Wydajność fotowoltaiki w Polsce. Co na nią wpływa?
Zanim przejdziemy do sprawdzenia, jak wygląda wydajność fotowoltaiki w ciągu roku, warto określić na początku, co należy rozumieć przez wydajność fotowoltaiki?
Wydajność instalacji fotowoltaicznej (fotowoltaiki) to pojęcie, które określa współczynnik energii wyprodukowanej przez fotowoltaikę z określonej ilości promieni słonecznych, w określonym czasie i przy zachowaniu pewnych warunków pracy.
Innymi słowy, wydajność fotowoltaiki określa, ile energii wyprodukują dla Ciebie Twoje panele fotowoltaiczne, w zależności od sytuacji.
Często szacuje się, że 1 kWp instalacji fotowoltaicznej, w ciągu roku wyprodukuje ok. 1000 kWh energii.
Jest to jednak spore uproszczenie, bo na wydajność fotowoltaiki ma wpływ wiele czynników. Jakich?
Nasłonecznienie a wydajność fotowoltaiki w ciągu roku
Pierwszym niezwykle ważnym kryterium decydującym o wydajności fotowoltaiki w ciągu roku i ogólnie, jest tzw. nasłonecznienie. Pojęcie to określa natężenie (ilość) promieniowania słonecznego, która dociera na określoną powierzchnią w zadanym czasie. Jednostką miary w tym przypadku jest zatem kWh/m². Ilość energii określana jest zwykle w ujęciu rocznym.
W całej Polsce nasłonecznienie nie jest idealnie równomierne, choć wartości są porównywalne i oscylują w granicach 950 - 1160 kWh/m² na rok. Najlepiej pod tym względem wypada Polska południowa i południowo-wschodnia. Na uzysk nie powinni jednak narzekać również mieszkańcy Polski centralnej oraz wschodniej.
Źródło: SolarGIS
Co ciekawe, mitem jest przekonanie, że panele fotowoltaiczne lubią wysoką temperaturę i bardzo dużą ilość słońca. Wysoka temperatura zdecydowanie negatywnie wpływa na wydajność tych urządzeń, prowadząc do ich przegrzewania. Z kolei nadmierne natężenie promieniowania słonecznego, wywołują tzw. zjawisko LID (Light Induced Degradation), którego efektem jest szybsza degradacja paneli fotowoltaicznych w czasie.
Poziom nasłonecznienia może być różny, nie tylko ze względu na lokalizację geograficzną, ale również ze względu na porę roku. Wszystko zależy bowiem od długości dnia, z którą wiąże się czas ekspozycji modułów na promieniowanie słoneczne.
Zimą dzień trwa zaledwie ok. 7-8 godzin, wiosną 12-15 godzin, latem ponad 16 godzin, a jesienią znów ok. 10-12 godzin. Im dzień krótszy, tym mniej słońca trafi do instalacji i tym mniej wydajniej będzie ona pracować.
Sprawność i moc modułów
Nie da się ukryć, że urządzenia wchodzące w skład instalacji fotowoltaicznej mają ogromny wpływ na jej możliwości produkcyjnej. Zasada ta w szczególności zaś dotyczy paneli fotowoltaicznych i ich parametrów decydujących o wydajności. Pierwszym z nich jest sprawność - rozumiana jako procentowy stosunek wyprodukowanej energii elektrycznej do otrzymanej energii słonecznej. Obecnie, najlepsze seryjnie produkowane moduły osiągają sprawność na poziomie 22%. Oznacza to, że standaryzowanych warunkach (STC - przy 25°C i przy braku wiatru), będą w stanie przetworzyć ok. 22% otrzymanej energii z uwzględnieniem wielkości panela.
Dla przykładu, moduł o powierzchni 1,8 m2 o sprawności 21,7% w nasłonecznieniu ok. 800 W/m2/h wyprodukuje ok. 0,312 kWh energii.
Alternatywnie można skorzystać z parametru jakim jest moc panela fotowoltaicznego. Określa on, ile energii wyprodukuje moduł w warunkach STC. Jeśli producent określa, że moc nominalna panela wynosi 375 W, to znaczy, że wygeneruje on tyle energii przy stałym nasłonecznieniu, w danych czasie.
Kąt nachylenia i orientacja paneli względem południa
Ogromne znaczenie dla wydajności instalacji ma też sposób ich umieszczenia, a konkretnie kąt nachylenia względem podłoża oraz skierowanie względem południa.
Zasadniczo, idealnie ustawione panele fotowoltaiczne to takie, które są nachylone pod kątem ok. 35-38° oraz skierowane wprost na południe.
Dzięki temu, są one w stanie produkować więcej energii, niż instalacje niezoptymalizowane pod tym względem. Dla przykładu, moduły ustawione idealnie w kierunku południa, nachylone pod kątem 60° osiągnęłyby ok. 93% swojej maksymalnej sprawności. Ustawione pod tym samym kątem, ale skierowane na wschód osiągnęłyby już jedynie 76% swojej maksymalnej wydajności.
Zacienienie i zabrudzenie
Wszystko to, co w jakikolwiek zasłania powierzchnię panelu - a zatem np. liście, gruba warstwa śniegu, ptasie odchody, osadzony pył czy padający cień, obniżają możliwości produkcyjne fotowoltaiki, a tym samym jej wydajność w ciągu roku.
Dla instalacji wyjątkowo niebezpieczny jest cień, nawet ten padający na moduły tylko przez jakiś czas, w określonej porze dnia lub pory roku. Taka sytuacja jest w stanie doprowadzić do zaniku mocy w module. Zasłonięte ogniwa zaczynają wówczas działać jak odbiornik mocy - pobierając moc z okolicznych ogniw. Co gorsza, element nagrzewa się do wysokich temperatur, co z kolei może prowadzić do pojawienia się tzw. hot-spotów i uszkodzenia modułu. By tego unikać, producenci stosują tzw. diody bocznikujące, które odłączają zacienione ogniwo.
Również kurz czy śnieg negatywnie wpływają na wydajność fotowoltaiki w ciągu roku. W jaki sposób? Warstwa osadu uniemożliwia po prostu docieranie promieni słonecznych do wnętrza urządzenia, gdzie zachodzi proces produkcji energii. Dlatego niekiedy konieczne może okazać mycie paneli fotowoltaicznych.
Straty w systemie fotowoltaicznym a wydajność fotowoltaiki
Przetwarzanie i przesyłanie energii elektrycznej zawsze wiąże się z pewnymi stratami. Pojawiają się one w różnych obszarach instalacji, np.:
- w przewodach - straty na przewodach stanowią ok. 1% wszystkich strat;
- w falowniku - to urządzenie generuje ok. 3-7% całkowitych strat;
- w modułach - starty związane z temperaturą: ok. 4-8%, ze względu na niskie promieniowanie - ok. 1-3%, zabrudzenie ok. 1%,
- w diodach bocznikujących - ok. 0,5% strat.
Wpływ na wielkość strat mają też m.in. błędy montażowe czy niedopasowanie prądowe modułów. Dlatego też tak ważny jest właściwy dobór firmy instalacyjnej. Jeśli szukasz najlepszej - sprawdź nasz ranking firm fotowoltaicznych.
Ogólnie rzecz ujmując, współczynnik wydajności (określający ogólny poziom tych strat) na poziomie ok. 88% oznacza, że instalacja jest zoptymalizowana pod każdym możliwym względem. Przy słabych podzespołach i wykonaniu, współczynnik też może sięgnąć ok. 70-75%.
Wydajność fotowoltaiki w ciągu roku w Polsce - przykład
Przejdźmy teraz do ustalenia, jak wygląda wydajność fotowoltaiki w ciągu roku. W tym celu, posłużymy się przykładem przeciętnej instalacji fotowoltaicznej on-grid:
- o mocy ok. 6 kWp,
- wykonanej z użyciem modułów z krzemu krystalicznego,
- ze współczynnikiem wydajności ok. 85%,
- zamontowanej na dachu o nachyleniu 39°, z delikatnym odchyleniem od południa (ok. 2° na wschód).
Źródło: re.jrc.ec.europa.eu
Łączny, roczny uzysk dla tak zoptymalizowanej instalacji fotowoltaicznej wynosi aż 5935 kWh energii rocznie. Taka ilość energii zaspokoiłaby zapotrzebowanie na energię dla 5 osobowej rodziny i ograniczyłaby emisję dwutlenku węgla o blisko 5 ton rocznie. Taka ilość energii wyprodukowanej ze Słońca to również oszczędności na rachunku sięgające ok. 3.300 zł!
Jak z pewnością zauważyliście, produkcja energii różni się, w zależności od miesięcy i pory roku. Najlepiej jest oczywiście wiosną i latem,- na ten okres przypada aż 80% całkowitego uzysku z instalacji fotowoltaicznej. Jak widać na wykresie, a wbrew obiegowej opinii, fotowoltaika zimą również pracuje, choć jej wydajność w tym okresie jest znacznie mniejsza.
Produkcja energii z fotowoltaiki w poszczególnych miesiącach
Jak zatem wygląda produkcja energii z fotowoltaiki w poszczególnych miesiącach? Przyjrzyjmy się uzyskom za dany miesiąc w odniesieniu do przeciętnego nasłonecznienia w danym miesiącu, posiłkując się danymi za 2016 rok.
Styczeń - Czerwiec
Dla instalacji z naszego przykładu, całkowity miesięczny uzysk w styczniu wynosi ok. 161,5 kWh. Ze względu na ograniczoną dostępność słońca, cała ta energia powstaje w godzinach od ok. 08:00 do 15:00. W lutym, ilość wyprodukowanej energii zwiększa się o ok. 60% do ok. 239 kWh. W marcu produkcja energii z fotowoltaiki osiąga wartość blisko trzykrotnie większą niż w styczniu (ok. 473 kWh), w kwietniu natomiast, wydajność fotowoltaiki jest już ponad czterokrotnie większa (ok. 700 kWh). W maju i czerwcu ilości uzyskiwanej energii normują się, a różnice w produkcji są nieznaczne (odpowiednio 753 kWh i 755 kWh). Czerwiec to miesiąc w największą w ciągu roku produkcją energii.
Źródło: re.jrc.ec.europa.eu
Zmiany te są efektem zmian w nasłonecznieniu, które zachodzą w ciągu poszczególnych miesięcy.
Źródło: re.jrc.ec.europa.eu
Lipiec - Grudzień
Już od lipca, ilość słońca docierającego do paneli zaczyna się zmniejszać, co przekłada się na ilość uzyskiwanej energii. Mimo tego, w lipcu instalacja fotowoltaiczna o mocy ok. 6 kWp wciąż jest w stanie wyprodukować ok. 740 kWh energii. Sierpień, pod tym względem przypomina maj z wynikiem ok. 705 kWh. Od września produkcja energii zaczyna skokowo maleć - dokładnie odwrotnie jak miało to miejsce w miesiącach wiosennych.
Źródło: re.jrc.ec.europa.eu
Zjawisko to ponownie to łatwo powiązać z malejącą dostępnością promieni słonecznych jesienią i zimą.
Źródło: re.jrc.ec.europa.eu
Wydajność fotowoltaiki w ciągu roku - Polska a kraje UE
A jak wydajność naszej przykładowej instalacji fotowoltaicznej wyglądałaby w innych krajach europejskich? Wstępną odpowiedź na te pytania może przynieść mapa nasłonecznienia Europy.
Źródło: SolarGIS
Wydajność fotowoltaiki w ciągu roku - Niemcy
W przypadku naszego zachodniego sąsiada, średnioroczny uzysk instalacji fotowoltaicznej o mocy 6 kWp wyniósłby ok. 5670 kWh, czyli prawie. 300 kWh mniej niż w Polsce! Nie przeszkadza to jednak Niemcom w zdobywaniu (niemal co roku) tytułu lidera przyrostu mocy PV w Europie.
Źródło: re.jrc.ec.europa.eu
Wydajność fotowoltaiki w ciągu roku - Hiszpania
Zarówno polskie jak i niemieckie wyniki osiągane przez instalacje fotowoltaiczne nie mogą jednak rywalizować z wydajnością fotowoltaiki w Hiszpanii. Roczny uzysk z instalacji o mocy ok. 6 kWh sięga tam ponad 9000 kWh energii rocznie. Inwestycja w fotowoltaikę dla domu czy firmy jest zatem w tym kraju wyjątkowo opłacalna. Głównie ze względu na zbliżoną produkcję energii w poszczególnych miesiącach.
Źródło: re.jrc.ec.europa.eu
Jak obliczyć wydajność paneli fotowoltaicznych?
Wielu obecnych i przyszłych właścicieli instalacji fotowoltaicznej chcących kontrolować pracę swojej instalacji, może zastanawiać się, jak można obliczyć wydajność paneli fotowoltaicznych?
Istnieje na to specjalny wzór,
gdzie:
Nasłonecznienie to nasłonecznienie horyzontalne odczytane z map,
WK - współczynnik korekcyjny odczytywany ze specjalnej tabeli,
Moc - to nominalna moc modułów zgodna z STC
WW - współczynnik wydajności instalacji,
Natężenie promieniowania STC - wynoszące 1000 W/m2, czyli 1 kW/m2
Szukanie i ręczne przeliczanie tych danych to nie lada zadanie, które może odpowiadać jedynie największym entuzjastom fotowoltaiki. Dobra wiadomość jest taka, że w praktyce rzadko kiedy trzeba sięgać po ten wzór. Większość wiodących instalatorów w Polsce, wraz z samą fotowoltaiką, dostarcza swoim klientom specjalne oprogramowanie do śledzenia wydajności fotowoltaiki w ciągu roku. Dzięki temu mają oni pełne dane na temat produkcji energii, bezpośrednio na swoim telefonie lub komputerze.
Jak wydajność fotowoltaiki w ciągu roku wpływa na wysokość Twoich rachunków?
Choć stwierdzenie to może wydać się Wam kontrowersyjne, dla inwestorów w Polsce, różnice w wydajności fotowoltaiki w ciągu roku, tak naprawdę nie powinny większego znaczenia. Dlaczego? Ze względu na net-metering.
Instalacja fotowoltaiczna latem zwykle produkuje tyle energii, że nie może ona być w całości skonsumowana na bieżące zapotrzebowanie domu czy firmy. Powstałe nadwyżki prądu, dzięki wspomnianemu już net-meteringowi, mogą być odprowadzane do sieci, a następnie pobierane w okresach mniejszej wydajności instalacji. Zgodnie z prawem odebrać można:
- 80% nadprodukcji - jeśli została ona wyprodukowana przez instalację o mocy do 10 kWp,
- 70% nadprodukcji - jeśli została ona wytworzona przez instalację o mocy do 50 kWp.
Instalację fotowoltaiczną można dobrać w taki sposób, by uwzględniając różnice między ilością wyprodukowanej energii w poszczególnych miesiącach oraz straty wynikające z magazynowania energii w sieci, w całości pokrywała nasze zapotrzebowanie na energię. W efekcie, nasze wydatki na energię mogą zmaleć niemal do zera.
Pisze Pani ,że przy rocznym rozliczeniu opłaty abonamentowe bedą niższe ale jeśli cena 1 KWh zmieni się w roku kilka razy z tendencją wzrostową to wyjdziemy na tym jak Zabłocki na mydle..
Witam tak czytam te artykuły i oczom nie wierzę instalacja 6 kw wyprodukuję wam 6000kw rocznie ja mam 9.45 kw i w tym roku jak dobrze pójdzie to może ustykam z 5000 kWh . I chciałbym zauważyć że oprócz tego że mam to wszystko Energa bierze 20 % to co miesiąc otrzymuje opłaty stałe w wysokości ok 100 zł??
Złuzywam 4500 kw rocznie wyprodukuje 6000kw 30 procent zabiera siec za darmo. Kupuje zestaw za 30000 zl . Kiedy sie zwroci zestaw jak produkcja pradu pokrywa sie z złużyciem?
Dobry artykuł, warto jednak zwracać baczniejszą uwagę na jednostki i nie mylić ich. W opisie produkcji energii w okresie styczeń-czerwiec pojawiły się jednostki kWh/m2, co oczywiście jest błędem.
Po zmianach nad jakimi rząd obecnie pracuje, fotowoltaika nie zwróci się nigdy. Ja mam 10 kW na gruncie i już myślę o rozbiórce tego. Wolę sobie w tym miejscu posadzić pomidory niż oddawać prąd za 25 groszy a kupować za około 75 groszy. W tym kraju rząd zawsze okradnie obywateli, nie łudźcie się że będzie inaczej.
Mądry artykuł,jedynie nie zgodzę się z podanych oszczędności za energię przy instalacji 6 kw…przy produkcji rocznej niespełna 6000 i cenie produ G11 oszczędność nie będzie wynosić 4200 a raczej 3800…i co najbardziej mnie razi pominięto prowizje 20%dla zakładu energetycznego…zakładając autokonsumpcje 30% to 70% z6000 wpompowane w sieć pomniejsz się nam o 840 ×0.63 =530 czyli tak naprawdę z 6kw zaoszczędzimy na rachunkach 3300.
Rzeczowy artykuł. Dziękuję.