Sprawność modułów fotowoltaicznych, a zachmurzenie

W niedzielę 8 października 2023 roku padł rekord na rynku energii, można ten dzień zapisać w historii Polski, jako dzień przełomowy. Tego dnia energia elektryczna wyprodukowana przez Odnawialne Źródła Energi pokryłaby 107% zapotrzebowania Polski na moc gdyby nie ograniczenia produkcji energii z instalacji fotowoltaicznych spowodowanych przez brak odbioru.

Na ten sukces miały wpływ 3 aspekty, wysoka generacja energii z turbin wiatrowych, znaczna produkcja z paneli słonecznych na planowanym poziomie blisko 9 GW oraz obniżone zapotrzebowanie na moc w wynikające z dnia tygodnia (niehandlowa niedziela).

Mimo takich sukcesów w Polsce nadal panuje przekonanie, że nasz kraj to nie najlepsze miejsce do produkcji energii ze słońca i że takie instalacje mają większy sens w gorącym, słonecznym klimacie.  Warto się w tym miejscu zastanowić, jak wygląda produkcja energii z instalacji fotowoltaicznej w naszym kraju i jakie są główne zalety takiej inwestycji.

OZE pokryły 97% zapotrzebowania Polski. Pięć godzin ujemnych cen prądu – WysokieNapiecie.pl

Jak i na jakie aspekty należy zwrócić uwagę, podejmując decyzję o realizacji projektu fotowoltaicznego?

Od czego jest zależna wydajność instalacji fotowoltaicznej? To jedno z pytań, które powinien zadać sobie każdy Inwestor przed zdecydowaniem się na Instalacje Fotowoltaiczną.

Żywotność modułów PV oraz lokalizacja to dwa kluczowe czynniki wpływające na wydajność całego systemu.
To z kolei przekłada się na produkcję energii, a co za tym idzie zyski.  Wspominając o lokalizacji, mamy na myśli usytuowanie modułów względem słońca, ale również otoczenie, które wpływa na zacienienie. Obydwa aspekty postaramy się poruszyć w tym tekście.

Nie ma znaczenia, czy mówimy o mikro instalacji, czy farmie — właścicielowi każdej z nich zależy na jak najdłuższej i sprawnej pracy systemu fotowoltaicznego. Na szczęście panele słoneczne pracują przez dekady i praktycznie nie wymagają konserwacji.

Potwierdzeniem tej tezy jest fakt, iż najstarszy panel fotowoltaiczny pochodzi z lat 50 XX wieku i nadal działa. Naukowcy firmy Bell Laboratories w Stanach Zjednoczonych stworzyli panel krzemowy o wydajności około 6%, co otworzyło drogę do dalszych badań i zastosowań.

W chwili obecnej  moduły osiągają sprawność na poziomie od 19% do nawet 23,23%.
Na początku tego roku  nareszcie została złamana  granica 23 proc.  sprawności modułu PV .

Czym jest sprawność modułu fotowoltaicznego?

Wspomniana sprawność to inaczej efektywność modułu. Parametr ten  informuje Nas o tym, ile promieni słonecznych, padających na ogniwo zostanie przetworzone na prąd, w warunkach standardowych STC (przy założeniach: brak wiatru, temperatura modułu 25 stopni Celsjusza, promieniowanie 1000 W/m2).

Na sprawność paneli fotowoltaicznych wpływ ma kilka czynników, ale najistotniejsza z nich to rodzaj i właściwości materiału, z którego zostały wykonane ogniwa fotowoltaicznego.

Na rynku obecnie prym wiodą moduły monokrystaliczne ze sprawnością na poziomie 22,6%, za nimi plasują się panele polikrystaliczne, gdzie efektywność sięga 18%. Powyższe wartości, dotyczące sprawności fotowoltaiki i są to dane orientacyjne. Co roku, producenci podzespołów fotowoltaicznych przesuwają granice ich efektywności. Technologia paneli słonecznych jest stale doskonalona, a co za tym idzie, ich produktywność również rośnie.

Niestety trzeba zdawać sobie sprawę, iż każdy moduł fotowoltaiczny ulega degradacji związanej z czasem użytkowania. Na szczęście  warunki atmosferyczne naszego kraju są dla nich łaskawe i nie dochodzi do ekstremalnych zmian pogodowych. Badanie nad utratą efektywności paneli fotowoltaicznych zostało przeprowadzone na ponad 2,000 paneli słonecznych i wykazało, że średnio panel słoneczny traci 0,5% wydajności w ciągu roku.

Jaka jest rzeczywista żywotność paneli fotowoltaicznych?

Na to pytanie będziemy zapewne mogli odpowiedzieć za kilka lat, ponieważ fotowoltaika to wciąż dość nowa technologia. Jednym z wyznaczników, jakim możemy się zasugerować, jest stale rosnąca ilość lat gwarancji na produkt i uzyski deklarowane przez producentów paneli.

W tej chwili na rynku deklarowana długość gwarancji na produkt jest na poziomie 12 -15 lat, ale szacuje się, że realnie osiągnie ona co najmniej 30 lat pracy. Czas pracy paneli PV to jedna z ich największych zalet. Możemy założyć, że z prądu wyprodukowanego z obecnie realizowanej instalacji będą korzystać nasze wnuki.

Dlatego tak ważny jest dobór najlepszych rozwiązań i przeanalizowanie każdej możliwej lokalizacji takiego przedsięwzięcia na gruntach bądź dachach nieruchomości, jakimi dysponuje Inwestor.

Jak zacienienie paneli fotowoltaicznych wpływa na wydajność instalacji?

Jednym z głównych aspektów w odniesieniu do optymalnej produkcji energii z instalacji fotowoltaicznej, na jaki musimy zwrócić uwagę, jest zacienienie, które może znacząco obniżać produkcję energii elektrycznej z modułów PV. Gdy cień pada na panele, ilość światła słonecznego docierającego do nich jest ograniczona, co prowadzi do spadku wydajności całego systemu.

Aby zminimalizować wpływ zacienienia, istotne jest odpowiednie rozmieszczenie paneli fotowoltaicznych. Musimy zwrócić szczególną uwagę na odpowiedni kąt nachylenia, orientację względem kierunku słońca oraz odległość między rzędami modułów. Dzięki temu możliwe jest maksymalne wykorzystanie dostępnego światła słonecznego przez większość dnia.

Ponadto niektórzy producenci opracowali technologię, która dodatkowo niweluje skutki zacienienia na wydajność energetyczną zainstalowanych paneli fotowoltaicznych.

W większości przypadków moduły fotowoltaiczne są montowane w pozycji horyzontalnej (poziomo). Poniżej przedstawiamy, jakie konsekwencje ma liniowe zacienienie dla standardowych paneli w porównaniu do  modułów CAT®.

Standardowy moduł:

Standardowy moduł fotowoltaiczny pod wpływem nawet niewielkiego zacienienia traci aż 33% mocy.

Gdy cień pada na dłuższą krawędź modułu, wyłączane jest jedno z trzech pasów komórek, podobnie jak w przypadku punktowego zacienienia.

Moduł CAT^®:

W przypadku zacienienia modułów CAT® spadek mocy jest proporcjonalny do zacienionej powierzchni. Jeśli tylko połowa komórek w pierwszym rzędzie zostanie zacieniona, druga połowa nadal pracuje z 92% mocą znamionową.

Zacienienie liniowe w orientacji wertykalnej

W przypadku całkowitego zacienienia pierwszego rzędu (rozmieszczenie paneli w sposób pionowy), wydajność modułu CAT® spada tylko o 17%, co jest znacznie mniejszą utratą sprawności w porównaniu z 33% przy tradycyjnych modułach.

Standardowy moduł:

W momencie, gdy cień pada na dolną (krótką) krawędź tradycyjnego modułu, cały panel zostaje wyłączony, ponieważ cień wpływa na wszystkie 3 strefy jednocześnie.

Moduł CAT^®:

Dzięki specjalnym połączeniom równoległym i szeregowym moduł CAT^® utrzymuje wydajność nawet w przypadku zacienienia, osiągając tylko 33% utraty mocy. To oznacza, że 67% mocy nadal jest produkowane, co jest znacznie lepsze niż 0% w przypadku tradycyjnych paneli.

Podsumowując, wpływ zacienienia na potencjał generowania energii elektrycznej przez moduły fotowoltaiczne jest istotny. Przykłady powyżej ilustrują, jak projekt i specjalne rozwiązania w modułach CAT^® mogą znacząco zwiększyć niezawodność źródła energii przez cały okres jego użytkowania.

 

Doradztwo na każdym etapie inwestycji

Jeśli planujesz instalację paneli fotowoltaicznych, pamiętaj, że wybór odpowiedniej technologii może mieć duży wpływ na minimalizację efektów zacienienia i w konsekwencji rentowność Twojego projektu.

Eneria jako doświadczony dostawca paneli fotowoltaicznych pomoże w doborze odpowiedniej technologii, która będzie najbardziej efektywna w danej lokalizacji i warunkach, a także przeprowadzi kompleksową instalację oraz zapewni serwis urządzeń w trakcie użytkowania.

Dodatkowo warto, jest skorzystać z naszych rozwiązań, w zakresie energii odnawialnej w tym fotowoltaiki, gdyż nasi eksperci mają wszelkie kompetencje i wiedzę, aby pomóc każdemu z naszych Klientów zminimalizować straty energii, gwarantując maksymalną efektywność i opłacalność inwestycji w czasie.

 

Agnieszka Płocica-Wiśniewska
Ekspert ds. Fotowoltaiki