Co to jest sprawność paneli fotowoltaicznych?
Sprawność paneli fotowoltaicznych (znana też jako efektywność paneli fotowoltaicznych) to parametr, który określa stosunek użytecznej ilości energii elektrycznej produkowanej przez panele do energii słonecznej docierającej do modułu. W prostych słowach, sprawność panelu fotowoltaicznego informuje Was o tym, ile energii słonecznej moduł będzie w stanie przetworzyć na prąd.
Sprawność modułu fotowoltaicznego jest podawana w procentach i jest wypadkową wielu czynników. W kartach katalogowych sprawność jest podawana dla standaryzowanych warunków STC (brak wiatru, temperatura modułu 25 stopni Celsjusza, promieniowanie 1000 W/m2).
Od czego zależy sprawność paneli fotowoltaicznych?
Wspominaliśmy już, że sprawnośc paneli fotowoltaicznych uzależniona jest od kilku czynników zewnętrznych, które omówimy poniżej.
Typ i jakość ogniw
Różne rodzaje paneli fotowoltaicznych inaczej radzą sobie z przekształcaniem promieniowania słonecznego na energię. Innymi słowy rodzaj paneli fotowoltaicznych bezpośrednio przekłada się na ich sprawność.
Źródło: nrel.gov
Najsprawniejsze, seryjnie produkowane panele fotowoltaiczne to panele monokrystaliczne. Ich efektywność sięga zwykle od ok. 19% do 24%. Sprawność paneli polikrystalicznych zwykle wynosi od około 16% do 20%. W przypadku sprawności cienkowarstwowych paneli fotowoltaicznych mamy do czynienia z bardzo dużą rozbieżnością. Efektywność tego typu modułów waha się bowiem od ok. 6% (amorficzne krzemowe panele PV) do nawet 38% (moduły GaAs z koncentratorem). Sprawność cienkowarstwowych modułów PV dostępnych szerzej na rynku nie przekracza 17%.
Różnice w wynikach osiąganych w ramach danej kategorii modułów wynikają głównie z zastosowanych technologii produkcji.
Temperatura
Sprawność paneli fotowoltaicznych maleje wraz ze wzrostem temperatury otoczenia, która wpływa na temperaturę pracy ogniw i ich wydajność. Dla większości paneli wzrost temperatury o 1°C powyżej standardowych warunków testowych STC powoduje spadek sprawności o ok. 0,3% do 0,5%. Oznacza to, że w gorących warunkach letnich panele mogą działać mniej efektywnie niż w chłodniejsze dni.
Potrzebujesz dowiedzieć się więcej? Koniecznie zajrzyj tu: Sprawność paneli fotowoltaicznych a temperatura - to musisz wiedzieć!
Pora roku
Wiedząc jaki wpływ na panele ma temperarura, nie trudno się domyśleć, że sprawność paneli fotowoltaicznych w ciągu roku będzie się zmieniać.
Tu jednak ciekawostka: wbrew pozorom, sprawność paneli fotowoltaicznych zimą może być większa niż latem. Dzieje się tak, ponieważ panele działają efektywniej w niższych temperaturach, co zmniejsza straty energetyczne wynikające z przegrzewania się ogniw. Z drugiej jednak strony, krótszy dzień i mniejsza ilość promieni słonecznych docierających do paneli sprawia, że wydajność instalacji PV w okresach zimowych niestety nie powala.
Szerzej na ten temat pisaliśmy w artykule: Fotowoltaika zimą - jaka jest wydajność? Jak przebiega montaż?
Czas użytkowania paneli
Sprawność paneli fotowoltaicznych spada wraz z upływem czasu ich pracy. Jest to zjawisko całkowicie naturalne, związane m.in. ze starzeniem się materiałów, z których został wykonany moduł. Największe straty, na poziomie 0,35 – 0,8% pojawiają się w pierwszym latach działania instalacji. 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. Dla większości modułów, szacowany czas wysokiej sprawności (na poziomie ponad 80% mocy wyściowej) wynosi 25 lat. Produkty wysokiej jakości powinny zachować ponad 80% wyjściowych parametrów nawet po 30 latach.
Jak sprawdzić sprawność paneli fotowoltaicznych?
Wspominaliśmy już, że efektywność paneli fotowoltaicznych to parametr, który znajdziemy w każdej karcie katalogowej. Jest ona jednak podana dla laboratoryjnych warunków (STC), które nie zdarzają się często. Dlatego, jeśli chcemy sprawdzić, jaką sprawność osiągnie nasz moduł w aktualnych warunkach, możemy wykorzystać wzór na sprawność paneli fotowoltaicznych.
S = M / Pp x 100%
Gdzie,
S = sprawność modułu,
M = moc modułu PV (w kW),
Pp = pole powierzchni (w m2)
Wyjaśnijmy to na przykładzie. Korzystając z monitoringu instalacji fotowoltaicznej ustaliłam, że aktualna moc modułu wynosi 295 W. Daje to 0,295 kW. Jednocześnie z karty katalogowej wiem, że wymiary panelu to 1,855 m na 1,029 m. Pole powierzchni wynosi więc 1,908795 m2. Aktualna sprawność modułu wynosi zatem w przybliżeniu 15,45%. Dla porównania, nominalna sprawność dla STC według karty katalogowej to 21,22%.
Sprawność a wydajność paneli fotowoltaicznych - różnice
Różnica między sprawnością a wydajnością paneli fotowoltaicznych jest subtelna, ale istotna:
- Sprawność paneli fotowoltaicznych to wskaźnik teoretyczny i laboratoryjny, pokazujący, jak efektywnie panele przekształcają dostarczone im światło słoneczne w prąd elektryczny. Sprawność jest parametrem, który nie zmienia się dynamicznie i zależy głównie od technologii produkcji paneli i materiałów, z których są wykonane.
- Wydajność paneli fotowoltaicznych odnosi się do rzeczywistej ilości energii elektrycznej, jaką panele wytwarzają w określonym czasie, w określonych warunkach. Wydajność zależy od wielu czynników zewnętrznych, takich jak nasłonecznienie, kąt nachylenia paneli, temperatura, zacienienie, pora roku, a nawet zabrudzenie paneli. wskaźnik praktyczny, który określa rzeczywistą ilość energii elektrycznej produkowaną przez panele w warunkach rzeczywistego użytkowania.
Podsumowując, sprawność to miara efektywności konwersji energii słonecznej w energię elektryczną, podczas gdy wydajność to rzeczywista ilość energii produkowanej przez panele w określonym czasie i warunkach.
Ile wynosi sprawność paneli fotowoltaicznych po 10 latach?
Standardowo, panele fotowoltaiczne w ciągu pierwszych 10 lat mogą stracić około 8% swojej początkowej sprawności i mocy – 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 mieć mniej niż ok. 16% sprawności. W przypadku lepszych modułów, sprawność nie powinna spaść poniżej 17,21% .
Sprawność i wydajność paneli fotowoltaicznych a STC i NOCT
Parametry paneli fotowoltaicznych, takie jak sprawność i wydajność paneli fotowoltaicznych są ściśle związane z warunkami, w jakich są one testowane i eksploatowane. W kontekście oceny paneli fotowoltaicznych kluczowe do zrozumienia są pojęcia STC (Standard Test Conditions) i NOCT (Nominal Operating Cell Temperature).
STC (Standard Test Conditions)
Sprawność paneli fotowoltaicznych, którą znajdziecie w kartach katalogowych jest najczęściej podawana na podstawie pomiarów wykonanych w warunkach standardowych (STC). STC to ustalone warunki laboratoryjne, które obejmują:
- Natężenie promieniowania słonecznego: 1000 W/m²
- Temperatura ogniwa: 25°C
- Masa powietrza: 1,5 AM (Air Mass, co odnosi się do kąta padania światła słonecznego)
W tych warunkach panele osiągają swoją maksymalną teoretyczną sprawność. W rzeczywistych warunkach użytkowania panele rzadko pracują w takich idealnych warunkach, dlatego rzeczywista wydajność może się różnić.
NOCT (Nominal Operating Cell Temperature)
Wydajność paneli fotowoltaicznych w rzeczywistych warunkach bardziej odzwierciedla parametry mierzone według NOCT. NOCT określa typowe warunki, w jakich panel pracuje w normalnym środowisku zewnętrznym, a obejmują one:
- Natężenie promieniowania słonecznego: 800 W/m²
- Temperatura otoczenia: 20°C
- Prędkość wiatru: 1 m/s
- Temperatura ogniwa: Przeciętnie 45°C
NOCT jest bardziej realistycznym wskaźnikiem rzeczywistej pracy panelu, ponieważ uwzględnia efekty takie jak np. nagrzewanie się paneli w słońcu. W praktyce, w warunkach NOCT panele będą miały niższą wydajność w porównaniu do wartości podawanych przy STC.
