Nachylenie działki pod farmę fotowoltaiczną wpływa nie tylko na sposób ustawienia modułów, lecz także na koszt budowy, możliwą do zainstalowania moc, uzysk energii, odwodnienie terenu oraz późniejsze utrzymanie instalacji. Z tego powodu dwie działki o identycznej powierzchni i podobnym nasłonecznieniu mogą mieć zupełnie inną wartość inwestycyjną.

Nie oznacza to jednak, że farma fotowoltaiczna powinna być budowana wyłącznie na idealnie płaskim gruncie. Łagodnie nachylony teren może być bardzo dobrym miejscem dla instalacji PV, szczególnie jeśli jego ekspozycja jest korzystna. Problemy zaczynają się wtedy, gdy spadek terenu wymusza rozległe roboty ziemne, komplikuje fundamentowanie albo ogranicza możliwość optymalnego rozmieszczenia rzędów modułów.

O rzeczywistej opłacalności decyduje więc nie samo nachylenie wyrażone w procentach lub stopniach, lecz jego połączenie z kierunkiem spadku, nierównościami terenu, rodzajem konstrukcji, warunkami gruntowymi i założeniami dotyczącymi produkcji energii.

Sprawdź ➡ farma paneli fotowoltaicznych

Co właściwie oznacza nachylenie terenu pod farmę fotowoltaiczną?

Nachylenie terenu określa zmianę wysokości występującą na określonym odcinku działki. Może być podawane w stopniach albo w procentach. Spadek 10% oznacza, że na 100 metrach w poziomie wysokość terenu zmienia się o około 10 metrów. Nie jest on tym samym co nachylenie 10°, ponieważ 10% odpowiada jedynie około 5,7°.

W przypadku farm fotowoltaicznych sama średnia wartość nachylenia działki jest niewystarczająca. Istotne jest również to, czy spadek jest równomierny, w którym kierunku przebiega oraz czy w granicach działki występują lokalne skarpy, zagłębienia, uskoki i wypukłości.

Działka o spadku 6% i regularnym profilu może być prostsza do zagospodarowania niż formalnie bardziej płaski teren, na którym występują liczne niewielkie nierówności. W drugim przypadku projektant może być zmuszony do częstszego różnicowania wysokości konstrukcji, lokalnego wyrównywania gruntu albo rezygnacji z części powierzchni.

Orientacyjnie można przyjąć następujący podział stosowany na etapie wstępnej analizy lokalizacji. Granice te nie są jednak uniwersalnymi limitami technicznymi.

Nachylenie terenu	Przybliżony kąt	Znaczenie dla projektu
0–3%	0–1,7°	zazwyczaj bardzo korzystne warunki do projektowania
3–8%	1,7–4,6°	zwykle możliwe zagospodarowanie bez dużych robót ziemnych, zależnie od kierunku spadku
8–15%	4,6–8,5°	rośnie znaczenie geometrii konstrukcji, dróg, odwodnienia i analizy zacienienia
powyżej 15%	ponad 8,5°	konieczna szczegółowa analiza techniczna i ekonomiczna; koszty mogą szybko wzrastać

Nie należy zatem traktować określonej wartości procentowej jako automatycznej granicy opłacalności farmy PV. Ostateczna ocena wymaga modelu ukształtowania terenu oraz wstępnego layoutu instalacji.

Dlaczego nachylenie działki wpływa na koszt budowy farmy PV?

Na płaskim i równym terenie można stosunkowo łatwo powtarzać jeden typ konstrukcji, zachowywać regularne odstępy między rzędami oraz prowadzić drogi technologiczne. Wraz ze wzrostem nachylenia zwiększa się liczba ograniczeń, które projektant musi uwzględnić.

Największe znaczenie ekonomiczne mają zazwyczaj:

• roboty ziemne i konieczność bilansowania wykopów oraz nasypów,
• większe zróżnicowanie długości elementów konstrukcyjnych,
• trudniejsze palowanie albo zastosowanie innych fundamentów,
• bardziej skomplikowany układ dróg serwisowych,
• dodatkowe rozwiązania odwodnieniowe i przeciwerozyjne,
• mniejsza powierzchnia możliwa do efektywnego wykorzystania pod moduły,
• utrudniony montaż i poruszanie się ciężkiego sprzętu,
• potencjalnie wyższe koszty utrzymania instalacji.

Największym problemem ekonomicznym nie jest więc samo nachylenie, lecz konieczność dostosowania infrastruktury do terenu. Projekt, który wymaga dużych zmian naturalnego profilu działki, może generować koszty niewidoczne podczas prostego porównania ceny gruntów.

Roboty ziemne a opłacalność farmy fotowoltaicznej

Jednym z głównych powodów wzrostu kosztów inwestycji na pochyłej działce są prace związane z wyrównaniem terenu. Budowa farmy nie wymaga stworzenia całkowicie poziomej platformy, jednak nadmierne różnice wysokości mogą uniemożliwiać zachowanie wymaganej geometrii stołów fotowoltaicznych albo bezpieczne poruszanie się sprzętu.

Projektant dąży zazwyczaj do takiego rozmieszczenia instalacji, aby maksymalnie dopasować ją do naturalnego ukształtowania działki. Ogranicza to ilość przemieszczanego gruntu i zmniejsza ryzyko późniejszych problemów z osiadaniem, erozją lub odwodnieniem.

Im większy zakres prac typu cut and fill, czyli wykonywania wykopów i nasypów, tym większa wrażliwość budżetu na warunki geotechniczne. Trzeba uwzględnić nie tylko koszt koparek i transportu ziemi, ale również zagęszczanie nasypów, stabilizację skarp, odbudowę warstwy humusu oraz wykonanie odpowiedniego systemu odwodnienia.

Dlatego już przed zakupem lub dzierżawą gruntu przydatny jest numeryczny model terenu wykonany na podstawie odpowiednio dokładnych danych geodezyjnych. Pozwala on oszacować, czy potencjalnie atrakcyjna działka nie wymaga prac ziemnych, których koszt znacząco pogorszy rentowność projektu.

Kierunek nachylenia jest równie ważny jak jego wartość

Dwa zbocza o takim samym kącie nachylenia mogą mieć zupełnie inną wartość dla inwestora fotowoltaicznego. Decyduje o tym ekspozycja, czyli kierunek, w którym opada teren.

Nachylenie w kierunku południowym

W polskich warunkach teren opadający w kierunku południowym może być korzystny dla klasycznej instalacji z modułami skierowanymi na południe. Naturalny spadek może częściowo odpowiadać oczekiwanej orientacji płaszczyzny modułów.

Nie oznacza to, że moduły można po prostu ułożyć równolegle do każdego południowego zbocza. Kąt konstrukcji nadal powinien wynikać z obliczeń energetycznych, obciążeń śniegiem i wiatrem oraz geometrii rzędów.

Odpowiednio ukształtowany południowy stok może jednak ograniczyć ryzyko wzajemnego zacienienia rzędów i ułatwić uzyskanie korzystnej geometrii instalacji. Efekt zależy od konkretnego layoutu oraz wysokości modułów nad gruntem.

Nachylenie w kierunku północnym

Północny spadek jest z punktu widzenia systemu skierowanego na południe bardziej problematyczny. Konstrukcja może wymagać większego zróżnicowania wysokości podpór, a uzyskanie oczekiwanego kąta ustawienia modułów może zwiększyć wysokość ich tylnej krawędzi.

Konsekwencją może być większe zużycie stali, wyższe obciążenia konstrukcji oraz potrzeba zwiększenia odstępu pomiędzy kolejnymi rzędami. Zmniejsza się wówczas możliwa do zainstalowania moc przypadająca na hektar działki.

Nachylenie w kierunku wschodnim lub zachodnim

Spadek poprzeczny względem orientacji rzędów może utrudniać utrzymanie jednego poziomu stołu. W zależności od systemu konstrukcyjnego możliwe jest stopniowe dopasowanie rzędów do topografii albo dzielenie ich na krótsze sekcje.

W takich warunkach szczególnie istotna staje się szczegółowa analiza 3D. Średni spadek działki może wyglądać bezpiecznie, a mimo to lokalne różnice wysokości pomiędzy końcami jednego rzędu mogą przekraczać możliwości konkretnego systemu montażowego.

Jak nachylenie wpływa na zacienienie modułów?

W dużej farmie fotowoltaicznej jednym z podstawowych ograniczeń projektowych jest wzajemne zacienianie kolejnych rzędów. Im wyższa konstrukcja i większy kąt ustawienia modułu, tym dłuższy cień powstaje przy niskim położeniu Słońca.

Na pochyłym terenie geometria tego zjawiska ulega zmianie. Południowy stok może w określonym układzie poprawić wzajemną ekspozycję rzędów, natomiast północny spadek może wymuszać zwiększenie odległości między nimi.

Większy odstęp pomiędzy rzędami oznacza niższy współczynnik wykorzystania powierzchni i mniejszą moc możliwą do zainstalowania na tej samej działce. Jest to szczególnie istotne w projektach, w których powierzchnia gruntu jest jednym z głównych ograniczeń.

Ocena zacienienia powinna uwzględniać nie tylko średnie nachylenie terenu, ale jego rzeczywistą geometrię. Nowoczesne projekty analizuje się więc na podstawie trójwymiarowego modelu działki, a nie wyłącznie prostego przekroju zbocza.

Czy pochyły teren zmniejsza produkcję energii?

Samo nachylenie gruntu nie musi obniżać produkcji energii. Moduły fotowoltaiczne są montowane na konstrukcji, dlatego ich orientację i kąt można w pewnym zakresie kształtować niezależnie od powierzchni działki.

Problem pojawia się wówczas, gdy ukształtowanie terenu wymusza kompromisy projektowe. Może to oznaczać mniej korzystną orientację części modułów, większe zacienienie, ograniczenie liczby stołów albo rezygnację z fragmentów działki.

Na nieregularnych terenach różne sekcje instalacji mogą pracować w nieco odmiennych warunkach nasłonecznienia. Projekt elektryczny powinien uwzględniać te różnice podczas konfiguracji stringów i doboru urządzeń.

Ekonomiczną konsekwencją niekorzystnej topografii może być jednoczesny wzrost CAPEX i spadek uzysku energii z hektara. Taka kombinacja jest znacznie bardziej niebezpieczna dla rentowności niż niewielki wzrost samego kosztu konstrukcji.

Nachylenie terenu a konstrukcje stałe i trackery

Wpływ topografii zależy również od zastosowanej technologii montażowej.

Klasyczne konstrukcje stałe są stosunkowo elastyczne pod względem dopasowania do łagodnie zmieniającego się terenu. Poszczególne sekcje można montować na różnych wysokościach, zachowując założoną orientację modułów.

Systemy nadążne, czyli trackery, posiadają natomiast elementy ruchome i wymagają zachowania określonej geometrii osi obrotu. Dopuszczalne nachylenie wzdłuż i w poprzek osi trackera zależy od konkretnej konstrukcji oraz wytycznych producenta.

W przypadku trackerów szczególnego znaczenia nabiera nie tylko średni spadek działki, ale również szybkość zmian wysokości na krótkich odcinkach. Teren pozornie łagodny może wymagać znacznej ingerencji, jeśli występują na nim lokalne garby lub zagłębienia uniemożliwiające płynną pracę długich rzędów.

Z tego powodu decyzji o zastosowaniu trackerów nie powinno się podejmować wyłącznie na podstawie potencjalnie wyższego uzysku energii. Należy zestawić dodatkową produkcję z kosztami przygotowania działki, konstrukcji oraz późniejszego serwisu.

Fundamentowanie na pochyłej działce

Większość dużych naziemnych instalacji fotowoltaicznych wykorzystuje pale wbijane lub wkręcane w grunt. Rozwiązanie to ogranicza zakres betonowania i umożliwia szybki montaż, ale wymaga odpowiednich warunków geotechnicznych.

Na nachylonym terenie obciążenia działające na fundamenty mogą mieć inną charakterystykę niż na powierzchni płaskiej. Znaczenie mają między innymi stateczność zbocza, rodzaj gruntu, poziom wód gruntowych oraz możliwość erozji.

Niebezpieczna jest sytuacja, w której wyrównanie działki wymaga wykonania znacznych nasypów. Pale posadowione w świeżo uformowanym i niewłaściwie zagęszczonym materiale mogą pracować inaczej niż w gruncie rodzimym.

Dlatego badania geotechniczne powinny być analizowane łącznie z projektem robót ziemnych, a nie jako niezależny etap inwestycji. Pozwala to uniknąć sytuacji, w której tani na pierwszy rzut oka sposób niwelacji terenu powoduje późniejszy wzrost kosztów fundamentowania.

Odwodnienie i erozja mogą przesądzić o kosztach eksploatacji

Moduły fotowoltaiczne zmieniają sposób, w jaki opady docierają do powierzchni gruntu. Woda spływa po ich powierzchni i trafia na podłoże w bardziej skoncentrowany sposób niż przed wybudowaniem instalacji.

Na płaskim terenie odpowiednie utrzymanie roślinności często umożliwia skuteczne ograniczenie erozji. Na zboczu prędkość przepływu wody rośnie, dlatego błędy w odwodnieniu mogą prowadzić do wypłukiwania gruntu, powstawania kolein i uszkadzania dróg technologicznych.

Szczególnie niebezpieczne jest przypadkowe kierowanie wody w stronę podstaw konstrukcji, stacji transformatorowych albo granic sąsiednich nieruchomości.

Koszt systemu odwodnienia powinien być oceniany przed przyjęciem ostatecznego układu modułów i dróg. Na bardziej wymagającym terenie mogą być potrzebne rowy, przepusty, zbiorniki retencyjne, muldy chłonne lub lokalne zabezpieczenia przeciwerozyjne.

Drogi serwisowe na stromym terenie

Drogi wewnętrzne stanowią stosunkowo niewielką część powierzchni farmy, lecz mają duże znaczenie podczas budowy oraz późniejszej eksploatacji. Muszą umożliwiać przejazd pojazdów dostarczających elementy konstrukcyjne, moduły, transformatory i inne urządzenia.

Trasa drogi nie może być projektowana wyłącznie jako najkrótsze połączenie pomiędzy punktami. Przy większej różnicy wysokości konieczne może być poprowadzenie jej po łagodniejszym łuku, co zwiększa długość i powierzchnię zajętą przez infrastrukturę.

Dochodzi również kwestia spływu wód opadowych. Droga biegnąca wzdłuż zbocza może przechwytywać wodę z dużej części działki, dlatego potrzebuje odpowiednio zaprojektowanego odwodnienia.

W praktyce trudna topografia zwiększa więc nie tylko koszt konstrukcji modułów, ale również koszty infrastruktury pomocniczej, które na bardzo wczesnym etapie inwestycji łatwo przeoczyć.

Nachylenie a liczba megawatów możliwych do zainstalowania na działce

Inwestor powinien analizować nie tyle nominalną powierzchnię gruntu, ile powierzchnię rzeczywiście przydatną do zabudowy. Na działce mogą znajdować się fragmenty zbyt strome, podmokłe, zacienione, objęte ograniczeniami środowiskowymi lub niemożliwe do efektywnego połączenia z pozostałą częścią instalacji.

Na trudnym terenie część powierzchni zajmują dodatkowo skarpy, szersze odstępy, drogi prowadzone serpentynowo oraz infrastruktura odwodnieniowa.

W rezultacie duża działka może pozwolić na budowę mniejszej elektrowni niż znacznie mniejszy, ale regularny i dobrze ukształtowany grunt.

Jednym z najważniejszych wskaźników przy analizie działki powinien być więc nie koszt hektara, lecz koszt gruntu i przygotowania terenu przypadający na możliwy do zainstalowania MWp.

Czy płaska działka zawsze jest najlepsza pod farmę fotowoltaiczną?

Nie. Bardzo płaski teren jest łatwy pod względem konstrukcyjnym, ale może mieć inne wady. W szczególności problemem może być słabe naturalne odprowadzanie wód opadowych. Jeżeli podłoże ma niską przepuszczalność, po intensywnych opadach mogą powstawać rozległe zastoiska.

Łagodny i równomierny spadek często ułatwia odwodnienie działki. Jeżeli jednocześnie przebiega w korzystnym kierunku i nie powoduje problemów z zacienieniem, taki teren może być pod względem inwestycyjnym równie dobry, a czasami korzystniejszy od działki całkowicie płaskiej.

Najważniejsza jest regularność profilu terenu. Z punktu widzenia wykonawstwa często łatwiej pracować na jednolitym zboczu o niewielkim nachyleniu niż na obszarze z licznymi krótkimi wzniesieniami i zagłębieniami.

Jak ocenić działkę pod kątem nachylenia jeszcze przed rozpoczęciem projektu?

Wstępna analiza może być wykonana na podstawie danych wysokościowych, map i numerycznego modelu terenu. Nie powinna jednak zastępować dokładniejszych pomiarów geodezyjnych wykonywanych na kolejnych etapach przygotowania inwestycji.

Przed podjęciem ostatecznej decyzji warto sprawdzić:

• średnie i maksymalne nachylenie oraz kierunek spadku poszczególnych części działki,
• lokalne skarpy, zagłębienia i miejsca potencjalnego gromadzenia się wody,
• przewidywany zakres robót ziemnych i bilans mas ziemnych,
• możliwość prowadzenia rzędów modułów bez nadmiernych różnic wysokości,
• dopuszczalne nachylenia dla wybranego systemu konstrukcyjnego,
• wpływ topografii na wzajemne zacienienie rzędów,
• przebieg dróg technologicznych i dojazdu dla ciężkiego sprzętu,
• warunki geotechniczne i ryzyko erozji,
• powierzchnię netto możliwą do wykorzystania pod moduły,
• wpływ wszystkich powyższych czynników na CAPEX i prognozowaną produkcję energii.

Dopiero połączenie tych danych z koncepcyjnym układem farmy pozwala rozsądnie ocenić, czy niższa cena problematycznej działki rzeczywiście rekompensuje wyższe koszty jej zagospodarowania.

Jak uwzględnić nachylenie w analizie opłacalności farmy PV?

Najbardziej miarodajną metodą jest porównanie kilku wariantów zagospodarowania tej samej działki. Dla każdego z nich należy określić moc instalacji, prognozowaną produkcję energii, zakres robót ziemnych, koszt konstrukcji oraz pozostałej infrastruktury.

Przykładowo projektant może porównać wariant maksymalizujący moc z wariantem, w którym rezygnuje się z najbardziej stromych fragmentów działki. Drugi układ może mieć mniejszą moc nominalną, ale wymagać znacznie mniej prac ziemnych oraz prostszej infrastruktury.

Element analizy	Łagodny, regularny teren	Teren mocno zróżnicowany
Roboty ziemne	niewielkie	potencjalnie znaczące
Konstrukcja	bardziej powtarzalna	większe zróżnicowanie
Drogi wewnętrzne	prostsze	dłuższe lub bardziej skomplikowane
Odwodnienie	zazwyczaj prostsze	wymaga dokładnej analizy
Ryzyko zacienienia	łatwiejsze do kontrolowania	zależne od lokalnej topografii
Powierzchnia wykorzystana pod PV	zwykle wysoka	może być ograniczona
Przewidywalność kosztów	wyższa	niższa

O wyborze wariantu nie powinna decydować wyłącznie maksymalna liczba MWp. Istotne są również koszt jednostkowy budowy, spodziewany roczny uzysk oraz koszty eksploatacyjne w całym okresie funkcjonowania elektrowni.

Najbardziej opłacalny layout nie zawsze jest układem o największej mocy zainstalowanej. Często korzystniejsze finansowo jest pominięcie trudnej części terenu, jeżeli jej wykorzystanie wymaga nieproporcjonalnie dużych nakładów.

Kiedy nachylenie terenu może zagrozić całej inwestycji?

Samo przekroczenie określonego spadku nie oznacza automatycznie, że projekt jest niewykonalny. Istnieją instalacje fotowoltaiczne budowane na terenach wyraźnie nachylonych, jednak wraz ze wzrostem trudności topograficznej maleje margines bezpieczeństwa ekonomicznego.

Sygnałem ostrzegawczym jest szczególnie połączenie kilku niekorzystnych czynników: dużego spadku, nieregularnego profilu, słabych warunków geotechnicznych, dużej ilości wód spływających ze zlewni oraz ograniczonej powierzchni umożliwiającej zmianę layoutu.

W takiej sytuacji problem nie polega na jednym drogim elemencie. Koszty zaczynają się kumulować. Droższe roboty ziemne wymagają rozbudowanego odwodnienia, skomplikowane drogi zmniejszają powierzchnię pod moduły, a ograniczenia konstrukcyjne obniżają możliwą do zainstalowania moc.

Dlatego analiza topografii powinna zostać wykonana możliwie wcześnie, jeszcze zanim inwestor poniesie znaczące koszty związane z dalszym rozwojem projektu.

Opłacalna farma PV zaczyna się od właściwej oceny terenu

Nachylenie terenu jest jednym z najważniejszych parametrów technicznych działki przeznaczonej pod farmę fotowoltaiczną, ale nie można analizować go w oderwaniu od pozostałych warunków lokalizacji. Łagodny, regularny spadek może być całkowicie akceptowalny, a w niektórych przypadkach nawet korzystny. Problemem stają się przede wszystkim duże i nieregularne różnice wysokości wymuszające kosztowne roboty ziemne, zwiększenie odstępów między rzędami, bardziej skomplikowane fundamentowanie oraz rozbudowane odwodnienie.

Przed oceną atrakcyjności gruntu warto więc określić nie tylko jego powierzchnię i cenę, lecz także powierzchnię rzeczywiście możliwą do zagospodarowania oraz koszt przygotowania terenu przypadający na każdy MWp planowanej instalacji. Dopiero analiza topografii połączona z koncepcyjnym layoutem, oceną geotechniczną i symulacją produkcji energii pozwala wiarygodnie odpowiedzieć na pytanie, czy dana działka umożliwi budowę opłacalnej farmy fotowoltaicznej.