Sprawność paneli fotowoltaicznych 2021 – co warto wiedzieć?

5 /5
(Ocen: 1)
Tematowi fotowoltaiki i paneli fotowoltaicznych towarzyszy wiele pojęć – mniej i bardziej oczywistych, ale istotnych z punktu widzenia inwestora. Jednym z nich jest sprawność paneli fotowoltaicznych. Co to za parametr? Czy sprawność paneli fotowoltaicznych faktycznie jest tak ważna dla właściciela instalacji?

Fotowoltaika – Bezpłatne Porównanie Ofert

Sprawność paneli fotowoltaicznych a wydajność paneli fotowoltaicznych

Zanim przejdziemy do odpowiedzi na pytanie “Co to jest sprawność paneli fotowoltaicznych?”, warto najpierw wyjaśnić czym ona nie jest.

Sprawność fotowoltaiki, bardzo często jest bowiem mylona i stosowana zamiennie z pojęciem jakim jest wydajność fotowoltaiki. Przykładowo, jeśli chcesz wiedzieć, ile energii wyprodukuje Twoja instalacja w zadanych warunkach (np. zainstalowana pod określonym kątem i wyposażona w dany falownik, przy określonym zacienieniu) w pewnym okresie czasu, to tak naprawdę interesuje Cię właśnie wydajność instalacji fotowoltaicznej, a nie jej sprawność.

A czym jest sprawność paneli fotowoltaicznych?


Prąd ze słońca? Niższe rachunki za energię elektryczną? Nawet 5.000 zł dopłaty do fotowoltaiki z programu Mój Prąd?

W enerad.pl przygotowaliśmy dla Ciebie kompleksową usługę fotowoltaiczną. Skontaktuj się z naszym Specjalistą, który przeprowadzi Cię przez cały proces!

Sprawdź ofertę fotowoltaiki

Co to jest sprawność paneli fotowoltaicznych?

Sprawność paneli fotowoltaicznych (ang. module efficiency – efektywność modułu) określa stosunek ilości energii wytwarzanej do energii dostarczonej do modułu. Innymi słowy, sprawność panelu fotowoltaicznego informuje Was o tym, ile otrzymanych promieni słonecznych, padających na ogniwo zostanie przetworzone na prąd, w standaryzowanych warunkach STC (przy założeniach: brak wiatru, temperatura modułu 25 stopni Celsjusza, promieniowanie 1000 W/m2).

Sprawność paneli fotowoltaicznych podawana jest w ujęciu procentowym i jest bezpośrednio powiązana z wielkością modułu (czynnym polem powierzchni) oraz natężeniem promieniowania słonecznego padającego na ogniwo.

Uproszczony wzór na sprawność ogniwa fotowoltaicznego wygląda następująco:

S = Ew/Np * Pp * 100%

gdzie:

Ew – energia wyprodukowana w [W],
S – sprawność,
Np – natężenie promieniowania słonecznego w [W/m2],
Pp – pole powierzchni ogniwa w metrach kwadratowych.

Sprawność modułu fotowoltaicznego w połączeniu z jego wielkością i natężeniem promieniowania, pozwala wyliczyć moc modułu fotowoltaicznego.

Dla przykładu, panel o polu powierzchni 1,66 i sprawności na poziomie 19,3%, zgodnie z warunkami STC (promieniowanie na poziomie 1000 W/m2) powinien mieć moc ok. 320 Wp, bo:

1000 W/m2 * 0,193 * 1,66 m2 = 320,38 Wp

Sprawność paneli fotowoltaicznych a ich typ

Na sprawność paneli fotowoltaicznych, wpływ ma kilka kwestii technicznych, takich jak np.:

  • właściwości półprzewodnika, z którego powstały ogniwa – zwykle krzemu;
  • właściwości elementów samego modułu, czyli np. przezroczystość powłok – folii EVA czy szkła chroniącego urządzenie;
  • technologia wykonania ogniw oraz jakość połączeń między nimi;
  • warunki zewnętrzne (poziom promieniowania, temperatura otoczenia, ilość wiatru).

Pośród powyższych czynników, jednym z najistotniejszych jest kwestia rodzaju i właściwości materiału, z którego zostały wykonane ogniwa fotowoltaicznego. Na rynku można obecnie spotkać kilka typów paneli, charakteryzujących się różną sprawnością:

Na chwilę obecną największą sprawnością charakteryzują się monokrystaliczne panele fotowoltaiczne. Powstają one z wyhodowanego, jednolitego kryształu krzemu o uporządkowanej strukturze wewnętrznej. Właściwość ta sprawia, że osiągają one najwyższą spośród wszystkich typów paneli fotowoltaicznych sprawność, na poziomie od ok. 17% do ponad 20%.

Panele monokrystaliczne i ich sprawność.

Panele monokrystaliczne

W kategorii sprawności, za nimi plasują się panele polikrystaliczne, które jak nazwa wskazuje produkowane są z bloku krzemu, o niejednorodnej strukturze wewnętrznej, składającej się z wielu kryształów. Można je niekiedy dostrzec na powierzchni modułu (mają niebieskawy kolor i przypominają szron), co ułatwia rozpoznanie tego konkretnego typu. Ich sprawność sięga ok. 14-18%. Panele polikrystaliczne, niższą sprawność rekompensują niższą ceną.

Panele polikrystaliczne i ich sprawność.

Panele polikrystaliczne

Ogniwa fotowoltaiczne II generacji, do których należą cienkowarstwowe panele fotowoltaiczne w zależności od materiału wykonania, mają sprawność wynoszącą od ok. 6-10% (panele krzemu amorficznego) do 10-15% (panele CIGS czy CdTe). Niższa sprawność to jedyny problem tych paneli – są też dość drogie w produkcji i mało żywotne (szczególnie moduły z ogniwami CIGS i CdTe).

Panele cienkowarstwowe i ich sprawność.

Panele cienkowarstwowe

Specyficznym przypadkiem są będące wciąż w fazie badań panele fotowoltaiczne z perowskitów. Perowskity to minerały o krystalicznej budowie, które wykazują doskonałe właściwości pochłaniania światła. Na chwilę obecną, w warunkach laboratoryjnych osiągają one zawrotną efektywność 29,15%, znacznie przekraczającą sprawność ogniw w modułach polikrystalicznych czy monokrystalicznych. Choć wyniki te są obiecujące, trzeba pamiętać, że w warunkach produkcji seryjnej mogą ulec zmianie.

Powyższe wartości, dotyczące sprawności fotowoltaiki to dane orientacyjne. Co roku, producenci podzespołów fotowoltaicznych przesuwają granice ich efektywności. Ile zatem w 2021 roku wynosi sprawność paneli fotowoltaicznych produkowanych seryjnie?

Sprawność paneli fotowoltaicznych w 2021 roku

Entuzjaści tematu, powinni wiedzieć, że kwestię efektywności ogniw fotowoltaicznych dokumentuje instytut NREL (Narodowe Laboratorium Energetyki Odnawialnej). W przygotowanym przez niego zestawieniu, znajdziemy wszystkie najważniejsze typy i podtypy ogniw, wraz z rekordowymi (na dany okres) wynikami sprawności.

Sprawność ogniw fotowoltaicznych - wykres NREL

Źródło: nrel.gov

Należy jednak pamiętać, że powyższe dane dotyczą efektywności, osiąganej w warunkach laboratoryjnych. Podczas dostosowywania technologii do wymogów produkcyjnych, a także podczas samej produkcji modułu, ogniwa zawsze tracą część sprawności.

Sprawność paneli monokrystalicznych w 2021

W połowie stycznia 2021 roku, firma Jinko Solar (jeden z największych producentów paneli PV na świecie), poinformowała, że opracowany przez nią moduł monokrystaliczny typu N osiągnął rekordową sprawność na poziomie 23,01%. Producent pobił tym samym poprzedni, światowy rekord, ustalony w styczniu 2020 roku na poziomie 22,39% przez… samego siebie. Nowy wynik został potwierdzony przez niemieckie laboratorium Fraunhofer ISFH.

Nowoczesny moduł opiera się na ogniwach tej samej firmy, wykonanych w technologii TOPCon, które osiągają sprawność na poziomie 24,9%

Jak na razie moduł Jinko Solar nie wszedł jeszcze do produkcji seryjnej. A zatem, na chwilę obecną do najsprawniejszych modułów fotowoltaicznych należą:

Monokrystaliczne panele fotowoltaiczne o najwyższej sprawności produkowane seryjnie

Moduł Sprawność Moc
SUNPOWER SPR-A425-G-AC 22,8% 425 W
LG LG380Q1C-V5 NeON R 22% 380 W
REC Solar REC380AA 21,7% 380 W

Choć urządzenia dostępne na rynku sięgają już prawie 23%, w 2021 roku, przeciętna sprawność paneli fotowoltaicznych (monokrystalicznych), będzie oscylować raczej w granicach 19-21%.

Sprawność paneli polikrystalicznych

Ogniwa i moduły polikrystaliczne, obecnie traktowane są po macoszemu – coraz mniejsza liczba producentów posiada je swojej ofercie i pracuje nad ich ulepszaniem. Wyjątkiem jest firma Canadian Solar, która ustanowiła rekord sprawności dla pełnowymiarowego ogniwa polikrystalicznego typu N, na poziomie 23,81%.

Oczywiście standardowo, w wersji produkcyjnej sprawność paneli polikrystalicznych w 2021 roku jest zgoła niższa.

Polikrystaliczne panele fotowoltaiczne o najwyższej sprawności produkowane seryjnie

Moduł Sprawność Moc
Q.PEAK DUO L-G6.2 ≥ 19,6% 420 W
Canadian Solar 310P-AG 18,7% 310 W
BLUESUN BSM350P-72 18% 350 W

Panele polikrystaliczne coraz trudniej dostać na polskim rynku. Te, które są dostępne zwykle oferują sprawność na poziomie 16-17%.

Czy sprawność paneli fotowoltaicznych po 10 latach może się zmienić?

Każdy panel fotowoltaiczny ulega degradacji związanej z czasem użytkowania. Wpływ na to ma między innymi starzenie się materiałów, z których został wykonany i związane z tym zjawiskiem ewentualne uszkodzenia modułu. Największe straty, na poziomie 0,35 – 0,8% pojawiają się w pierwszym latach działania instalacji. Jest to zjawisko całkowicie naturalne, powiązane z charakterystyką samego urządzenia.

Producenci określają pewne limity spadków sprawności (i związanej z nią mocy) paneli fotowoltaicznych, w danym okresie czasu. Jest to tzw. gwarancja na liniowy spadek mocy.

Jako przykładem, posłużmy się danymi z karty katalogowej produktu marki Q.Cells.

Sprawność paneli fotowoltaicznych po 10 latach, na przykładzie Q.Cells.

Źródło: q.cells.eu

Standardowo, panele fotowoltaiczne w ciągu pierwszych 10 lat mogą stracić około 8% swojej początkowej sprawności – do poziomu ok. 90-91% (należy bowiem zauważyć, że punktem wyjścia nie jest sprawność na poziomie 100%). Zakładając, że wyjściowa sprawność modułu fotowoltaicznego wynosiłaby 20,01%, po dekadzie spadnie ona do ok. 18% (bo 0,9*20,01 = 18,01%).

Po okresie 25 lat, sprawność i moc paneli standardowo nie powinna być mniejsza niż 80% (85-86% w przypadku produktów lepszej jakości). A zatem, po ćwierć wieku, moduł o początkowej sprawności 20,01% będzie nie powinien nie mniej niż ok. 16% sprawności. W przypadku lepszych modułów, sprawność nie powinna spaść poniżej 17,21% .

Fotowoltaika – Bezpłatne Porównanie Ofert

Kiedy sprawność fotowoltaiki jest ważna?

Choć bez wątpienia, sprawność paneli fotowoltaicznych ma znaczenie, nie zawsze powinna być kryterium decydującym o wyborze.

Tak naprawdę, wysoka sprawność modułu zwykle pozwala uzyskać określoną moc urządzenia, przy stosunkowo niewielkim polu powierzchni. Zwykle, za większą efektywnością idzie też lepsza jakość samego urządzenia (objawiająca się gwarancją produktową). Wszystko to jednak sprawia, że koszt inwestycji jest większy – za technologię i jakość trzeba zapłacić.

A zatem, wysoką efektywność paneli fotowoltaicznych warto brać pod uwagę szczególnie tam, gdzie przestrzeń do instalacji jest ograniczona, a sam montaż i ewentualne późniejsze naprawy są trudniejsze i bardziej kosztowne.

W przypadku mniej wymagających technicznie (naziemnych) lub wielkoobszarowych instalacjach fotowoltaicznych, można zdecydować się na urządzenia niższej sprawności, np. moduły polikrystaliczne. Są one zwykle tańsze, co przyspieszy zwrot z inwestycji, a ewentualne naprawy są łatwiejsze i tańsze.

Sprawność paneli fotowoltaicznych to parametr, od którego zależy m.in. moc modułu i wydajność całej instalacji fotowoltaicznej. Dzięki badaniom, efektywność ogniw fotowoltaicznych rośnie z roku na rok, sprawiając, że fotowoltaika staje coraz bardziej opłacalna. Już na początku 2021 roku sprawność modułów PV sięga 23%, a wiele wskazuje na to, że w niedalekiej przyszłości wynik ten będzie można poprawić.

Informacje o autorze

Emila Biernaciak

Ukończyła Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu. Niespokojny duch, wciąż szukający nowej wiedzy i doświadczeń. Zapalona badaczka zagadnień związanych z finansami, energetyką oraz marketingiem w sieci. Szczera fanka fotowoltaiki i innych ekologicznych rozwiązań, które mogą zmienić świat na lepsze. W wolnym czasie czyta powieści Stephena Kinga i śledzi trendy motoryzacyjne.

Dodaj komentarz
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments