Co wpływa na obniżenie wydajności fotowoltaiki?
Jednym z podstawowych aspektów do rozważenia przez przyszłego użytkownika instalacji fotowoltaicznej, jest analiza czynników, które będą miały wpływ na jej wydajność. Sytuacja każdego inwestora jest kwestią indywidualną, choćby przez położenie geograficzne docelowego miejsca, w którym zamontowane będą panele fotowoltaiczne. Inwestycja w instalację pozyskują energię słoneczną powinna zacząć się zwracać w ciągu kilku lat od uruchomienia systemu. Warunkiem jest tu oczywiście poprawnie wykonany audyt energetyczny budynku i dobranie odpowiednich podzespołów, takich jak same ogniwa, czy inwerter, inaczej zwany falownikiem. Celem zapewnienia sobie pożądanego uzysku energii z instalacji, jej przyszły użytkownik powinien wziąć pod uwagę to, jakie czynniki mogą wpływać na powstawanie strat w tym obszarze. Należą do nich między innymi:
kąt nachylenia dachu i kierunek ekspozycji - w zależności od rodzaju nieruchomości i projektu wykonawczego, poszycie dachowe budynku może mieć określony kąt nachylenia lub znajdować się równolegle do podłoża. Optymalnym kątem nachylenia dachu dla instalacji fotowoltaicznej jest kąt 30 stopni. Każda inna wartość będzie powodowała pewne utraty w uzysku energii. Nie bez znaczenia pozostaje również ukierunkowanie dachu względem stron świata. Panele zamontowane z wystawą południową będą dużo bardziej wydajne niż te skierowane np. na zachód.
rodzaj zastosowanych paneli - właściwy dobór paneli fotowoltaicznych jest jedną z kluczowych kwestii w aspekcie opłacalności systemu. Na mniejszych powierzchniach instalacji lepiej sprawdzą się panele monokrystaliczne, na większych polikrystaliczne. Nie bez znaczenia będzie też doświadczenie producenta modułów. Im bardziej renomowana firma, tym większa szansa na wysoką jakość produkowanych przez nią paneli. Przy wyborze warto sprawdzić ranking paneli fotowoltaicznych 2022.
stopień zacienienia - zważywszy na to, że fotowoltaika opiera się na pozyskiwaniu energii słonecznej, cień urasta do miana największego wroga jej wydajności. Do tej kategorii zaliczane są dobowe i roczne zmiany nasłonecznienia, a także naturalne oraz konstrukcyjne przesłony generujące zacienienie paneli. Mogą to być po prostu drzewa, ale także słupy, kominy, anteny itp. Choć coraz więcej mówi się na temat fotowoltaiki w cieniu, to jeszcze przyjdzie nam poczekać na popularyzację tego typu rozwiązań.
inwerter i przewody - czynnikami, które mogą mieć znaczenie w kontekście utraty uzysku z energii słonecznej, są takie podzespoły stosowane w instalacjach fotowoltaicznych, jak inwertery (falowniki) oraz użyte przewody. Straty energii mogą wynosić w tym przypadku łącznie do ok. 10 proc., szczególnie, jeśli podczas montażu instalacji wystąpiły błędy w dopasowaniu prądowym. Skąd wynikają starty na inwerterach i przewodach? Podczas przetwarzania energii, jej część zamieniana jest w ciepło i w ten sposób tracona. Można to zjawisko zminimalizować poprzez wybór profesjonalnej firmy fotowoltaicznej oraz dobrej jakości podzespołów.
zanieczyszczenia powietrza - chyba najmniej intensywnie komunikowanym czynnikiem, mającym bezpośredni wpływ na straty w wydajności systemów fotowoltaicznych są ich zanieczyszczenia. Mowa tu nie tylko o zabrudzeniach w postaci liści, czy ptasich odchodów, ale także o tych pochodzących ze smogu. Zanieczyszczenie powietrza w polskich miastach od lat przekracza dopuszczalne normy i może być znaczącym aspektem w kontekście skutecznego pozyskiwania energii słonecznej.
Zanieczyszczenie powietrza a fotowoltaika - przykład z Indii
Już kilka lat temu naukowcy z Indii i USA postanowili zbadać wpływ zanieczyszczeń powietrza, czyli tzw. smogu na wydajność paneli fotowoltaicznych. Miejscem tych badań zostały właśnie Indie, które w ostatnim czasie zainwestowały miliardy dolarów w pozyskiwanie energii słonecznej. Podyktowane jest to między innymi zobowiązaniem Indii do pozyskiwania 40 proc. energii ze źródeł odnawialnych do końca 2030 roku. Niestety kraj ten pozostaje jednym z najbardziej zanieczyszczonych regionów na ziemi i to właśnie ten aspekt wpłynął na decyzję naukowców o zbadaniu wpływu smogu na efektywność działania instalacji fotowoltaicznych. Pod uwagę wzięto przede wszystkim cząstki PM2,5 oraz PM10, występujące w powietrzu zarówno przez produkty spalania w elektrowniach węglowych, jak również przez spaliny samochodowe.
Obniżenie efektywności instalacji nawet o 30 proc.!
Największa farma fotowoltaiczna w Indiach składa się z 2,5 miliona paneli słonecznych. Przeprowadzone przez naukowców badania wykazały, że straty w uzysku energii spowodowane smogiem w całych Indiach mogą wynosić obecnie ok. 3900 MW, co daje wartość sześciokrotnie przewyższającą łączną moc wspomnianej wyżej farmy. Obliczono zatem, że średnia utrata wydajności instalacji fotowoltaicznych w Indiach mieści się w przedziale od 17 do 25 procent. Okazuje się jednak, że w samym Dehli efektywność paneli może wzrastać okresowo nawet do 30 proc.! Wynika to oczywiście z faktu, iż stolica Indii pozostaje jednym z najbardziej zaludnionych miast świata i co za tym idzie, metropolią o bardzo złej jakości powietrza. Biorąc pod uwagę środki, jakie pochłania inwestowanie w montaż instalacji fotowoltaicznych, tak duże straty w uzysku energii mogą sprawić, że opłacalność tego typu przedsięwzięć stanie pod znakiem zapytania. Co więcej, badania przeprowadzone w Chinach wykazały, że w rejonach największego nagromadzenia smogu, ma on podobny wpływ na wydajność fotowoltaiki, co naturalne zachmurzenie mobilizujące się w ostatnich miesiącach roku:
Źródło: earthobservatory.nasa.gov
Inwestorzy decydujący się na zakup i montaż paneli słonecznych, zwykle analizują tę decyzję pod kątem czynników mogących wpływać na jej wydajność. Nawet kilkuprocentowe straty powodują bowiem obniżenie rentowności inwestycji. Jeżeli jednak wziąć pod uwagę choćby o 15 procent niższą wartość uzysku energetycznego niż zakładana, to na zwrot z przedsięwzięcia trzeba będzie poczekać znacznie dłużej, a samo zapotrzebowanie gospodarstwa na energię nie zostanie zaspokojone w pożądanym stopniu. Wówczas nawet dofinansowanie do fotowoltaiki, bądź inne formy wsparcia mogą okazać się niewystarczające do kompensacji powstałych strat. Widać zatem, jak znaczący wpływ na opłacalność pozyskiwania energii słonecznej ma zanieczyszczenie powietrza powodujące osiadanie pyłów na ogniwach.
Dlaczego smog jest gorszy niż inne zanieczyszczenia?
Smog, jako czynnik wpływający na wydajność instalacji fotowoltaicznej ma jeszcze jedną negatywną cechę charakterystyczną dla tego rodzaju zanieczyszczenia. Przeprowadzone badania i testy wykazały bowiem, że w kontekście efektywności fotowoltaiki, jest on bardziej uporczywym czynnikiem niż inne, popularne formy zanieczyszczeń, takie jak pyły, piasek czy kurz.
Smog oprócz 92 proc. pyłów zawiera także zanieczyszczenia pochodzenia węglowego i jonowego. Oznacza to, że dużo trudniej jest je usunąć z powierzchni paneli fotowoltaicznych.
Doświadczenia zebrane na farmach fotowoltaicznych działających na terenie pustyni wykazały, że do usunięcia piasku nagromadzonego po burzach na ogniwach słonecznych, wystarczy odpowiednio skalibrowany system wycieraczek. Niestety, pozbycie się zanieczyszczeń smogowych wymaga najczęściej użycia specjalistycznych środków oraz większej dokładności. W dużych aglomeracjach problem ten będzie się nasilał, gdyż problemem nie są tam jedynie spaliny samochodowe, ale także produkty spalania z elektrowni węglowych, zakładów przemysłowych, czy duszące związki uwalniające się wskutek pożarów wysypisk śmieci.
Jak ograniczyć wpływ smogu na fotowoltaikę?
Zależność pomiędzy występowaniem smogu a wydajnością instalacji fotowoltaicznych, wydaje się być błędnym kołem. Rozwój pozyskiwania “zielonej energii” podyktowany jest działaniami na rzecz poprawy jakości powietrza na świecie, a obecny poziom jego zanieczyszczenia może skutecznie niweczyć te starania. Trzeba sobie jednak jasno powiedzieć, że jedynym słusznym kierunkiem w walce ze smogiem jest ciągły wzrost popularności instalacji fotowoltaicznych i innych odnawialnych źródeł energii. Warto wspomnieć, że na rynku pojawiają się także firmy, które profesjonalnie zajmują się usuwaniem zanieczyszczeń z instalacji fotowoltaicznych i warto korzystać z ich usług. Dlaczego? Ponieważ samodzielne i zbyt częste czyszczenie paneli słonecznych może mieć destrukcyjny wpływ na ich konstrukcję.
Kolejną nadzieją na ograniczenie wpływu smogu na fotowoltaikę jest popularyzacja modułów pokrytych warstwą specjalnego preparatu, który zapobiega gromadzeniu się na ogniwach cząsteczek smogu. Co ciekawe, nie jest to pieśń przyszłości, gdyż chińscy producenci już kilka lat temu zaczęli wprowadzać na rynek tego typu panele. Pozostaje jedynie poczekać na upowszechnienie się tego typu rozwiązań na polskim rynku.
Czy rozwój fotowoltaiki zostanie zahamowany przez smog?
Biorąc pod uwagę wciąż rosnący udział energii pozyskiwanej ze Słońca w gospodarkach energetycznych państw europejskich i światowych, nie sposób wnioskować, że zależność fotowoltaika a smog będzie miała ogromne znaczenie w dalszym rozwoju branży. Wprowadzane nowe rozwiązania z zakresu paneli odpornych na zanieczyszczenia węglowe czy jonowe, pozwalają tym optymistyczniej patrzeć w przyszłość pozyskiwania energii słonecznej. Ogniwa, na których pyły nie będą osiadały tak chętnie, są nadzieją dla sytuacji, w których smog powoduje milionowe straty w przemyśle fotowoltaicznym. Warto także pamiętać, że upowszechnianie odnawialnych źródeł energii jest przede wszystkim ogromną korzyścią dla środowiska naturalnego i ludzkiego zdrowia. Każdego roku na świecie umierają przedwcześnie miliony ludzi zmagających się ze schorzeniami wywołanymi przez smog. Choćby z tej przyczyny rozwój fotowoltaiki nie może zostać zahamowany, czy to przez zanieczyszczenia powietrza, czy też z innych przyczyn.
