Producenci modułów fotowoltaicznych przy produkcji analizują i biorą pod uwagę wiele czynników atmosferycznych występujących na całym świecie, dlatego panele umożliwiają pracę w bardzo szerokim zakresie temperatur: od -40℃, aż do 85℃. Jednakże takie deklaracje nie gwarantują, że panele w każdych warunkach będą zachowywały się tak samo. Ich sprawność jest uzależniona również od temperatury i będzie się różniła w zależności od warunków pogodowych.
Temperatura panująca na zewnątrz ma bezpośredni wpływ na zwiększenie temperatury paneli fotowoltaicznych, co w konsekwencji sprawia, że wydajność paneli fotowoltaicznych spada. Zatem im niższa temperatura powietrza, tym wyższa jest ich efektywność. Dzieje się tak dlatego, że pod wpływem intensywnego nagrzewania przez promienie słoneczne oraz wysokiej temperatury powietrza krzem pełniący rolę półprzewodnika nagrzewa się, co prowadzi do spadku napięcia modułów.
Krzem pod wpływem temperatury zmienia swoje właściwości, m. in.:
• ruchliwość ładunków elektrycznych,
• zmiana współczynnika absorpcji promieniowania,
• zmiana rezystancji półprzewodnika,
które mają bezpośredni wpływ na ilość wytwarzanej energii z racji niższej efektywności absorpcji światła.
To dlaczego panele fotowoltaiczne produkują mniej prądu zimą niż latem?
Wynika to z dyspozycji większej ilości światła latem, jednak ze względu na niższą temperaturę panele fotowoltaiczne lepiej wykorzystują dostarczaną energię ze słońca.
Optymalne warunki pracy paneli fotowoltaicznych
Głównym parametrem określającym moc paneli fotowoltaicznych jest ich moc nominalna. Jest to jednostka wyrażona w Wp (Watopiki), którą określa się dla konkretnych warunków.
• Nasłonecznienie – 800 W/m2
• Temperatura otoczenia – 20℃ (temperatura ogniwa wynosi wtedy ok. 45℃)
• Prędkość wiatru – 1m/s
• Współczynnik grubości warstwy atmosfery – 1,5 AM
Należy pamiętać jednak, że średnie nasłonecznienie w Polsce wynosi 1000 W/m2, dlatego w dalszej części artykułu przyjmujemy wartość stałego natężenia promieniowania słonecznego dostosowanego do warunków panujących w kraju.
Jak wpływ warunków pogodowych na panele fotowoltaiczne wygląda w praktyce?
Procentowy spadek mocy w przypadku wzrostu temperatury wyraża temperaturowy współczynnik mocy.
Zmiana temperatury paneli fotowoltaicznych wpływa na wydajność prądową oraz napięcia obwodu otwartego.
Wpływ temperatury otoczenia (Tot) na prąd zwarcia (ISC) paneli fotowoltaicznych został wyrażony na rysunku z lewej strony.
Zakładając stałe natężenie promieniowania słonecznego (G0=1000 W/m2) wpływ temperatury otoczenia na napięcie obwodu modułu fotowoltaicznego ma znaczenie. Wzrost temperatury sprawia, że napięcie obwodu otwartego spada. Współczynnik procentowy temperatury w przypadku analizowanego modułu wynosi -0,359%/℃. Na wykresie prezentuje się to następująco:
Wzrost temperatury przy obniżeniu wartości napięcia obwodu otwartego jest istotnym powodem obniżenia mocy modułu fotowoltaicznego, natomiast spadek temperatury otoczenia jej zwiększenie. Moc ogniw przy ujemnych temperaturach przekracza wartości nominalne.
Jak wygląda procentowy spadek efektywności modułu fotowoltaicznego?
Wykres obrazuje wpływ temperatury na moc maksymalną modułu fotowoltaicznego wyrażoną w Watach P (W).
Badany moduł charakteryzował się liniowym spadkiem mocy na poziomie 0,597W/℃
Spadek mocy modułu obniża sprawność modułu oraz wartość współczynnika wypełnienia FF. Procentowo wyrażona wartość sprawności ogniw wynosi 0,066%/℃, zatem różnica w sprawności paneli fotowoltaicznych badanego między temperaturą wynoszącą od -40℃ do 50℃ to 5,86%.
Jak w takim razie obniżyć temperaturę paneli fotowoltaicznych?
Przede wszystkim należy zacząć od wyboru odpowiednich paneli fotowoltaicznych, których współczynnik strat temperaturowych jest jak najniższy. Dobre ogniwa fotowoltaiczne charakteryzują się Pmax mniejszym niż 0.42%/℃. Niższy współczynnik oznacza mniejsze straty związane z temperaturą.
Do obniżenia temperatury można wykorzystać zraszacze, które obniżają temperaturę za pomocą wody. Jednak wiąże się to z wadami, m. in. Wykorzystanie energii elektrycznej do zasilenia pompy, utrata wody, dodatkowe koszta instalacji chłodzenia.
Ciepło generowane przez panele fotowoltaiczne można również wykorzystać do ogrzewania CWU (ciepłej wody użytkowej). Zamiast inwestować w dwie instalacje – fotowoltaiczną i kolektory słoneczne – można zainstalować kolektory hybrydowe. Nadmiar ciepła usuwany jest z paneli fotowoltaicznych, skąd trafia do instalacji centralnego ogrzewania. Kolejną zaletą jest mniejsza powierzchnia kolektorów w stosunku do innych rozwiązań. Jednak ich wadą jest mniejsza izolacja cieplna w stosunku do tradycyjnych kolektorów słonecznych oraz cena, która jest wyższa niż w przypadku tradycyjnych paneli fotowoltaicznych.
Podsumowując
Panele fotowoltaiczne nie przepadają za wysoką temperaturą. Wzrost temperatury sprawia, że wydajność instalacji spada. Czy znacząco? To pozostawiam Waszej ocenie.
Słowniczek:
Napięcie obwodu otwartego Voc (ang. Open Circuit voltage) – maksymalne napięcie jakie może uzyskać panel fotowoltaiczny przy braku przepływu prądu (0 A)
Prąd zwarcia Isc (z ang. Short Circuit Current) – maksymalne możliwe natężenie prądu wyrażane w Amperach [A] w przypadku zwarcia – napięcie 0 V.
Współczynnik wypełnienia FF (z ang. fill factor) – Współczynnik procentowy wyrażający stosunek uzyskanej rzeczywistej energii z ogniw do mocy przy maksymalnym napięciu [V] i natężeniu [A]. Parametr często wykorzystywany do porównywania klasy jakościowej ogniw fotowoltaicznych. Im wyższy współczynnik, tym lepiej.
Przedmiotem konkursu jest wybór do dofinansowania projektów realizowanych w ramach Działania 5.1 Energetyka oparta na odnawialnych źródłach energii, Osi Priorytetowej Read more
Wybrać instalację on-grid, czy off-grid? Wiele przyszłych prosumentów zadaje sobie to pytanie. O ile powszechnie implementowanym systemem jest on grid, Read more
W Polsce jest już ponad 470 tys. prosumentów produkujących energię elektryczną na własny użytek w mikroinstalacjach fotowoltaicznych. Wielu z nich Read more
Według nowych badań szklarnie wyposażone w półprzezroczyste ogniwa słoneczne mogą generować energię elektryczną bez wpływu na wzrost i zdrowie rosnących Read more