Efektywność i wydajność pracy paneli fotowoltaicznych

W tym artykule omówimy sprawność i wydajność modułów oraz optymalne warunki ich pracy. Pokażemy w jakich temperaturach najlepiej pracują oraz powiemy co to jest wskaźnik STC

 

Warunki atmosferyczne, zwłaszcza wysoka temperatura (powietrza) wpływa na efektywność pracy paneli fotowoltaicznych. Wahania temperatury powodują zmianę temperatury ogniw PV oraz pozostałych materiałów. Ma to wpływ na własności fizykalne (fizyko-chemiczne) całego modułu fotowoltaicznego. Przekłada się to także na wydajność jego pracy. Panele fotowoltaiczne są wykonane z krzemu, materiału półprzewodnikowego. Wraz ze zmianą temperatury, moduł zmienia swoje właściwości elektryczne i fizyczne, takie jak:

  • absorpcja promieniowania słonecznego;
  • ruchliwość ładunków i szerokość przerwy energetycznej;
  • rezystywność (poziom przewodnictwa elektrycznego) samego półprzewodnika oraz koncentrację nośników ładunku.

Powyższe właściwości wpływają na moc nominalną wytwarzaną przez generator mocy PV.

 

wydajnosc paneli fotowoltaicznych

wydajność paneli fotowoltaicznych

 

Efektywność i wydajność pracy paneli fotowoltaicznych w różnych szerokościach klimatycznych

 

Panele fotowoltaiczne są tak zaprojektowane, że pracują w zakresach temperatur otoczenia od -40°C do +85°C. Dzięki temu mogą być zainstalowane w praktycznie każdym miejscu na naszej planecie.

 

Najwyższa efektywność ogniw

Ogniwa fotowoltaiczne wykazują największą efektywność w słoneczne dni, kiedy dociera do nich największa wiązka światła.  Niemniej jednak, wysoka temperatura ogniwa słonecznego, na którą wpływ ma przede wszystkim temperatura otoczenia, przyczynia się do zmiany napięcia na panelach. W konsekwencji, przekłada się ona także na to, że spada generowana moc. 

O ile intensywne promieniowanie słoneczne daje możliwość dużej absorpcji światła, o tyle wysoka temperatura przyczynia się do spadku napięcia na modułach PV. Spadek napięcia przy wysokiej temperaturze, powoduje mniejszą efektywność produkcji energii elektrycznej w ciepłym klimacie. Zobacz również wpis : czy fotowoltaika się opłaca

 

 

Wydajność modułów fotowoltaicznych

 

Szacując jednak wydajność modułów fotowoltaicznych w skali roku, oprócz temperatury należy brać pod uwagę również liczbę słonecznych dni i ich średnią długość. Duże nasłonecznienie (ponad 2000 W/m2) w ciepłych strefach klimatycznych i występowanie słońca przez zdecydowanie większą ilość dni w roku (w porównaniu do np. klimatu umiarkowanego) kompensuje niższą wydajność będącą wynikową temperatury powyżej 25°C. Ważny jest fakt, że przy niskich temperaturach, panele PV w słoneczne dni są w stanie wytworzyć taką samą lub nawet większą ilość energii elektrycznej niż w ciepłych strefach klimatycznych. W Polsce największa produktywność elektrowni PV przypada na miesiące wiosenne.

 

 

Folia elektroizolacyjna – dłuższa żywotność paneli fotowoltaicznych

 

Stałe przebywanie modułów fotowoltaicznych w środowisku wysokich temperatur niesie za sobą również ich skróconą żywotność. W strefie klimatów równikowych i międzyzwrotnikowych pracują one średnio od 15 do 25 lat. Dłuższa jest żywotność przy zastosowaniu wzmocnionej foli elektroizolacyjnej lub tafli szkła. W strefach klimatycznych umiarkowanych i zimnych od 30 lat do 40 lat.

 

 

Optymalne warunki pracy paneli fotowoltaicznych

 

optymalne warunki pracy paneli fotowoltaicznych

optymalne warunki pracy paneli fotowoltaicznych

 

Głównym parametrem ogniw PV jest ich MOC znamionowa, wyrażona w Watach (W). Im jest ona większa, tym więcej energii elektrycznej moduł fotowoltaiczny jest w stanie wyprodukować jednostkowo. Moc znamionowa modułu PV wyznaczana jest w warunkach laboratoryjnych określanych wskaźnikiem STC: (Standard Test Conditions)

  • nasłonecznienie 1000 W/m2,
  • temperatura wewnętrzna modułu pv 250C,
  • współczynnik gęstości atmosfery 1,5 AM.

 

 

Wskaźnik STC – najlepsze warunki pracy paneli

 

STC wyznacza najkorzystniejsze warunki pracy paneli fotowoltaicznych, przy których osiągają one moc szczytową. Po przekroczeniu temperatury ogniwa 250C następuje spadek wydajności paneli fotowoltaicznych. 

Temperatura ogniw solarnych w normalnych warunkach pracy, określana jest natomiast wskaźnikiem NOCT  (Normal Operating Cell Temperature) – odpowiadającym:

  • nasłonecznieniu 800 W/m2,
  • temperaturze oświetlanego panelu 200C, przy czym temperatura wewnętrzna modułu może wynieść od 420C do 450C (w zależności od modelu),
  • prędkość wiatru 1 m/s,
  • przy współczynniku grubości atmosfery 1,5 AM – wyznaczona dla Europy.

 

Warunki pogodowe określone przez wskaźnik NOCT są najbardziej charakterystyczne dla klimatu umiarkowanego m.in. dla Polski. 

 

Wydajność i sprawność paneli fotowoltaicznych

Moc nominalna i strata wydajności

O wydajności paneli fotowoltaicznych świadczy nie tylko ich Moc nominalna. Ważna jest też  strata ich wydajności w stosunku do rzeczywistych warunków pogodowych w danym momencie. Tak samo istotne jest to, że spada ich odporności na zmiany pogodowe.

 

Odporność na zmiany temperatur – wskaźnik STC

Współczynnik strat temperaturowych (Pmax) określa odporność paneli fotowoltaicznych na zmiany temperatur i określany jest od wartości bazowej STC. Jego wartość przedstawia, o ile spadnie wydajność modułu PV wraz ze wzrostem temperatury o 10C od temperatury w warunkach STC. Współczynnik temperaturowy wyrażony jest w jednostkach [%/0C]. Dobrej klasy panele fotowoltaiczne posiadają współczynnik < 0,42%/0C. Oznacza to, że ich spadek wydajności wynosi poniżej 0,42 % przy wzroście temperatury o 1 0C.

 

Jak obliczyć stratę wydajnośic modułu ?

 

Na przykład moduł PV ma temperaturę wewnętrzną równą 440C. Różnica temperatur w odniesieniu do STC,  daje 440C- 250C= 190C. Następnie mnożymy ją przez współczynnik temperaturowy, czyli 190C x 0,42%/0C. Dopiero wtedy otrzymamy stratę wydajności modułu na poziomie 7,98% od jego mocy nominalnej, wyznaczonej w warunkach STC. 

 

Wybierając moduły fotowoltaiczne, warto zwróć uwagę nie tylko na ich moc nominalną, podawaną przez producenta, ale też na ich wartość odporności na wahania temperatur.