Ile prądu produkują panele fotowoltaiczne zimą?

Moc paneli fotowoltaicznych jest ustalana na podstawie testu w laboratorium w bardzo dobrych warunkach oświetlenia. W praktyce jednak, natężenie promieniowania słonecznego jest na ogół znacznie niższe.

Ile prądu produkują panele fotowoltaiczne zimą? Jak sprawdzić, czy panel ma dobrą wydajność przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego? Na te pytania i inne odpowiadamy w artykule poniżej.

1. Co to znaczy niskie natężenie promieniowania słonecznego?
2. Moc modułu fotowoltaicznego przy słabym świetle
3. Podsumowanie

Co to znaczy niskie natężenie promieniowania słonecznego?

W polskich warunkach klimatycznych, niemal 70% energii dociera w zakresie natężenia promieniowania słonecznego poniżej 500 W/m2. Dla porównania, warunki dla których ustalana jest moc modułu fotowoltaicznego to 1000 W/m2.

Dlaczego tak dużo godzin moduły pracują przy słabym świetle? Wynika to z faktu, iż nie tylko zimą jest niższe natężenie promieniowania słonecznego. Taka sytuacja ma miejsce również wiosną i latem, każdego dnia rano i wieczorem, gdy kąt padania promieni słonecznych jest niekorzystny. Co więcej, im bardziej moduł jest ustawiony w kierunku innym niż południowy, tym większy udział godzin pracy przy słabym świetle, i tym większe znaczenie ma jego sprawność w takich warunkach.

Jednak nawet gdy jest całkowite zachmurzenie i nie ma słońca, instalacja fotowoltaiczna produkuje prąd, który powstaje z promieniowania rozproszonego. W skali roku promieniowanie rozproszone dostarcza znaczną ilość energii, czasami porównywalną do ilości pochodzącej z promieniowania bezpośredniego.

Dlatego sprawność paneli fotowoltaicznych przy słabym światle ma znaczenie dla wielkości produkcji prądu i opłacalności inwestycji.

Przy wysokich wartościach natężenia promieniowania słonecznego, panele fotowoltaiczne osiągają wysokie sprawności konwersji światła w prąd elektryczny. Jednak dla niższych wartości natężenia promieniowania słonecznego, ta sprawność znacznie maleje.

Przykład. Weźmy moduł solarny o mocy 400Wp i sprawności 22%. Załóżmy, iż przy natężeniu promieniowania słonecznego w wysokości 200 W/m2, moduł wytwarza 75W, zamiast spodziewanych 80W.

W ten sposób sprawność spada do 20,63%. Inaczej mówiąc, panel fotowoltaiczny przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego traci 6,2% sprawności w stosunku do konwersji przy natężeniu 1000 W/m2.

Jaka jest sprawność paneli przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego?

Jak sprawdzić sprawność modułu fotowoltaicznego przy słabym świetle? Najlepsi producenci umieszczają w kartach katalogowych informacje w na ten temat, np.:

Z wykresu można odczytać, iż przy natężeniu promieniowania słonecznego w wysokości 200 W/m2, sprawność modułu zmaleje do ok 96%.

Inni producenci umieszczają mniej czytelne informacje na ten temat, np. w postaci wykresu moc-napięcie:

Z powyższego wykresu trudno precyzyjnie odczytać wartości, ale zakładając, że przy 200W/m2, moc maksymalna wynosi 70W, to sprawność w tym przypadku spadła do 92% (70W/76W = 92%).

Przyczyny niższej sprawności modułu przy słabym świetle

Przyczyny utraty sprawności przez moduł pracujący przy słabym świetle wynikają m. in. z łączenia różnych materiałów w ogniwie fotowoltaicznym – w miejscu kontaktu różnych materiałów zawsze występują straty. Spadek sprawności może być również efektem błędów produkcyjnych, np. defektów w postaci mikropęknięcia w ogniwie fotowoltaicznym.

Moc modułu fotowoltaicznego przy słabym świetle

A jaki jest wpływ sprawności modułu fotowoltaicznego na moc przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego? Aby to zobaczyć porównamy dwa moduły fotowoltaiczne: REC Alpha 395W oraz Jinko Tiger All Black 395W.

Moduł REC Alpha 395W wyprodukuje średniorocznie 430 kWh rocznie, natomiast moduł Jinko Tiger 395W średniorocznie 416 kWh.

W zależności od natężenia promieniowania słonecznego wygląda to tak:

W zakresie wysokiego natężenia promieniowania, produkcja energii elektrycznej w obu przypadkach jest niemal identyczna. Natomiast czym słabsze światło, tym miększe różnice. Pomimo tego, iż przy natężeniu 100 W/m2 panele wytwarzają bardzo niewielką moc, to liczba godzin, kiedy natężenie wynosi pomiędzy 0 a 100 W/m2 wynosi 1.375 rocznie. Natomiast liczba godzin dla zakresu natężenia pomiędzy 900 a 1 000 W/m2 to 160 godzin.

Dodatkowo, im bardziej położenie modułów będzie się różniło od idealnego, czyli kierunek południowy i kąt nachylenia 35⁰, tym większy będzie udział występowania niskiego natężenia promieniowania słonecznego.

Gdyby po kilku latach eksploatacji okazało się, iż produkcja prądu z paneli PV nie pokrywa zapotrzebowania, gdyż w domu wzrosło zużycie (pojawił się nowy członek rodziny, albo zakupiono np. suszarkę do ubrań), można dokonać rozbudowy instalacji fotowoltaicznej.

Pytania i odpowiedzi

Czy fotowoltaika produkuje prąd w zimie?

Panele fotowoltaiczne produkują prąd nawet w temperaturach poniżej zera. Produkcja jest niższa ponieważ, jest większe zachmurzenie i krótsze dni. Panele mogą pracować do temperatury ok. minus 40⁰C, przy niższej temperaturze mogą ulec uszkodzeniu (np. skruszy się klej trzymający puszkę przyłączeniową).

Ile prądu produkuje fotowoltaika 1 kW w zimie?

Instalacja fotowoltaiczna zimą (styczeń) wyprodukuje ok. 10 razy mniej prądu niż latem (czerwiec). Panele o mocy 1 kW ustawione na południe generują latem ok. 7 kWh, natomiast zimą 0,6 – 0,7 kWh prądu dziennie.

Podsumowanie

• Przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego maleje sprawność paneli fotowoltaicznych.
• Ponad 70% czasu moduły pracują przy słabym świetle (poniżej 500 W/m2).
• Wysoka sprawność modułu solarnego przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego umożliwia znaczne zwiększenie produkcji prądu.