Wykorzystanie ekologicznych, odnawialnych źródeł energii (OZE) do produkcji prądu elektrycznego cieszy się w naszym kraju dużą popularnością. Na dachach wielu budynków, prywatnych, firmowych, czy użyteczności publicznej, widzimy charakterystyczne panele fotowoltaiczne pozwalające uzyskać energię elektryczną z promieniowania słonecznego.
Nazywa się je potocznie panelami słonecznymi i jest to najważniejszy element wydajnej instalacji PV. Ich pracę określa wiele parametrów a jednym z najważniejszych jest sprawność ogniw fotowoltaicznych, o której warto dowiedzieć się więcej.
Jak definiujemy sprawność paneli fotowoltaicznych i od czego zależy?
Pojęcie sprawności można zamiennie nazywać efektywnością modułów fotowoltaicznych. Mówiąc krótko, panele o najwyższym współczynniku sprawności są w stanie wyprodukować największą ilość kilowatogodzin (kWh) z jednego ich metra kwadratowego.
Sprawność paneli w instalacji fotowoltaicznej zależy od wielu zróżnicowanych czynników, spośród których najważniejsze, wskazywane przez ekspertów, jakie trzeba wziąć pod uwagę, to:
Parametry techniczne modułów:
- rodzaj materiału, z jakiego je wyprodukowano i użyta technologia produkcji paneli, a najwyższą efektywność mają moduły monokrystaliczne
- wielkość modułów i złożonej z nich instalacji, im jest większa, tym więcej energii można wyprodukować;
- wysokiej jakości połączenia z instalacją fotowoltaiczną minimalizujące straty energii podczas jej przepływu;
- zastosowanie powłoki antyrefleksyjnej korzystnie wpływającej na absorpcję światła.
Sposób montażu paneli:
- wybranie właściwego kierunku ustawienia, najlepiej na południe;
- dobranie optymalnego kąta nachylenia paneli, zróżnicowanego w zależności od wysokości słońca w różnych porach roku;
- lokalizacja instalacji w miejscu o największym nasłonecznieniu.
Lokalne warunki atmosferyczne:
- temperatura otoczenia, najlepiej, aby była maksymalnie do 25 stopni, warto pamiętać, że sprawność paneli maleje wraz ze wzrostem temperatury, przy wysokiej temperaturze powietrza stają się mniej efektywne;
- natężenie promieniowania słonecznego, im większe, tym lepiej i uda się wyprodukować większe ilości energii elektrycznej z jednego modułu;
- pora roku, a sprawność paneli fotowoltaicznych w zimie jest niższa niż np. latem lub na wiosnę, kiedy słońce dłużej świeci w ciągu dnia.
Na sprawność i moc instalacji PV negatywny wpływ mają również zanieczyszczenia powierzchni paneli, dlatego należy pamiętać o regularnym czyszczeniu paneli, czym powinna się zająć specjalizująca się w tym firma. Warto również właściwie dobrać poszczególne komponenty systemu, wybierając najwyższej jakości okablowanie czy falowniki.
W jaki sposób można sprawdzić sprawność paneli PV?
Efektywność paneli podana w instrukcji obsługi, czyli sprawność nominalna, może różnić się od rzeczywistej. Ta w instrukcji jest obliczana i podawana dla optymalnych warunków STC (Standard Test Conditions). Panele są poddawane w laboratorium promieniowaniu słonecznemu 1000 W/m2 w temperaturze 25°C.
Często są też przeprowadzane pomiary w warunkach NOCT (Nominal Operating Cell Temperature), bardziej zbliżonych do rzeczywistych, gdzie natężenie promieniowania słonecznego wynosi 800 W/m2, temperatura otoczenia 20 stopni, wiatr 1 m/s, a temperatura ogniwa to 45 stopni.
W rzeczywistości jednak warunki pracy fotowoltaiki znacznie różnią się od tych laboratoryjnych, np. temperatura może być wyższa lub niższa niż 20 lub 25 stopni. Dlatego warto samemu sprawdzić, jaką sprawność osiągną moduły w aktualnych warunkach, używając do tego prostego wzoru:
S = M / Pp x 100%
w którym:
- S oznacza sprawność modułu;
- M to moc modułu PV wyrażana w kW;
- Pp to pole powierzchni modułów w m2.
Aby obliczyć efektywność paneli fotowoltaicznych będzie nam dodatkowo potrzebny specjalny program służący do monitoringu instalacji PV pozwalający ustalić parametr M, czyli moc modułu.
Sprawdź także: Fotowoltaika w Skarżysku Kamiennej
Ile może wynosić sprawność paneli fotowoltaicznych po 10 latach?
Panele słoneczne, tak jak inne elementy wchodzące w skład całej instalacji PV, ulegają stopniowemu zużyciu, co odbija się również na ich sprawności. Proces ten zależy od wielu czynników, między innymi przestrzegania zasad eksploatacji i konserwacji modułów, czy warunków atmosferycznych, w jakich są użytkowane.
Prowadzone w tej kwestii badania wykazały, że już po pierwszych 10 latach spadek sprawności może sięgać około 8 procent, czyli panele będą miały sprawność na poziomie 90-91 procent wartości początkowej.
Wynika jednak z tego, że nadal będą mogły produkować odpowiednie ilości prądu przetrzymywane w magazynie energii. Jednak wraz z postępem lat sprawność będzie coraz niższa, osiągając po 25 latach średnią wartość 80 procent.
Czy sprawność paneli fotowoltaicznych w zimie spada?
Skoro ten ważny parametr przekłada się wprost na ilość produkowanej z ich pomocą energii, to wiele osób zadaje sobie pytanie, jak zimowy spadek temperatury wpływa na sprawność paneli fotowoltaicznych. Odpowiedź może ty być naprawdę zaskakująca, bo w przypadku paneli PV niska temperatura sprzyja ich pracy.
Oczywiście w miesiącach zimowych wydajność pracy paneli PV może ulec obniżeniu, lecz zawsze można liczyć na produkcję prądu w bezśnieżne dni. Warto także rozważyć inwestycję w magazyn energii, pozwalający gromadzić jej nadmiar w celu późniejszego wykorzystania. Jeśli zaś odprowadziliśmy nadmiar energii wyprodukowanej wiosną i latem do sieci energetycznej, to zima jest dobrym okresem, aby ją odebrać.
Jakie znaczenie ma wysoka sprawność instalacji fotowoltaicznej?
Znaczenia zachowania jak najwyższej sprawności paneli i co za tym idzie, całej instalacji, nie powinno się lekceważyć. Dzięki temu panele bardziej efektywnie przetwarzają energię pochodzącą ze Słońca w prąd elektryczny, co pozwala wyprodukować go więcej i zredukować wysokość płaconych rachunków.
Pozostałe, niemniej istotne aspekty znaczenia wysokiej sprawności modułów słonecznych, to:
- większa produkcja energii z każdego metra kwadratowego instalacji;
- szybki zwrot inwestycji w panele i pozostałe elementy wydajnego systemu fotowoltaicznego;
- lepsze wykorzystanie dostępnej powierzchni, jaką chcemy przeznaczyć na instalację słoneczną;
- większa wydajność pracy paneli w trudnych warunkach, atmosferycznych lub słabego nasłonecznienia;
- wyższa efektywność energetyczna, co przekłada się nie tylko na produkcję większych ilości energii, ale i jej mniejsze straty.
