Sezon generacyjny dla sektora energetyki słonecznej rozpoczyna się w kwietniu, a kończy się na przełomie września i października. W tym okresie poziom nasłonecznienia jest największy w ciągu roku. Wbrew powszechnemu przekonaniu, środek lata czyli okres wakacyjny, kiedy występują największe temperatury nie zawsze jest gwarantem szczytu produkcji energii. Ma na to wpływ nie poziom nasłonecznienia, a temperatura powietrza. Uspokajamy jednak naszych czytelników – spadek mocy modułów wraz ze wzrostem temperatury jest całkowicie naturalny. Jak tłumaczy Bogdan Szymański w książce “Instalacje Fotowoltaiczne”, przyczyną takiego stanu rzeczy jest wzrost drgań atomów sieci krystalicznej budującej w nanoskali ogniwo fotowoltaiczne. Drgania sieci utrudniają przepływ elektronów, co przekłada się na zmniejszenie siły elektromotorycznej, czyli w konsekwencji spadku napięcia.

Producenci sektora fotowoltaicznego biorą ten aspekt pod uwagę już na etapie projektowania nowych modułów. Przykładowo moduł fotowoltaiczny stworzony z ogniw monokrystalicznych (MONO C-Si) charakteryzuje się najwyższą sprawnością, ale i najwyższym wskaźnikiem spadku mocy wraz ze wzrostem temperatury. Z kolei moduł polikrystaliczny (POLY c-Si) także posiada wysoką sprawność, ale w znacznie mniejszym stopniu odnotowywany jest spadek mocy wraz ze wzrostem temperatury (w porównaniu do mono). Oznacza to, że ten sam moduł zainstalowany np. w Polsce nie wyprodukuje podobnego wolumenu energii co moduł o takich samych parametrach np. w Grecji, gdzie są zdecydowanie wyższe temperatury.

W związku z powyższym pojawia się pytanie, czy właściciele mikroinstalacji fotowoltaicznych powinni obawiać się wysokich, momentami ekstremalnych temperatur powietrza w Polsce? Zdecydowanie nie, jednak każdy z nich musi wiedzieć, że gorące lato nie zapewnia większego wolumenu produkcji energii w instalacji fotowoltaicznej. Poniżej przedstawiamy nasze przykładowe wyliczenia.

Pod lupę wzięliśmy typową instalację fotowoltaiczną o mocy 5,6 kW opartą o moduły monokrystaliczne mocy 330 Wp każdy. W skład instalacji tej mocy wchodzi 17 modułów fotowoltaicznych. Do analizy wzięliśmy pod uwagę moduł Jinko JKM330M-60H-V 330 Wp. Jest to moduł bardzo dobrej klasy i wysokiej jakości, a spadek mocy wraz ze wzrostem temperatury jest naturalnym zjawiskiem w fotowoltaice. Zobaczmy o ile spadnie moc dla całej instalacji, w upalny letni dzień, w którym temperatura na zewnątrz osiągnie 30 st. C.

Założenia do analizy

Do redakcyjnej analizy przyjęliśmy następujące założenia:

– pora roku: lato,
– natężenie promieniowania słonecznego: 1 000 W/m2,
– temperatura otoczenia: 30°C.

Dla porównania, moduły fotowoltaiczne bada się w nominalnych warunkach pracy – NOCT, dla których natężenie promieniowania słonecznego wynosi 800 W/m2, temperatura otoczenia wynosi 20°C, gęstość atmosfery wynosi 1,5 AM, a prędkość wiatru 1 m/s.

Spadek mocy wraz ze wzrostem temperatury

Wraz ze wzrostem temperatury spada moc modułów fotowoltaicznych. Procentowy spadek mocy w danej temperaturze określa temperaturowy współczynnik mocy. Jest on podawany przez producentów w dokumentacji modułu PV i określa o ile % spada moc modułu na każdy stopień Celsjusza wzrostu jego temperatury powyżej 25 st.C. Niski współczynnik temperaturowy przekłada się na wyższe uzyski w lecie oraz świadczy o wysokiej jakości ogniw.

Zobaczmy o ile spadnie moc pojedynczego modułu, jeśli temperatura na zewnątrz będzie wynosiła 30 st. C:

Producent Jinko Solar
Model JKM330M-60H-V 330
Typ Half Cut
Moc nominalna [Wp] 330
Sprawność [%] 19,56
Temperaturowy współczynnik
mocy
-0,36
Temperatura ogniw
w warunkach NOCT [st. C]
45 ± 2
Parametry obliczone przez Redakcję
Temperatura ogniw w module
w temperaturze 30 st. C [st. C]
61,25
Różnica temperatur [st. C] 36,25
Spadek mocy [%] -13,05
Spadek mocy [W] -43,065
Moc w 30 st. C [W] 286,935

 

Okazuje się, że w temperaturze 30 st. C moc pojedynczego modułu w tej instalacji spadła o około 13 proc. do wartości 286,9 W. W całej instalacji działa 17 modułów fotowoltaicznych. W związku z tym, spadek na jednym module oznacza obniżenie się mocy instalacji z 5,6 kWp do 4,88 kW. Warto zauważyć, że temperatura zewnętrzna w wysokości 30 st. C przekłada się na ponad dwukrotnie wyższą temperaturę ogniw w module. Podane wartości zostały obliczone na przykładzie jednego konkretnego modułu fotowoltaicznego, ale spadek mocy wraz ze wzrostem temperatury zewnętrznej dotyczy wszystkich krzemowych modułów fotowoltaicznych.

Spadek mocy instalacji wraz ze wzrostem temperatury pokazuje również dlaczego nie warto przewymiarowywać falowników fotowoltaicznych. Instalacja fotowoltaiczna produkuje najwięcej energii w okresie letnim, czyli wtedy kiedy temperatura powietrza jest również najwyższa. Jeżeli obniży się moc modułów fotowoltaicznych, wyższa moc falownika na niewiele się zda.

Czynnik, który warto wziąć pod uwagę wybierając moduły

Najwięcej energii inwestor wyprodukuje latem, ale jak pokazuje powyższy przykład, zależy to od ilości docierających do paneli fotowoltaicznych promieni (stopień zachmurzenia) i długości dni. Mit wysokiej temperatury powoduje, że wśród inwestorów pojawia się przekonuje, że w najgorętsze dni panele dostarczą najwięcej energii. Duże temperatury wręcz niekorzystnie wpływają na działania instalacji ze względu na ich przegrzanie. Dobór odpowiednich modułów jest więc uzależniony od panującego klimatu – ta sama firma instalacyjna dobierze inny rodzaj modułów dla np. prosumenta mieszkającego na północy Polski, a innego np. w południowych krajach. Nie oznacza to, że panele fotowoltaiczne będą efektywnie produkować energię przy bardzo niskich temperaturach.Optymalna pod względem produkcji energii jest słoneczna pogoda i brak upałów, która przypada np. na takie miesiące jak kwiecień i maj.

Decydując się na inwestycję w fotowoltaikę warto wybrać moduł fotowoltaiczny, który ma najniższą wartość temperaturowego współczynnika mocy w celu minimalizacji negatywnego wpływu wysokiej temperatury na uzysk energii. Instalując moduły należy także unikać ograniczenia przepływu powietrza nad i pod modułami.

Jak zmienia się temperaturowy współczynnik mocy w zależności od technologii, w której są wykonane moduły PV? Wkrótce o tym napiszemy – śledź nas na bieżąco!


Dowiedz się więcej o fotowoltaice!

Już 9 i 10 czerwca 2021 r. zapraszamy na Kongres Fotowoltaiczny PV-CON 2021!

To już kolejna edycja wyjątkowego, specjalistycznego spotkania branży fotowoltaicznej. PV-CON to spotkanie poświęcone aktualnemu rozwojowi rynku fotowoltaicznego w kontekście zmian zachodzących na rynkach światowych.

Poruszymy między innymi takie tematy jak:

— Rynek mikroinstalacji fotowoltaicznych w liczbach – raport roczny SBF POLSKA PV
— Echo Rynku – Jak rynek mikroinstalacji radzi sobie bez programu Mój Prąd?
— Czy system rozliczania prosumentów powinien się zmieniać? Jak?

Wydarzenie jest bezpłatne. Bądźcie z nami!

Redakcja GLOBEnergia