efektywność pracy paneli fotowoltaicznych brukbet

 

Panele fotowoltaiczne – efektywność pracy

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 efektywność jego pracy. Panele fotowoltaiczne są wykonane z krzemu, materiału półprzewodnikowego. Wraz ze zmianą temperatury, zmienia on 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. 

Efektywność 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.

Ogniwa fotowoltaiczne wykazują największą efektywność w słoneczne dni, kiedy dociera do nich największa wiązka światła.  Niemniej jednak, wysoka temperatura ogniwa, 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. 

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.

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

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.

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

Temperatura ogniw 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. 

Straty wydajności na panelach fotowoltaicznych

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

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.

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.