Gdy nadchodzi gorące lato, takie jak w tym roku, to jednocześnie w wielu gospodarstwach domowych wzrasta zużycie energii elektrycznej. Dotyczy to również prądu wyprodukowanego za pomocą paneli fotowoltaicznych, dzięki któremu można zasilać np. klimatyzację w gorący, słoneczny dzień.
Jednak nie zawsze produkcja energii zaspokaja zapotrzebowanie na nią, bo wydajność paneli PV w letnim upale spada i nie pracują tak, jak w słoneczny, lecz chłodniejszy dzień wczesną wiosną, przykładowo w kwietniu lub w marcu.
Dlatego powinieneś dowiedzieć się więcej, jak wysoka temperatura sprawia, że fotowoltaika działa gorzej, chociaż warunki wydają się optymalne. Dowiesz się również, w jaki sposób upał wpływa negatywnie na poszczególne elementy instalacji, moduły słoneczne, falownik czy okablowanie i w jaki sposób je przed nim chronić.
Co zapewnia optymalną wydajność paneli fotowoltaicznych? Światło czy ciepło?
Zrozumienie, dlaczego w upalne dni następuje spadek wydajności i sprawności paneli fotowoltaicznych, wymaga poznania zasady ich działania. Produkcja prądu przez panele słoneczne odbywa się z wykorzystaniem zjawiska fotowoltaicznego.
Reagują na promieniowanie słoneczne, fotony (cząstki światła) uderzające w ich krzemową powierzchnie, czego efektem jest wybicie elektronów, które wprawione w ruch, wytwarzają energię elektryczną, prąd stały.
Temperatura nie ma więc tu żadnego znaczenia, a panele fotowoltaiczne produkują energię nawet ze światła rozproszonego, gdy słońce zasłaniają chmury. Idealne byłyby warunki, gdy temperatura oscylowałaby wokół 0°C i mielibyśmy cały czas bezchmurne niebo.
W rzeczywistości letnie słońce operuje bardzo ostro, podgrzewając powierzchnię paneli nawet dp 60-80 stopni Celsjusza i w tym momencie nie mamy co liczyć na ich wysoką wydajność.
Jak wzrost temperatury wpływa na pracę i sprawność paneli fotowoltaicznych?
Decydują o tym przed wszystkim właściwości fizyczne krzemu, zmieniające się niekorzystnie w podgrzewającym je pełnym słońcu. Jednoczesne działanie promieni słonecznych wraz ze wzrostem temperatury sprawia, że elektrony w krzemie stają się bardziej ruchliwe od ciepła, a nie pod wpływem światła. Opisuje to wzór:
P = U x I
gdzie P to moc, U to napięcie, a I natężenie
Ciepło powoduje zmniejszenie napięcia (U), jakie dane ogniwo jest w stanie wytworzyć, a z jednoczesnym spadkiem mocy panelu (P), efektywności i wydajności całej instalacji. Natężenie prądu (I) co prawda nieco wzrasta, lecz nie jest w stanie zrekompensować o wiele większego spadku napięcia.
Współczynnik temperaturowy – czym jest i co opisuje?
Dlatego w karcie katalogowej panelu PV jest opisany tzw. współczynnik temperaturowy mocy (Pmax), podawany w procentach na stopień Celsjusza (% / °C).
Panele przechodzą standardowe testy laboratoryjne (tzw. STC – Standard Test Conditions), przy temperaturze ogniwa wynoszącej 25°C. Każdy stopień wzrostu temperatury powoduje spadek wydajności o wartość określoną w specyfikacji.
W przypadku większości obecnie produkowanych paneli waha się od -0.30% do -0.45% na każdy stopień Celsjusza.
Poznaj nasze rozwiązania fotowoltaiki dla domów
Jak to działa w praktyce?
Powiedzmy, że zamontowałeś na dachu panele mające współczynnik temperaturowy -0.35%/°C. Ich powierzchnia zostanie wystawiona na długi czas ekspozycji na słońce w lipcowy dzień i nagrzeje się aż do 65°C, co oznacza:
- różnicę temperatury względem warunków testowych wynoszącą 40°C (65°C – 25°C = 40°C);
- spadek wydajności wynoszący 14% (40 x 0,35% = 14%).
Musisz się więc liczyć z tym, że spadek mocy fotowoltaiki o nominalnej mocy 10 kWp wywołany wysoką temperaturą wyniesie 1,4 kW.
Które inne elementy instalacji fotowoltaicznej pracują gorzej z powodu upału?
Produkcja energii elektrycznej przez Twoją instalację PV spada w upalne dni także w wyniku zakłóceń pracy innych komponentów wchodzących w jej skład. Niestety może się to przekładać na wzrost wysokości rachunków z prąd pobierany z sieci energetycznej, aby uzupełnić ewentualne niedobory.
W lecie występuje nie tylko zjawisko przegrzewania się modułów PV, tak samo na wysoką temperaturę są narażone inne elementy osprzętu, między innymi takie jak:
Inwerter (falownik)
Nie bez powodu nazywany „mózgiem” całej instalacji, odpowiedzialny za konwersję prądu stałego (AC) w prąd zmienny (DC). Wiosną, jesienią czy zimą nie ma przeważnie problemów z jego pracą, lecz gdy temperatura sięga 30 i więcej stopni Celsjusza, to może mieć trudności z odprowadzaniem ciepła.
Na szczęście nowoczesne inwertery są fabrycznie zabezpieczane przed przegrzaniem, a zapewnia to m.in. derating, czyli redukcja mocy znamionowej urządzenia. System czujników reaguje na wzrost temperatury pracy, obniżając wydajność pracy urządzenia.
Zaczyna on działać z mniejszą wydajnością, lecz niestety oznacza to jednocześnie zmniejszoną produkcję prądu.
Złącza MC4 i okablowanie fotowoltaiki
Dużą uwagę przed sezonem letnim powinieneś poświęcić prawidłowemu doborowi i montażowi złącz MC4, łączących ze sobą poszczególne panele. Wybieraj złącza spełniające wszystkie normy jakościowe, z klasą wodoszczelności i odporności IP67 lub IP 68.
Powinny też być odporne na silne natężenie promieniowania słonecznego i nie ulegać degradacji pod jego wpływem. Sprawdź, czy zostały mocno zaciśnięte i nie uległy poluzowaniu w wyniku ciągłego nagrzewania się i stygnięcia, co grozi powstaniem łuku elektrycznego i nawet pożarem instalacji.
W jaki sposób skutecznie chronić fotowoltaikę latem?
Wydaje się, że instalacji fotowoltaicznych zamontowanych np. na dachu nie da się zabezpieczyć przed nadmierną ilością promieniowania słonecznego oddziałującego w upalne dni. Oczywiście nie masz żadnego wpływu na temperaturę powietrza, lecz na to, jak sobie z nim poradzi Twoja instalacja już tak.
Zadbaj przede wszystkim o takie aspekty jak:
1. Swobodny przepływ powietrza
Co musisz zapewnić już na etapie projektowania systemu pozyskiwania energii ze słońca. Podczas montażu paneli dopilnuj, aby nie dotykały bezpośrednio powierzchni dachu, zwłaszcza szybko nagrzewającej się blachodachówki.
Pomiędzy nimi powinna być co najmniej 10-centymetrowa szczelina umożliwiająca przepływ powietrza i chłodzenie paneli. Powstaje wtedy tzw. efekt kominowy, zasysanie od dołu zimnego powietrza, co pozwoli znacznie obniżyć temperaturę ogniw, nawet o kilkanaście stopni.
2. Właściwy montaż inwertera
Kolejna kwestia mogąca decydować o tym, że instalacja będzie pracować z najwyższą wydajnością nawet w upał. Falownik powinieneś zamontować w przewiewnym miejscu, o dobrej cyrkulacji powietrza, najlepiej w zacienionym garażu, piwnicy, lub kotłowni położonych przy północnej ścianie budynku.
Zdecydowanie odradzamy montaż na nieużytkowych poddaszach, często nieocieplonych, gdzie temperatura latem może przekraczać 50°C, co może nieodwracalnie uszkodzić urządzenie.
3. Dobór odpowiednich komponentów i montaż instalacji PV
Kupując niezbędny osprzęt w renomowanej firmie, możesz liczyć na fachowe doradztwo w jego doborze. Będą to przede wszystkim panele o niskim współczynniku temperaturowym w granicach w -0,35% / °C. Eksperci pomogą także w wyborze okablowania i wspomnianych złączy MC4, odpornych na niskie temperatury.
Zadbają również o właściwy magazyn energii umożliwiający gromadzenie nadwyżek energii z fotowoltaiki. Możesz także liczyć na profesjonalny montaż, a dzięki temu wszystkiemu mniej odczujesz spadek efektywności paneli.
Jednocześnie pamiętaj, że najgorszym, co możesz zrobić, jest polewanie rozgrzanych ogniw zimną wodą, chociażby w celu usunięcia kurzu. W ten sposób wywołasz szok termiczny i doprowadzisz do pęknięcia szkła chroniącego panele, a nawet do mikropęknięć samego krzemu.
Sprawdź ofertę fotowoltaiki w Kielcach
