachu czy działki, bez obawy o dużą utratę produkcji. Płaskie panele skierowane na wschód i zachód dodatkowo wydłużą produkcję na poranek i wieczór, co przy klimatyzacji pracującej do późnego popołudnia ma realne znaczenie.

Jakie ustawienie wybrać

• Typowy dom z net-billingiem: południe (odchylenie do około 10–20° na wschód lub zachód nie powoduje strat) i kąt 40–50° – pełny uzysk roczny, lepsza produkcja zimą i szybkie zsuwanie się śniegu. Przy instalacji na gruncie trzeba jednak sprawdzić, na jaki kąt pozwala konstrukcja (o tym niżej).
• Z magazynem energii: południe jest tym bardziej opłacalne – letnie nadwyżki z południa trafiają do magazynu zamiast do sieci po zerowej cenie.
• Bez magazynu energii: podział paneli na wschód i zachód nawet o 60° – około 10% straty rocznie w zamian za produkcję rozłożoną na cały dzień.
• Magazyn planowany w przyszłości: podział na wschód i zachód o około 30° przy nachyleniu 35–40° – pełny uzysk teraz i gotowość na magazyn później.
• Duże zużycie latem (działka letniskowa, basen, klimatyzacja): południe i mniejszy kąt, około 10–20° – około 95% uzysku rocznego, za to wyraźnie więcej energii latem, gdy energia jest zużywana na bieżąco. Przy płaskim ustawieniu kierunek można dopasować do dachu lub działki.
• Instalacja na gruncie: kąt ogranicza konstrukcja. Większość standardowych konstrukcji pozwala na 25–35°, maksymalnie 40°. Ustawienie 35–40° na południe nadal daje 100% uzysku rocznego, a jeśli zależy nam na większym kącie, trzeba wybrać konstrukcję do tego przeznaczoną.
• Instalacja na dachu: kąt zwykle narzuca połać. Jeżeli dach ma 40–50° i jest zwrócony na południe, mamy sytuację niemal idealną.

Uwaga na konstrukcje gruntowe

Większość konstrukcji gruntowych dostępnych na rynku jest projektowana na kąty 25–35°, a maksymalnie 40°. Zdarza się, że sprzedawcy zapewniają, iż na tej samej konstrukcji można ustawić panele pod kątem 50–60°. To nieprawda – takiego ustawienia nie potwierdzi żaden producent w dokumentacji swojej konstrukcji.

Większy kąt oznacza wyciągnięcie w górę tylnych słupów podtrzymujących. Konstrukcja jest wtedy wyższa, a słupy płycej osadzone w gruncie, więc całość staje się mniej stabilna. Jednocześnie stromo ustawione panele stawiają znacznie większy opór wiatrowi i działają jak żagiel. Na terenach narażonych na silne podmuchy wiatru połączenie tych dwóch czynników może doprowadzić do zniszczenia konstrukcji, a razem z nią paneli.

Jeśli więc chcemy ustawić panele pod kątem większym niż 40°, trzeba wybrać konstrukcję zaprojektowaną na taki kąt i sprawdzić w dokumentacji producenta, do jakiego kąta oraz jakich obciążeń wiatrem i śniegiem jest dopuszczona. W przypadku standardowej konstrukcji rozsądnym wyborem jest 35–40° – to nadal pełny uzysk roczny i wyraźnie lepsza praca zimą niż przy płaskim ustawieniu.

Podsumowanie

Kierunek południowy zawsze daje największy uzysk, a kąt nachylenia można dobrać w szerokim zakresie – od 25° do 50° – bez żadnej straty w produkcji rocznej. Ta swoboda pozwala dopasować instalację nie tylko do tego, ile energii wyprodukuje, ale przede wszystkim do tego, kiedy jest nam ona potrzebna i ile jest wtedy warta.

Przy net-billingu najcenniejsza jest energia zimowa. Dlatego w większości domów warto kierować panele na południe i ustawić je stromo, pod kątem 40–50°, a przy standardowej konstrukcji gruntowej 35–40°: zimą lepiej wykorzystują nisko położone słońce i szybciej pozbywają się śniegu, a niewielka strata latem dotyczy energii, która w godzinach południowych i tak ma wartość bliską zeru.

Posiadacze magazynu energii mogą bez obaw korzystać z pełnej przewagi południa, bo letnie nadwyżki trafiają do magazynu zamiast do sieci po zerowej cenie. Osoby bez magazynu mogą z kolei rozłożyć produkcję na cały dzień, dzieląc panele na wschód i zachód – nawet o 60°, jeśli nie planują magazynu, lub o około 30°, jeśli zamierzają go dokupić w przyszłości. Trzeba jednak pamiętać, że odchylenie od południa obniża produkcję zimową i zawęża zakres optymalnych kątów.

Mały kąt, około 10–20°, sprawdzi się tam, gdzie najwięcej energii zużywamy latem: na działkach letniskowych, przy podgrzewaniu basenu czy w budynkach z wieloma klimatyzatorami. Produkcja przesuwa się wtedy na miesiące, w których prąd jest zużywany na bieżąco, a przy płaskim ustawieniu kierunek paneli traci na znaczeniu, co daje dużą swobodę w ich rozmieszczeniu.

Nie ma więc jednego idealnego ustawienia dla wszystkich. Dobry wybór zaczyna się od pytania nie „jak wyprodukować najwięcej”, ale „kiedy ta energia będzie dla mnie najwięcej warta”.