Spadek wydajności paneli w upały – mit czy fakt? Jak wysokie temperatury wpływają na produkcję prądu.

Panują upały, słońce operuje pełną mocą i wydawałoby się, że to idealne warunki dla fotowoltaiki. Tymczasem wielu właścicieli instalacji zauważa coś zaskakującego: w najgorętsze dni produkcja prądu wcale nie bije rekordów, a czasem wręcz spada. Rodzi się pytanie, czy panele naprawdę tracą wydajność w upały, czy to tylko obiegowy mit powtarzany przez sceptyków. Odpowiedź jest bardziej złożona, niż mogłoby się wydawać, i wymaga rozróżnienia dwóch rzeczy, które łatwo pomylić: nasłonecznienia i temperatury. Choć panele fotowoltaiczne do pracy potrzebują światła, rozgrzanie ich ogniw działa na produkcję energii wręcz przeciwnie, niż podpowiada intuicja. W tym artykule wyjaśniamy, jak wysokie temperatury realnie wpływają na wydajność paneli fotowoltaicznych, ile prądu można przez nie stracić i co zrobić, aby ograniczyć te straty do minimum. Zapraszamy do lektury!

Jak w ogóle powstaje prąd w panelu fotowoltaicznym?

Żeby zrozumieć, dlaczego upały wpływają na produkcję energii, warto najpierw wiedzieć, jak działają panele fotowoltaiczne. Wbrew obiegowej opinii tym, co napędza panel, nie jest ciepło, lecz światło. Panele wykorzystują zjawisko fotowoltaiczne, w którym padające promieniowanie słoneczne wybija elektrony w materiale półprzewodnikowym ogniwa, wprawiając je w ruch i tworząc przepływ prądu. Istotne jest tu słowo „światło”, ponieważ o ilości wyprodukowanej energii decyduje przede wszystkim natężenie promieniowania, czyli nasłonecznienie, a nie temperatura powietrza. To rozróżnienie jest fundamentem całego zagadnienia. Można mieć chłodny, ale bardzo słoneczny dzień wiosną, w którym panele PV pracują znakomicie, oraz upalny, parny dzień w środku lata, gdy ich wydajność jest zauważalnie niższa. Sama wysoka temperatura otoczenia nie tylko nie pomaga w produkcji prądu, ale wręcz jej przeszkadza, o czym przekonamy się w kolejnej części. Zrozumienie, że panel „żywi się” światłem, a nie ciepłem, pozwala spojrzeć na letnie spadki wydajności zupełnie inaczej.

Czy upały naprawdę obniżają wydajność? Fakt, nie mit

Przejdźmy do sedna. Twierdzenie, że wysokie temperatury obniżają produkcję energii, to fakt poparty fizyką, a nie mit. Choć panel potrzebuje światła, jego ogniwa krzemowe są wrażliwe na temperaturę, a ich rozgrzanie prowadzi do wymiernego spadku parametrów pracy. Cały proces przebiega w trzech następujących po sobie etapach, które warto prześledzić po kolei.

1. Wzrost temperatury ogniwa: w upalny dzień powierzchnia panelu potrafi rozgrzać się do 60-70°C, czyli znacznie powyżej warunków, w jakich mierzy się jego nominalne parametry.
2. Spadek napięcia: wraz ze wzrostem temperatury ogniwa maleje napięcie, jakie jest ono w stanie wytworzyć, i to właśnie ono odpowiada za większość strat.
3. Obniżenie mocy: niższe napięcie przekłada się bezpośrednio na spadek mocy paneli fotowoltaicznych, a więc na mniejszą ilość energii oddawanej do instalacji.

W praktyce oznacza to, że ten sam panel w chłodne, słoneczne przedpołudnie wyprodukuje więcej energii niż w rozgrzane, upalne popołudnie przy podobnym nasłonecznieniu. Spadek wydajności paneli fotowoltaicznych pod wpływem temperatury jest więc zjawiskiem realnym i przewidywalnym, choć, jak się okaże, nie tak dotkliwym, jak mogłoby się wydawać.

Współczynnik temperaturowy – ile dokładnie tracą panele?

Skoro wiemy już, że temperatura obniża wydajność, pojawia się pytanie o skalę tego zjawiska. Odpowiada za nią parametr zwany współczynnikiem temperaturowym mocy, podawany w każdej karcie katalogowej panelu i wyrażany w procentach na stopień Celsjusza. Mówi on, o ile spada moc ogniwa z każdym stopniem powyżej warunków wzorcowych, czyli 25°C, w jakich mierzy się nominalne parametry w laboratorium. Typowo współczynnik ten wynosi od około -0,3% do -0,4% na każdy stopień. Przełóżmy to na praktykę. Jeśli w upalny dzień powierzchnia ogniwa rozgrzeje się do 65°C, to różnica względem warunków wzorcowych wynosi 40 stopni. Przy współczynniku -0,35% oznacza to spadek mocy o około 14%. To realna strata, choć trzeba pamiętać, że dotyczy ona chwilowych, najgorętszych momentów dnia, a nie całej rocznej produkcji. Warto też wiedzieć, że panele różnią się między sobą pod tym względem, a modele o lepszej sprawności paneli fotowoltaicznych i niższym współczynniku temperaturowym radzą sobie w upały wyraźnie lepiej. Dokładne oszacowanie strat dla konkretnej instalacji bywa trudne, ponieważ zależy od wielu zmiennych naraz. Pomocny okazuje się tu kalkulator wydajności paneli fotowoltaicznych, który uwzględnia lokalne nasłonecznienie, kąt montażu i charakterystykę urządzeń, dając realny obraz spodziewanych uzysków w ciągu roku.

Dlaczego mimo to lato bywa najlepszym okresem produkcji?

Skoro upały obniżają moc paneli, można by pomyśleć, że lato to słaby okres dla fotowoltaiki. W rzeczywistości jest odwrotnie, a decyduje o tym prosty rachunek zysków i strat. Choć temperatura obniża sprawność ogniw, latem instalacja nadrabia to z nawiązką. Dlaczego?

• Słońce świeci znacznie dłużej, nawet przez kilkanaście godzin na dobę, więc panele mają więcej czasu na pracę.
• Natężenie promieniowania jest wtedy najwyższe w całym roku, a to ono, nie temperatura, napędza produkcję prądu.
• Wysoko położone słońce pada na panele pod kątem bliskim optymalnemu, co zwiększa uzyski.

Gdy zestawimy to ze stratami temperaturowymi, okazuje się, że mimo chwilowych spadków w najgorętsze popołudnia produkcja energii w miesiącach letnich i tak pozostaje najwyższa w całym roku. Straty wynikające z temperatury są zauważalne, ale niewielkie w porównaniu z korzyściami płynącymi z długiego, słonecznego dnia. Duże znaczenie ma tu również lokalny klimat, ponieważ fotowoltaika w Elblągu i okolicach korzysta z umiarkowanego, nadmorskiego położenia, w którym ekstremalne i długotrwałe upały zdarzają się rzadziej niż w głębi kraju, dzięki czemu straty temperaturowe są tu przeciętnie jeszcze mniejsze.

Jak ograniczyć spadek wydajności w upały?

Choć strat temperaturowych nie da się całkowicie wyeliminować, można je znacząco zredukować już na etapie projektu i montażu instalacji. Najważniejsza jest odpowiednia cyrkulacja powietrza pod panelami. Moduły montowane z zachowaniem odstępu od połaci dachu chłodzą się znacznie skuteczniej niż te przylegające bezpośrednio do powierzchni, co bezpośrednio przekłada się na niższą temperaturę ogniw i mniejsze spadki mocy. Duże znaczenie ma również sam dobór urządzeń, ponieważ panele o niskim współczynniku temperaturowym lepiej znoszą upały i tracą mniej wydajności w gorące dni. Właśnie dlatego, gdy klienci pytają, jakie panele fotowoltaiczne są najlepsze, warto patrzeć nie tylko na moc nominalną, ale też na zachowanie modułu w wysokich temperaturach. Kolejnym sposobem na lepsze wykorzystanie energii jest połączenie fotowoltaiki z magazynem energii. Dzięki temu nadwyżki produkowane w słoneczne dni nie są tracone, lecz gromadzone i wykorzystywane wtedy, gdy jest to potrzebne. Sprawdzają się tu zwłaszcza instalacje hybrydowe. Stegna, Elbląg i cały nadmorski region to obszary, gdzie takie rozwiązania pozwalają zmaksymalizować uzyski i uniezależnić się od chwilowych wahań produkcji. Dobrze zaprojektowany system, uwzględniający zarówno montaż, jak i magazynowanie energii, sprawia, że letnie spadki wydajności przestają mieć realne znaczenie dla domowego czy firmowego budżetu.

Spadek wydajności paneli w upały to zatem fakt, a nie mit, choć rzeczywistość okazuje się znacznie mniej dramatyczna, niż sugerują obiegowe opinie. Wysoka temperatura ogniw faktycznie obniża ich napięcie i moc, przez co w najgorętsze popołudnia instalacja produkuje mniej, niż mogłoby się wydawać przy tak intensywnym słońcu. Ważne jest jednak rozróżnienie, od którego zaczęliśmy: panele napędza światło, a nie ciepło, dlatego decydującym czynnikiem pozostaje nasłonecznienie. Właśnie dlatego, mimo chwilowych spadków, to lato przynosi najwyższą roczną produkcję energii. Długi dzień, wysokie natężenie promieniowania i korzystny kąt padania słońca z nawiązką rekompensują straty wynikające z temperatury. Co więcej, odpowiednio zaprojektowana instalacja, z prawidłową wentylacją modułów, dobrze dobranymi panelami i magazynem energii, pozwala ograniczyć te straty do minimum i w pełni wykorzystać potencjał słonecznych miesięcy. Jeśli zastanawiasz się, jak zaprojektować instalację, która poradzi sobie nawet w największe upały, warto zaufać doświadczeniu specjalistów. Nasz zespół pomoże dobrać panele, moc i rozwiązania dopasowane do Twojego budynku oraz lokalnych warunków, tak aby fotowoltaika pracowała wydajnie przez cały rok. Skontaktuj się z nami, a przygotujemy propozycję skrojoną na miarę Twoich potrzeb.