Sprawność paneli fotowoltaicznych - temperatura otoczenia i urządzenia ma znaczenie
Instalacja fotowoltaiczna może zamieniać energią słoneczną w energię elektryczną, dlatego, że ogniwach krzemowych (z których składa się moduł PV) zachodzi tzw. zjawisko fotowoltaiczne. W teorii jest tak, że im więcej słońca, tym więcej energii wyprodukuje zestaw.
I tu, niestety, mamy do czynienia z pewnego rodzaju paradoksem. Większa ilość słońca bardzo często wiąże się bowiem ze wzrostem temperatury. A tej fotowoltaika nie lubi. Dlaczego?
Panele fotowoltaiczne a temperatura powietrza
W teorii, panele fotowoltaiczne, w zależności od modelu i producenta powinny pracować w całkiem szerokim zakresie temperatur, od -70 do nawet 120 stopni Celsjusza. W praktyce, najlepsze efekty osiąga jednak w pewnym wycinku tego zakresu, a konkretnie w przedziale od 20-25 stopni Celsjusza. Zmiana temperatury otoczenia, wpływa na zmianę temperatury samego ogniwa. A to z kolei przekłada się na modyfikację właściwości fizycznych krzemu, z którego jest zbudowany moduł.
Temperatura paneli fotowoltaicznych a ich wydajność
Kiedy rośnie temperatura powietrza, ogniwo się nagrzewa, a znajdujący się w nim krzem traci część swojej zdolności do wchłaniania promieni słonecznych. Oprócz tego też zmienia się m.in. specyfika ruchliwości ładunków i oporów elektrycznych w ogniwie. Wszystko to sprawia, że przy dużej ilości słońca i upałach fotowoltaika wcale nie będzie działała z maksymalną wydajnością. Napięcie będzie spadać, a wraz z nim moc modułów i związane z nią uzyski.
Niskie temperatury pozwalają natomiast ogniwom osiągnąć swoją maksymalną sprawność. Mroźny, słoneczny dzień to zatem doskonały czas do produkcji energii ze słońca - moduł się nie nagrzewa i może efektywnie pracować. Problem z fotowoltaiką zimą jest jednak taki, że w tym okresie do ziemi dociera mniej promieni słonecznych w ogóle.
Współczynniki temperaturowe paneli fotowoltaicznych
Omawiając temat wpływu temperatury na wydajność paneli fotowoltaicznych warto podkreślić, że nie wszystkie urządzenia jednakowo reagują na spadek lub wzrost temperatury otoczenia i temperatury wewnętrznej. Wynika to z faktu zastosowania różnych technologii przez producentów paneli fotowoltaicznych.
To, ile mocy straci nasz panel przy wzroście temperatury, mówi nam tzw. współczynnik temperaturowy mocy. Ogólna zasada jest taka, że im mniejsze są współczynniki temperaturowe paneli fotowoltaicznych, tym wydajniej będą one w stanie działać podczas letnich upałów.
Dane dotyczące współczynnika temperaturowego Pmax, każdy producent modułów powinien umieścić w karcie katalogowej produktu. Ich odczytanie i zrozumienie może jednak nie być proste. Współczynniki temperaturowe paneli fotowoltaiczne mogą być bowiem określane względem różnych warunków pracy, kryjących się pod skrótami STC oraz NOCT.
Współczynniki temperaturowe paneli fotowoltaicznych a STC i NOCT
Panele fotowoltaiczne są projektowane przez różnych producentów, z wykorzystaniem różnych technologii. Aby więc zapewnić klientom możliwość obiektywnego porównywania ich parametrów, przyjęło się, że są one podawane w odniesieniu do standaryzowanych warunków pracy, określanych za pomocą STC lub NOCT.
Współczynniki temperaturowe paneli fotowoltaicznych wg. STC
STC to skrót od Standard Test Conditions, czyli standardowych warunków testowych. Testowanie paneli fotowoltaicznych w warunkach STC zakłada:
- nasłonecznienie na poziomie 1000 W na metr kwadratowy;
- temperaturę ogniwa na poziomie 25 stopni Celsjusza;
- współczynnik grubości atmosfery 1,5 AM;
- brak wiatru.
W przypadku STC, wartość temperaturowego współczynnika mocy panelu fotowoltaicznego (TC Pmax lub jest podawana jako ułamek procenta na stopień Celsjusza (%/⁰C) i odczytuje się go tak, że wraz ze wzrostem temperatury ogniwa o 1⁰C powyżej temperatury testowej, moc panela straci dany ułamek procenta mocy.
Źródło: karta produktowa modułów LONGi LR4-72HPH
W powyższym przypadku, wraz ze wzrostem temperatury ogniwa o 1 stopień Celsjusza ponad temperaturę testową, moc panelu spadnie o 0,35%.
Przy temperaturze otoczenia ok. 40 stopni Celsjusza, moduł jest w stanie rozgrzać się do ok. 70 stopni. A to oznacza spadki w produkcji energii o niemal 16%, bo (70⁰C-25⁰C) x 0,35% =15,75%.
Osiągnięcie tych warunków nie jest proste, bo o ile nasłonecznienie w Polsce faktycznie sięga ok. 1000 W na metr kwadratowy, o tyle temperatura ogniwa na poziomie 25 stopni Celsjusza nie występuje często. Niemniej to właśnie w oparciu o STC najczęściej podawane są kluczowe parametry modułów - np. moc. Aby dać sobie pełniejszy obraz możliwości panelu fotowoltaicznego, warto zwrócić też uwagę na NOCT.
Współczynniki temperaturowe paneli fotowoltaicznych wg. NOCT
NOCT to z kolei skrót od Normal Operating Cell Temperature, czyli temperatury ogniwa w normalnych warunkach pracy. Dla NOCT przyjmuje się:
- nasłonecznienie na poziomie 800 W na metr kwadratowy,
- temperaturę otoczenia (a nie ogniwa!) na poziomie 20 stopni Celsjusza,
- współczynnik grubości atmosfery 1,5 AM;
- wiatr o prędkości 1m/s.
Współczynnik temperaturowy NOCT, inaczej niż współczynnik temperaturowy paneli fotowoltaicznych STC, podaje się w pełnych stopniach Celsjusza. Podana wartość określa jaką temperaturę osiągnie panel, w normalnych warunkach pracy. Im niższy współczynnik temperaturowy paneli fotowoltaicznych NOCT, tym lepiej i wydajniej działa urządzenie w czasie upałów.
Źródło: karta produktowa modułów LG N1C-A5
Przegrzanie paneli fotowoltaicznych - czy jest możliwe?
Zapewne zastanawiacie się teraz czy w przypadku bardzo wysokich temperatur (coraz częściej obserwowanych w Polsce) może wystąpić przegrzanie paneli fotowoltaicznych? I jakie mogą być ewentualne konsekwencje takiej sytuacji?
Zła wiadomość jest taka, że panele fotowoltaiczne faktycznie mogą się przegrzać. Dobra wiadomość jest taka, że skutkiem przegrzania paneli fotowoltaicznych będzie jedynie spadek mocy - nie musicie się zatem obawiać stałych uszkodzeń.
Panele fotowoltaiczne są produkowane i testowane w taki sposób, by było wiadomo, że poradzą sobie z bardzo wysokimi temperaturami. Ostatecznie, 10 największych farm fotowoltaicznych na świecie pracuje w środowisku pustynnym. A zatem, gdy temperatura zewnętrzna spadnie, również wydajność urządzenia powinna wrócić do normy.
Sprawność paneli fotowoltaicznych a temperatura - 3 rady nie na tylko upały
Spadek wydajności paneli fotowoltaicznych przy wzroście temperatury jest zjawiskiem naturalnym, związanym z charakterystyką budowy i pracy krzemowych paneli fotowoltaicznych. Niemniej, błędy popełnione na etapie doboru urządzeń oraz instalacji systemu, mogą sprawić, że straty w produkcji będą większe niż zakładacie. Na co zwracać uwagę w kontekście sprawności paneli fotowoltaicznych i temperatury?
- Jakość paneli - jak już wspominaliśmy, różne panele w różny sposób radzą sobie z temperaturami. Znaczenie ma m.in. jakość krzemu, ale poszczególnych elementów samego urządzenia. By upały nie ograniczyły znacząco naszej produkcji z fotowoltaiki, koniecznie zwracajmy uwagę na wspomniane już wcześniej współczynniki temperaturowe paneli fotowoltaicznych.
- Dobra wentylacja - to podstawa, w przypadku unikania strat produkcji przy wzroście temperatury. Naszym największym sprzymierzeńcem jest wiatr, który doskonale chłodzi pracujące moduły - szczególnie, gdy mowa o fotowoltaice na gruncie. Fotowoltaika na dachu musi z kolei być zamontowana z uwzględnieniem przerw pozwalających na cyrkulację powietrza.
- Unikaj zacienień i zabrudzeń - wysoka temperatura otoczenia nie jest w stanie doprowadzić do uszkodzenia do modułów fotowoltaicznych. Wysoka temperatura ogniwa, wywołana np. zacienieniem lub zabrudzeniem części modułu już tak. Gdy ogniwo jest zabrudzone lub zacienione przez dłuższy czas, nie produkuje energii, ale pobiera ją z otaczających je ogniw. To prowadzi do ponadnormatywnego wzrostu temperatury i powstania tzw. hot-spotów, które mają wpływ na wydajność modułu.
