Wydajność paneli fotowoltaicznych - od czego zależy?

Opublikowano: 01.12.2023Autor: Ludwika WykurzDrukujUdostępnij

Co to jest wydajność paneli fotowoltaicznych?

Głównym zadaniem ogniwa fotowoltaicznego jest produkowanie energii elektrycznej z energii słonecznej. Mówiąc ogólnie wydajność paneli fotowoltaicznych oznacza, ile tej energii dane panele są w stanie wyprodukować. Mierząc wydajność trzeba wziąć pod uwagę kilka parametrów:

• Sprawność – określenia sprawność i wydajność paneli słonecznych czasami są stosowane zamiennie. Wielkość ta, podawana w procentach, oznacza jaki procent pobieranej energii słonecznej zostanie przerobiony na energię elektryczną.
• Moc paneli – moc panela to konkretna ilość energii w watach lub w watogodzinach, którą dany panel produkuje. Moc paneli nie zawsze przekłada się na efektywność zastosowanego ogniwa fotowoltaicznego. Może zależeć np. od wymiarów powierzchni panela czy technologii usprawniającej działanie całości.
• Efektywność w różnych warunkach – panele fotowoltaiczne wykonane w różnych technikach i z użyciem różnych materiałów mają zróżnicowaną wrażliwość na światło, zacienienie i ekstremalne temperatury. Od tego zależy jaka będzie wydajność paneli fotowoltaicznych w danych warunkach. Na przykład w Polsce rzadko zdarzają się długotrwałe upały lub mrozy.

W mniejszym stopniu o wydajności paneli może decydować dobór innych urządzeń t.j. właściwy falownik czy optymalizator. Jest to szczególnie ważne, jeżeli chcemy, żeby moc ogniw przełożyła się na moc modułów fotowoltaicznych. Te ostatnie powinny być właściwie skoordynowane i ustawione w optymalnym miejscu. Wydajność paneli fotowoltaicznych można mierzyć sprawdzając poszczególne parametry lub zadając pytanie, ile m² na 1kW fotowoltaiki wypada przy poszczególnych modelach.

Wydajność ogniwa fotowoltaicznego a wydajność paneli

Panele monokrystaliczne i polikrystaliczne

O wydajności ogniwa fotowoltaicznego decyduje przede wszystkim materiał i technika wykonania. Spośród paneli dostępnych na rynku najbardziej wydajne są panele z ogniwami monokrytalicznymi. Jak dotąd nie udało się uzyskać lepszej wydajności przy użyciu innych materiałów niż krzem z domieszkami półprzewodników. Dzięki zastosowaniu jednolitych, specjalnie hodowanych kryształów, powierzchnia ogniwa umożliwia bardziej swobodny przepływ elektronów, co przekłada się na konwersję energii słonecznej w elektryczną. Dodatkowo osiągają lepszą efektywność w ciągu dnia, bo radzą sobie z przetwarzaniem energii przy zachmurzeniu i słabszym oświetleniu (np. rano i wieczorem). W zależności od producenta sprawność nominalna (w optymalnych warunkach) paneli tego typu mieści się w zakresie 17-23%.

Na drugim miejscu są panele polikrystaliczne. Chociaż struktura ogniw nie jest tak gładka, to nadal krystaliczny krzem pozwala osiągnąć przetwarzanie energii słonecznej na poziomie 16-18%.

Dla porównania panele cienkowarstwowe osiągają od 6 do 10% sprawności i tylko eksperymentalne ogniwa hybrydowe (z użyciem krystalicznego krzemu oraz perowskitu) są w stanie przekroczyć 25 a nawet 30%.

Niezależnie od innych zalet paneli II i III generacji, krystaliczne są najbardziej sprawne i najpowszechniej dostępne. Dlatego fotowoltaika w Polsce i na świecie opiera się prawie w całości na tych dwóch typach ogniw fotowoltaicznych.

Technologia a wydajność paneli fotowoltaicznych

Poza zastosowaniem odpowiednich materiałów każdy producent ma swoje patenty na zwiększenie wydajności paneli słonecznych. Wśród zastosowanych technologii wyróżnia się dwustronność (bicafial), half-cut, full black, warstwę PERC. Każde z tych rozwiązań sprawia, że w jakiś sposób wzrasta efektywność poszczególnych paneli. Zwykle stosuje się je w panelach z ogniwami monokrystalicznymi, co pozwala maksymalnie zwiększyć ich sprawność. Ze względu na popularność ogniw polikrystalicznych również w tych modelach dodaje się specjalne systemy usprawniające. Jak one działają?

Dwustronność – panele fotowoltaiczne przetwarzają dodatkowo światło odbite od gruntu. Niestety nie nadają się do położenia na pochyłym dachu, ale świetnie sprawdzą się w minielektrowni na gruncie lub na dachu płaskim.

Full-black – ma przede wszystkim walory estetyczne, ale całkowicie czarna powierzchnia przekłada się też na lepsze pochłanianie promieni słonecznych. Dodatkowe zabezpieczenia zapobiegają ich przegrzaniu.

Half-cut – dzięki przecięciu płytki krystalicznej na pół, pozwala ona upakować więcej ogniw w jednym panelu, co przekłada się na moc modułów fotowoltaicznych.

PERC – dzięki zastosowaniu specjalnej warstwy aluminiowej powłoki możliwe jest ponowne wykorzystanie promieni, które normalnie przeniknęłyby przez krzemową płytkę. Warstwa PERC pozwala przede wszystkim łapać promienie o większej długości fal (poranne i wieczorne).

Poza systemami usprawniania ogniw z krystalicznego krzemu producenci proponują nowatorskie rozwiązania z zastosowaniem innych materiałów. Elastyczny perowskit można umieszczać na różnorodnych bryłach dachu i na ścianach oraz oknach. Poza tym istnieją rozwiązania typu sferyczne ogniwa, sferyczne panele, panele cienkowarstwowe z zastosowaniem polimerów itp. Jeśli szukasz więcej porad i informacji, sprawdź także zebrane w tym miejscu artykuły na temat fotowoltaiki.

Dzienna produkcja mocy

Ile dziennie produkują panele o różnej mocy?

Wydajność paneli słonecznych można mierzyć na różne sposoby, ale w praktyce, dla użytkownika sprowadza się to do pytania: ile dziennie produkuje fotowoltaika? Spróbujemy odpowiedzieć na to pytanie przyglądając się modułom o różnej mocy. Musimy jednak pamiętać, że faktyczna moc paneli różni się w zależności od pory dnia, pory roku, nachylenia powierzchni, stopnia zanieczyszczenia i zacienienia powierzchni, a także temperatury. Dlatego możemy podać moc modułów fotowoltaicznych tylko w przybliżeniu. Ile dziennie produkuje fotowoltaika?

Powyższa tabela została przygotowana z pomocą narzędzia PHOTOVOLTAIC GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM, które pozwala dokładnie określić parametry paneli i warunki w jakich produkują prąd. Jeżeli chcecie wiedzieć jak konkretnie będą produkować energię wybrane przez was panele, to najlepiej zrobić osobne wyliczenia. W Polsce warunki nasłonecznienia mogą się różnić w zależności od regionu. Dlatego podane powyższej wartości są tylko poglądowe. Widać natomiast jak od mocy modułów fotowoltaicznych zależy, ile dziennie produkuje fotowoltaika w najbardziej i najmniej słonecznym okresie w ciągu roku.

Jak zoptymalizować prace paneli fotowoltaicznych?

Wiemy już, że wydajność fotowoltaiki zależy od materiałów i technologii produkcji. Teraz przyjrzymy się działaniom, które pomogą zoptymalizować produkcję paneli fotowoltaicznych.

Głównym zagadnieniem jest właściwe dobranie instalacji do potrzeb domu. Pisaliśmy o tym w innych artykułach. Tutaj przypomnimy tylko, że moc paneli powinna przekraczać nieznacznie zapotrzebowanie. Obliczeń można dokonać sumując moc i pracę poszczególnych urządzeń lub porównując rachunki z miesięcy przed założeniem fotowoltaiki.

Kluczowe dla prawidłowego funkcjonowania paneli jest prawidłowe dobranie elementów instalacji i profesjonalny montaż. Najlepiej zatrudnić do tego specjalistów.

Ważne jest też dobranie odpowiedniego kąta nachylenia i azymutu (kierunku w jakim będą ustawione panele). Najlepszym rozwiązaniem w strefie klimatycznej jest 30-40° i kierunki południowy, południowo-wschodni oraz wschodni.

Do czynności poprawiających sprawność paneli należy też ich konserwacja, a przede wszystkim mycie. Najlepiej przeprowadzić gruntowne czyszczenie paneli dwa razy do roku – na wiosnę i późnym latem. Zabrudzenia, tak jak zacienienia ogniw, mogą powodować przegrzewanie, zaburzenie pracy modułu i w końcu utratę części mocy.

Dodatkowym usprawnieniem działania instalacji, zwłaszcza przy większych farmach fotowoltaicznych jest optymalizator lub inwerter z wbudowaną optymalizacją.

Na koniec nie możemy zapominać, że wydajność paneli fotowoltaicznych spada z czasem. Zwykle producenci dają gwarancję na zachowanie powyżej 80% pierwotnej wydajności przez 25-30 lat. Potem panele nadal nadają się do używania, ale nie są już tak sprawne.