Jak działa fotowoltaika przy -10°C? Większość prosumentów jest bardzo zaskoczonych
Fotowoltaika kojarzy się przede wszystkim z letnim słońcem, wysokimi temperaturami i długimi dniami. Stąd często powtarzany mit, że zimą panele praktycznie nie produkują energii. W rzeczywistości instalacja pracuje również w grudniu i styczniu, choć uzyski są zdecydowanie niższe niż wiosną czy latem. Co więcej, sam mróz nie jest dla modułów problemem – pod względem sprawności niska temperatura może być wręcz korzystna. Największym przeciwnikiem zimowej fotowoltaiki nie jest więc chłód, ale mała ilość dostępnego światła, zachmurzenie oraz zalegający śnieg.
- Grudzień i styczeń – produkcja spada, ale nie znika
- Mróz nie wyłącza paneli. W słoneczny zimowy dzień mogą pracować bardzo dobrze
- A co dzieje się podczas zachmurzenia?
- Ile można uzyskać w zimie z instalacji 5 kWp?
- Zimą fotowoltaika działa, ale nie należy oczekiwać letnich wyników
Grudzień i styczeń – produkcja spada, ale nie znika
Dane z rzeczywistych instalacji fotowoltaicznych w Polsce pokazują, jak duża jest różnica między latem a zimą. W badaniu obejmującym kilka instalacji średni uzysk w styczniu wynosił około 15–22 kWh z 1 kWp, zależnie od systemu, natomiast w grudniu około 6–19 kWh/kWp. Oznacza to, że instalacja o mocy 5 kWp może w przeciętnym grudniu wygenerować orientacyjnie kilkadziesiąt kilowatogodzin energii, a w styczniu wynik może być podobny lub nieco wyższy. Są to jednak wartości średnie – konkretny miesiąc może znacząco od nich odbiegać.
Podobne proporcje pokazują dane i symulacje przygotowywane z wykorzystaniem PVGIS. Europejska Komisja udostępnia w tym narzędziu dane dotyczące średniej miesięcznej produkcji energii dla konkretnej lokalizacji, uwzględniając m.in. promieniowanie słoneczne, temperaturę, wiatr, rodzaj modułu, jego nachylenie i orientację. Dzięki temu można sprawdzić, że zimowa produkcja jest niewielka w porównaniu z letnią, ale zdecydowanie nie wynosi zera.
Warto też pamiętać, że moc instalacji podawana w kWp nie oznacza stałej mocy uzyskiwanej przez cały dzień. Jest to moc znamionowa osiągana w określonych warunkach testowych. W grudniu słońce znajduje się nisko nad horyzontem, dzień jest krótki, a promieniowanie docierające do modułów jest znacznie słabsze. Dlatego nawet sprawna instalacja może przez wiele godzin produkować niewielką ilość energii.
Mróz nie wyłącza paneli. W słoneczny zimowy dzień mogą pracować bardzo dobrze
Paradoksalnie niska temperatura nie jest dla ogniw fotowoltaicznych wrogiem. Ogniwa krzemowe generalnie osiągają lepszą sprawność przy niższej temperaturze, ponieważ wraz ze wzrostem temperatury spada przede wszystkim napięcie ogniwa. Dlatego chłodny, słoneczny dzień może stworzyć dla modułów bardzo dobre warunki pracy. Jeżeli do mrozu dołączy intensywne promieniowanie słoneczne, chwilowa moc instalacji może być zaskakująco wysoka jak na zimę.
Trzeba jednak odróżnić chwilową moc od energii wyprodukowanej w ciągu całego dnia. Nawet jeżeli w południe instalacja osiąga kilka kilowatów, zimą takich godzin jest niewiele. Słońce pojawia się późno, szybko zachodzi, a rano i po południu jego promienie padają na moduły pod małym kątem. Dlatego dobry, słoneczny dzień może dać przyzwoity wynik, ale nie zmienia faktu, że miesięczny uzysk pozostaje znacznie niższy niż latem.
To właśnie dlatego stwierdzenie „zimą fotowoltaika nie działa” jest mylące. Prawidłowe byłoby raczej powiedzenie, że zimą instalacja ma znacznie mniej energii słonecznej do wykorzystania. Sama temperatura nie powoduje zatrzymania produkcji. Jeżeli moduły są oświetlone, ogniwa nadal zamieniają promieniowanie na energię elektryczną.
A co dzieje się podczas zachmurzenia?
Chmury rzeczywiście potrafią mocno ograniczyć produkcję, ale nie zawsze oznaczają całkowity brak energii. Moduły wykorzystują nie tylko bezpośrednie promieniowanie słoneczne, lecz również promieniowanie rozproszone w atmosferze. Dlatego nawet przy całkowicie zachmurzonym niebie instalacja może wskazywać produkcję, choć zwykle będzie ona znacznie niższa niż przy bezpośrednim słońcu.
W praktyce różnica między słonecznym a pochmurnym zimowym dniem może być ogromna. Przy czystym niebie instalacja może przez kilka godzin pracować na stosunkowo wysokim poziomie, natomiast podczas grubego zachmurzenia moc może spaść do wartości stanowiących tylko niewielką część możliwości systemu. Przy bardzo gęstych chmurach produkcja może być wręcz symboliczna. Nie oznacza to jednak, że panele są niesprawne.
Dużym problemem jest również śnieg zalegający bezpośrednio na powierzchni modułów. Nawet bardzo silne słońce nie pomoże, jeśli promieniowanie nie dociera do ogniw. Cienka warstwa może stosunkowo szybko zniknąć pod wpływem słońca, wiatru lub zsuwania się śniegu z odpowiednio nachylonych modułów. Gruba i długo zalegająca pokrywa może natomiast mocno ograniczyć, a czasami praktycznie zatrzymać produkcję.
Ile można uzyskać w zimie z instalacji 5 kWp?
Przyjmując wyniki rzeczywistych polskich instalacji jako punkt odniesienia, instalacja 5 kWp może w styczniu wyprodukować około 75–110 kWh, natomiast w grudniu często będzie to około 30–95 kWh. Nie należy traktować tych liczb jako gwarantowanego uzysku – wpływ mają między innymi lokalizacja, kierunek i kąt nachylenia dachu, zacienienie, zabrudzenie, śnieg oraz pogoda w konkretnym roku.
Jeszcze większe różnice widać między poszczególnymi dniami. Zimowy dzień z bezchmurnym niebem może przynieść wielokrotnie więcej energii niż dzień z gęstą warstwą chmur. Dlatego analizowanie wyłącznie jednego dnia może prowadzić do błędnych wniosków. Aby ocenić pracę instalacji, lepiej porównywać całe miesiące oraz uzysk odniesiony do mocy systemu, czyli kWh/kWp.
Warto też zwrócić uwagę na lokalizację. Dwie instalacje o identycznej mocy, ale znajdujące się w różnych częściach Polski, mogą mieć różne uzyski. Znaczenie ma także orientacja modułów. Zimą szczególnie istotne staje się wykorzystanie nisko położonego słońca, dlatego odpowiedni kąt nachylenia może poprawiać wykorzystanie dostępnego promieniowania.
Zimą fotowoltaika działa, ale nie należy oczekiwać letnich wyników
Największym błędem jest ocenianie zimowej fotowoltaiki przez pryzmat produkcji z czerwca czy lipca. Wtedy dni są długie, słońce wysoko nad horyzontem, a dostępnego promieniowania jest wielokrotnie więcej. W grudniu i styczniu sytuacja jest odwrotna. Instalacja może działać poprawnie, a mimo to produkować stosunkowo mało energii, ponieważ ograniczeniem jest przede wszystkim dostępność światła.
Zimowe miesiące pokazują też, dlaczego przy projektowaniu instalacji analizuje się cały rok, a nie tylko najlepszy sezon. Narzędzia takie jak PVGIS wykorzystują wieloletnie dane dotyczące promieniowania i warunków atmosferycznych, pozwalając oszacować miesięczną oraz roczną produkcję. Dzięki temu można realniej ocenić, jak instalacja będzie zachowywała się w okresach zarówno wysokiego, jak i niskiego nasłonecznienia.
Mit o tym, że „panele zimą nie produkują prądu”, można więc łatwo obalić. Produkują – czasami całkiem przyzwoicie, szczególnie podczas mroźnych i słonecznych dni. Problemem są przede wszystkim krótki dzień, niskie położenie słońca, zachmurzenie oraz śnieg. Zimą fotowoltaika nie przestaje działać. Po prostu ma do dyspozycji znacznie mniej energii słonecznej niż wiosną i latem.