Kiedy czytamy tabliczkę znamionową modułu PV, znajdujemy tam parametr moc nominalna/moc znamionowa (Nominal Power). Określa on wydajność paneli w standardowych warunkach testowych (STC – Standard Test Conditions). Jakie to warunki? Temperatura 25°C, nasłonecznienie 1000W/m2, prędkość wiatru nie większa niż 1m/s. Liczba, którą widzimy na tabliczce znamionowej mówi o tym, jaką moc wygeneruje panel w niezakłóconych warunkach przez godzinę ekspozycji na maksymalne promieniowanie słoneczne. Standardowe warunki testowe zdarzają się jednak rzadko, a panele fotowoltaiczne muszą sprawnie pracować w różnych temperaturach. Dlatego kolejny parametr (NOCT – Normal Operating Cell Temperature) określa wysokość temperatury ogniw fotowoltaicznych w normalnych warunkach pracy: nasłonecznienie sięgający 800 W/m2, temperatura otoczenia 20°C (temperatura nagrzania ogniwa sięga wówczas 45°C) oraz prędkość wiatru 1 m/s.
Sprawność paneli fotowoltaicznych w zależności od temperatury
Mylą się więc ci, którzy sądzą, że fotowoltaika wymaga ciągłego nasłonecznienia i bardzo wysokiej temperatury – panele PV wcale nie lubią bardzo wysokich temperatur powietrza oraz agresywnego słońca. Istnieje więc pewien paradoks: panele fotowoltaiczne potrzebują dużo słońca, ale niekoniecznie wysokiej temperatury powietrza. Na szczęście w naszym klimacie dominują dni słoneczne, ale nie – upalne.
Przegrzanie ogniw fotowoltaicznych
W przypadku paneli wysokiej klasy producenci podają, że tracą one na mocy maksymalnej ok. 0,45 proc./oC (spadek o prawie pół punktu procentowego na każdy stopień Celsjusza). Przy bardzo wysokich temperaturach otoczenia, czy montażu paneli w miejscach, w których wysoka temperatura występuje przez cały rok, stosuje się specjalne układy chłodzące ogniwa. Szacuje się, że górna granica, do której panele fotowoltaiczne funkcjonują w miarę poprawnie, to 85-90 stopni C – chodzi oczywiście o temperaturę nagrzanego panela, a nie temperaturę powietrza.
Kiedy temperatury ogniwa przekroczy 25°C, sprawność modułów PV spada w stosunku do ich optymalnej pracy o nawet 10%. Przy temperaturze powietrza wynoszącej około 40°C panele mogą nagrzać się do nawet około 70°C, co daje stratę wydajnościową sięgająca nawet 15% mocy modułu. Dlatego dokonując wyboru paneli musimy zwrócić uwagę na jeszcze jeden parametr:Pmax (Maximum Power Point). Określa on poziom strat w wydajności i sprawności modułów fotowoltaicznych, kiedy temperatura samego modułu wzrasta powyżej 25°C.
Czy panele PV trzeba chłodzić?
Prawidłowe chłodzenie paneli fotowoltaicznych gwarantuje przede wszystkim ich prawidłowy montaż. Ożebrowanie odseparowujące panele od połaci, czyli dobrze zaprojektowana konstrukcja wsporcza, zapewnienia prawidłową wentylację, a więc, kolokwialnie rzecz ujmując, chłodzenie paneli. Istnieją także systemy chłodzące. Można np. wyposażyć moduły PV w rurki wypełnione czynnikiem chłodzącym (nanopłyn). Inna możliwość, testowana obecnie we Francji, to rura umiejscowiona na krawędzi paneli. Małe otwory w rurze pozwalają na magazynowanie wody deszczowej oraz uwalnianie jej, aby na panelach fotowoltaicznych tworzyła się cienka warstwa cieczy, obniżająca niemal natychmiast temperaturę instalacji. Zdaniem francuskich ekspertów, stosowanie tej metody pozwala na zwiększenie wytwarzania energii przez fotowoltaikę nawet o 8-12% w skali roku.
Panele fotowoltaiczne a mróz
Nowoczesne panele fotowoltaiczne są zdolne pracować efektywnie do temperatur powietrza rzędu minus 40 stopni. Swego czasu rozważano nawet instalację systemu fotowoltaicznego na użytek stacji antarktycznej im. Arctowskiego, ale niestety w rejonie Zatoki Admiralicji jest za małe nasłonecznienie i ostatecznie zrezygnowano z eksperymentu.
W Polsce bardzo niskie temperatury zdarzają się zimą coraz rzadziej, a jeśli już, to w konkretnych rejonach kraju, np. w górach czy na krańcach północno-wschodnich. Szacuje się, że okresie wiosenno-letnim instalacja fotowoltaiczna o mocy 1kWp może wytworzyć nawet około 180 kWh w ciągu miesiąca, w grudniu i styczniu liczba ta wynosi raptem ok. 20-30 kWh, w lutym natomiast ok. 60 kWh. Nie jest to jednak zasługa niskich temperatur, a mniejszego nasłonecznienia i ewentualnych opadów śniegu – już dwucentymetrowa warstwa zmniejsza przepuszczalność nawet o 80%, a przy dziesięciocentymetrowej spada ona niemal do zera.
Podsumowanie
Wpływ temperatur na sprawność paneli fotowoltaicznych w naszych warunkach klimatycznych nie jest tak silny jak w krajach południowych. Na terenie Polski panują optymalne warunki do korzystania z dobrodziejstw fotowoltaiki. Średnie roczne nasłonecznienie w Polsce wynosi około 1000 kWh/m2. Od kwietnia do września na obszar Polski trafia 80% rocznego promieniowania słonecznego, a obszar Polski południowej w skali roku może otrzymywać nawet o 10% więcej energii słonecznej niż tereny wysunięte na północ. Najlepsze panele fotowoltaiczne zachowują 97-98% sprawności względnej w warunkach nasłonecznienia na poziomie 200W/m2, panele dobrej klasy – 94-96% sprawności względnej.