W Electrum budujemy farmy solarne, a wysoka sprawność paneli fotowoltaicznych to jeden z istotnych czynników wpływających na opłacalność inwestycji (zaraz obok kosztów instalacji, lokalizacji i efektywnego zarządzania energią).
Ale co właściwie oznacza, że panele PV są sprawne? Jak obliczyć ich sprawność, od czego zależą spadki wydajności i w jakich warunkach wydajność może wzrastać? Zapraszamy do lektury naszego poradnika, w którym odkryjemy tajniki efektywności paneli fotowoltaicznych.
Co to jest sprawność paneli fotowoltaicznych?
Sprawność paneli fotowoltaicznych to miara ich zdolności do przekształcania energii słonecznej w energię elektryczną. Wyrażana jest jako procent energii słonecznej docierającej do powierzchni panelu, która zostaje przekształcona w prąd użytkowy.
Mówiąc inaczej, sprawność fotowoltaiki oznacza jaka część energii słonecznej padającej na panele PV jest przekształcana w energię elektryczną. Zamiennie możemy powiedzieć efektywność lub wydajność modułów fotowoltaicznych.
Jak ją obliczyć? Jak sprawdzić sprawność paneli fotowoltaicznych?
Żeby obliczyć sprawność fotowoltaiki można skorzystać z prostego wzoru. Należy najpierw posiąść takie dane, jak:
- Moc wyjściowa – ilość energii elektrycznej generowanej przez panel. Przykładowo panel 400 W oznacza, że przy idealnych warunkach dostarczy maksymalnie 400 W mocy. Do obliczeń sprawności paneli PV używa się mocy nominalnej (w idealnych warunkach testowych) lub rzeczywistej (jeśli mierzymy ją w realnych warunkach).
- Moc promieniowania – energia promieniowania słonecznego docierająca do powierzchni ziemi. W typowych warunkach testowych (STC) wynosi 1000 W/m².
- Powierzchnia panelu – fizyczny obszar panelu fotowoltaicznego, przez który przechodzi promieniowanie.
Wskaźnik STC i PTC
Na arenie międzynarodowej ustalono warunki pomiaru wydajności instalacji fotowoltaicznej.
W kontekście paneli fotowoltaicznych wskaźnik STC (Standard Test Conditions) oznacza Standardowe Warunki Testowe, które są międzynarodowo ustalonymi warunkami, w jakich przebiega określanie sprawności paneli fotowoltaicznych. Dzięki temu możliwe jest porównywanie parametrów różnych paneli w identycznych warunkach.
Warunki PTC (ang. PVUSA Test Conditions) z kolei to warunki testowe, które starają się uwzględnić czynniki, które mają miejsce w prawdziwym środowisku operacyjnym danego systemu fotowoltaicznego.
Sprawność paneli fotowoltaicznych wzór:
Sprawność wyrażona w % = Moc wyjściowa (W): Moc promieniowania słonecznego (W/m2) x powierzchnia panelu (m2)
Przykładowo, moc panelu fotowoltaicznego wynosi 550 W, jego powierzchnia 2,6 m² (np. panel o wymiarach ok. 2,2 m × 1,2 m), a natężenie promieniowania słonecznego 1000 W/m².
Podstawiając dane do wzoru otrzymamy wynik 21,15%.
Dokładniejsze dane i monitoring paneli
Efektywność paneli fotowoltaicznych można weryfikować przy pomocy dedykowanych programów do monitoringu. Przykładem może być tutaj system do zarządzania aktywami energetycznymi EMACS (zarówno wielkoskalowymi, jak i takimi o mocy do 1 MW).
Pozwala on:
- śledzić produkcję energii z paneli w czasie rzeczywistym,
- analizować wydajność / efektywność paneli historycznie,
- optymalizować pracę systemu i wykrywać nieprawidłowości w instalacjach fotowoltaicznych.
Czy wiesz, że…
Na farmach wielkoskalowych koszty pracy, okablowania, konstrukcji wsporczych i inwerterów są częściowo związane z liczbą paneli. Stosowanie mocniejszych paneli zmniejsza liczbę modułów potrzebnych do osiągnięcia danej mocy, co może obniżać koszty instalacji i utrzymania farmy fotowoltaicznej
Być może zainteresuje Cię również artykuł: Monitoring farm fotowoltaicznych I Co warto wiedzieć?
W jakich warunkach wydajność paneli słonecznych może wzrastać? 5 sytuacji
Zanim przejdziemy do omówienia spadków w sprawności paneli, sprawdźmy, w jakich sytuacjach może one wzrastać:
- mocne słońce i niewysoka temperatura – chłodniejszy, ale słoneczny dzień to moment wysokiej efektywności, ponieważ bardzo wysoka temperatura zwiększa oporność elektryczną i może obniżać sprawność.
- wykorzystanie odbicia światła – panele bifacjalne mogą wykorzystać odbite światło od jasnych powierzchni (np. śniegu), co w konsekwencji może zwiększyć uzysk energii o kilka a nawet o kilkanaście procent. Światło może odbić się także od wody, co wykorzystuje tzw. fotowoltaika na wodzie
- czyszczenie instalacji – jeśli panele były zabrudzone, po oczyszczeniu ilość generowanej energii może wzrastać, zwłaszcza w regionach o wyższym zapyleniu.
- efekt wiatru – farmy fotowoltaiczne znajdujące się w wietrznych regionach mogą być bardziej efektywne, ponieważ naturalna cyrkulacja powietrza obniża temperaturę paneli.
- użycie trackerów solarnych – trackery śledzą ruch słońca, co pozwala zwiększyć uzysk energii nawet o 25–40% w porównaniu do paneli zamontowanych na stałe. Więcej na ten temat dowiesz się z artykułu: Electrum zrealizuje jeden z największych projektów fotowoltaicznych w Polsce z wykorzystaniem trackerów solarnych
Efekt temperaturowy
Warto dodać, że pojęcie efekt temperaturowy jest ściśle powiązane ze sprawnością modułów PV. Wbrew intuicji, wyższa temperatura nie oznacza efektywniejszego działania. Każdy panel ma tzw. współczynnik temperaturowy (np. -0,3%/°C do -0,5%/°C), który określa, o ile spada jego moc przy wzroście temperatury o 1°C powyżej 25°C (standardowej temperatury testowej – STC). W związku z tym produkcja energii elektrycznej w ziemie może być efektywna.
Rodzaje paneli fotowoltaicznych a ich reakcja na temperaturę w kontekście sprawności
| Typ panelu | Współczynnik temperaturowy (Pmpp) | Odporność na wysoką temperaturę | Opis |
|---|---|---|---|
| Monokrystaliczne PERC | -0,35%/°C do -0,45%/°C | 🟠 Średnia | Standardowe panele PV, ulepszona technologia PERC poprawia sprawność i obniża koszty. |
| Monokrystaliczne N-type (TOPCon, HJT) | -0,25%/°C do -0,35%/°C | 🟢 Wysoka | Bardziej zaawansowane wersje paneli krzemowych, lepsza sprawność i dłuższa żywotność. |
| Bifacjalne (TOPCon, HJT) | -0,26%/°C do -0,35%/°C | 🟢 Wysoka | Panele dwustronne, które generują energię z obu stron, zwiększając uzysk o 5–20%. |
| Amorficzne (thin-film, CdTe) | -0,20%/°C do -0,25%/°C | 🟢 Bardzo wysoka | Panele cienkowarstwowe, lekkie i elastyczne, dobrze sprawdzają się w upalnych warunkach. |
Zależnie od miejsca montażu paneli fotowoltaicznych, podejmuje się decyzję o typie modułów. Przykładowo, technologia ogniw PERC jest dobrym wyborem, jeśli priorytetem jest niska cena i dobra wydajność w umiarkowanym klimacie.
Przeczytaj też: Jak wybrać najlepszą lokalizację do budowy farmy fotowoltaicznej?
Kiedy następuje spadek wydajności paneli fotowoltaicznych i jak sobie z nim radzić?
Spadek sprawności i ograniczone działanie paneli fotowoltaicznych mogą wynikać z:
- zanieczyszczenia powierzchni – ogranicza to ilość światła, które dociera do paneli. Regularne czyszczenia fotowoltaiki pozwala usunąć kurz i inne zabrudzenia. Więcej na ten temat przeczytasz tutaj: Konserwacja paneli fotowoltaicznych
- przegrzewania się – szczególnie można to zaobserwować w gorącym klimacie,
- starzenia się – sprawność paneli fotowoltaicznych po 10 latach użytkowania może się obniżyć (należy zweryfikować przewidywane spadki w czasie u producenta),
- zacienienia – nawet jeden panel zasłonięty częściowo przez cień (drzewa, komina, anteny, budynki) może powodować spadek wydajności instalacji, dlatego tak ważny jest profesjonalny i świetnie przemyślany projekt farmy fotowoltaicznej
- błędnego ustawienie paneli – niewłaściwy kąt nachylenia modułów albo nieprawidłowy kierunek, mogą okazać się problematyczne. Więcej na ten temat przeczytasz w obszernym poradniku Jaki jest optymalny kąt nachylenia paneli fotowoltaicznych? Polska i świat
Efekt smużki
Efekt smużki (ang. „mismatch effect” lub „hot spot effect”) to zjawisko, które może wystąpić w instalacjach fotowoltaicznych i wpływać na spadek sprawności paneli.
Jest to efekt związany z nierównomiernym działaniem poszczególnych modułów w ramach jednej instalacji, który może prowadzić do nadmiernego przegrzewania się części paneli, a w skrajnych przypadkach nawet do ich uszkodzenia.
Dlatego tak ważne jest regularne monitorowanie pracy całego systemu fotowoltaicznego, które pozwala szybko wykryć panele działające gorzej niż reszta, co umożliwia ich sprawną naprawę lub wymianę.
Sprawność instalacji fotowoltaicznych i często zadawane pytania:
Jaka jest standardowa sprawność paneli fotowoltaicznych w Polsce?
Standardowa sprawność paneli fotowoltaicznych w Polsce wynosi średnio 15-25%. Jest ona uzależniona od technologii panelu.
Jak zmienia się sprawność paneli fotowoltaicznych w zimie?
Zimą sprawność paneli może wzrosnąć, ponieważ niższa temperatura otoczenia sprzyja ich wydajności. Jednakże mniejsza ilość promieniowania słonecznego i krótszy dzień powodują, że całkowita produkcja energii jest niższa.
Co oznacza nominalna sprawność? A co rzeczywista sprawność?
Nominalna sprawność to teoretyczna wydajność panelu przy standardowych warunkach testowych (STC).
Rzeczywista sprawność to wydajność panelu w realnych warunkach panujących w danej lokalizacji, uwzględniająca takie czynniki jak temperatura, nasłonecznienie i kąt nachylenia.
Mówiąc inaczej, moc nominalna to maksymalna moc, jaką panel może wygenerować w idealnych warunkach testowych (STC). Moc szczytowa to maksymalna moc, którą panel może osiągnąć w warunkach rzeczywistych.
Jaka jest sprawność paneli polikrystalicznych w porównaniu do innych typów?
Sprawność paneli polikrystalicznych wynosi zazwyczaj od ok. 15% do 18%, co jest niższe w porównaniu do paneli monokrystalicznych (ok. 20-23%). Panele polikrystaliczne są tańsze, ale mniej efektywne w konwersji energii słonecznej.
Na czym polega technologia ogniw IBC i PERC?
Ogniwa IBC (Interdigitated Back Contact) mają wszystkie kontakty elektryczne na tylnej stronie ogniwa, co zwiększa efektywność i zmniejsza straty. PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) to technologia, która polega na zastosowaniu specjalnej warstwy na tylnej stronie ogniwa, co poprawia wydajność poprzez redukcję strat energii.
Co poradzić na przegrzewanie paneli fotowoltaicznych?
Aby zapobiec przegrzewaniu, należy zapewnić odpowiednią wentylację paneli oraz zamontować je pod odpowiednim kątem, co umożliwia lepszy przepływ powietrza. Zastosowanie systemów chłodzenia aktywnego lub pasywnego może pomóc w utrzymaniu optymalnej temperatury.
Co zrobić, kiedy następuje spadek sprawności?
W przypadku spadku sprawności należy przeprowadzić inspekcję systemu, która wykryje uszkodzenia lub zanieczyszczenia na panelach.
Co to współczynnik strat temperaturowych Pmax?
Współczynnik strat temperaturowych Pmax określa, o ile procent spada moc panelu fotowoltaicznego na każdy stopień wzrostu temperatury powyżej 25°C. Wartość ta wynosi zwykle od -0,3%/°C do -0,5%/°C.
Czym są warunki NOCT?
NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) to temperatura, w jakiej ogniwo fotowoltaiczne osiąga nominalną moc przy rzeczywistych warunkach pracy, takich jak temperatura otoczenia 20°C, nasłonecznienie 800 W/m² i lekki wiatr. Wskaźnik ten jest używany do oceny efektywności paneli w warunkach rzeczywistych.
Na czym polega chłodzenie paneli fotowoltaicznych?
Chłodzenie paneli fotowoltaicznych polega na zapewnieniu odpowiedniej wentylacji wokół paneli lub zastosowaniu aktywnych systemów chłodzenia, które obniżają temperaturę paneli, poprawiając ich wydajność i zapobiegając przegrzewaniu.
Co to są panele z krzemu amorficznego?
Panele z krzemu amorficznego to cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne, które mają niższą sprawność (około 6-10%), ale są tańsze w produkcji i elastyczne, co pozwala na ich zastosowanie na różnych powierzchniach, np. na dachach czy pojazdach.
Jak przebiega nowoczesne czyszczenie paneli fotowoltaicznych?
Nowoczesne czyszczenie paneli fotowoltaicznych obejmuje użycie specjalistycznych urządzeń, takich jak roboty czyszczące, które usuwają kurz i zanieczyszczenia, a także stosowanie specjalnych środków czyszczących lub wody destylowanej, aby nie uszkodzić powierzchni ogniw. Działania te mogą być także wspierane przez sztuczną inteligencję.
Przeczytaj też:
Innowacje w serwisie farm fotowoltaicznych – Drony, Roboty, AI
Sztuczna inteligencja w energetyce: Jak AI zmienia branżę OZE?