Ogniwa fotowoltaiczne – sprawność
Sprawność paneli fotowoltaicznych przekłada się wprost na moc uzyskiwaną z jednego panelu. Jest istotna przy doborze wielkości instalacji PV, która często wymaga stosunkowo dużej powierzchni zabudowy na dachu budynku. Im wyższa będzie ilość wytwarzanej przez panel energii elektrycznej, tym więcej można jej będzie uzyskiwać z zajętej na dachu powierzchni. Ważnym kryterium jest to, według jakich warunków podawana jest sprawność ogniwa fotowoltaicznego, gdyż występują tutaj znaczne różnice.
Z tekstu dowiesz się:
- czym jest moc szczytowa paneli,
- według jakich warunków określa się sprawność fotowoltaiki.
Dla każdego urządzenia wytwarzającego ciepło lub prąd określa się sprawność pracy, również dla systemów fotowoltaicznych. Wielkość ta oznacza, jaka jest ilość wytwarzanej energii w stosunku do energii przetwarzanej lub docierającej do urządzenia. Właściciele domów najczęściej zwracają uwagę na moc nominalną zamiast na sprawność, ponieważ na jej podstawie najłatwiej jest porównywać poszczególne modele paneli fotowoltaicznych. Jednak jeśli przestrzeń na dachu jest ograniczona, wówczas sprawność fotowoltaiki staje się sprawą kluczową.
Jeszcze kilkanaście lat temu za zadowalającą uznawano sprawność paneli słonecznych rzędu 12%. Panele te miały wówczas zwykle mniejszą liczbę ogniw niż obecnie (48 vs 60) i tym samym mniejszą powierzchnię. Uzyskiwały moc szczytową rzędu 150-170 Wp. Dzisiejsze moduły fotowoltaiczne dostępne powszechnie w sprzedaży bez problemu uzyskują sprawność instalacji fotowoltaicznej powyżej 18%. Przy większej powierzchni ich moc maksymalna przekracza coraz częściej 300 Wp.
Fotowoltaika – sprawność i moc szczytowa paneli fotowoltaicznych (Wp)
W nazwie paneli często uwzględnia się liczbę wskazującą, jaką maksymalną moc mogą one uzyskiwać. Tak zwana moc szczytowa jest wyrażana w jednostce Wp lub kWp (watt peak, kilowatt peak). Jest ona określana w warunkach laboratoryjnych przy tzw. założeniach STC (standard test condition). Przyjmuje się w nich, że promieniowanie słoneczne ma moc 1000 W/m2, a temperatura wewnątrz panelu PV wynosi 25℃.
W rzeczywistości promieniowanie słoneczne w naszym klimacie jest często niższe. Stosuje się również określony współczynnik masy powietrza AM, czyli długość drogi przemierzanej przez promieniowanie słoneczne ze Słońca przez atmosferę do poziomu morza – dla naszej szerokości AM jest równe 1,5. Z kolei temperatura wewnątrz panelu także przekracza 25℃. Dodatkowo dochodzi wpływ temperatury powietrza zewnętrznego i prędkości wiatru.
Moc szczytowa panelu fotowoltaicznego jest uzyskiwana w korzystnych warunkach eksploatacji, to znaczy w mroźny słoneczny dzień przy dobrych warunkach nasłonecznienia, a także w warunkach górskich. W letnie, słoneczne i ciepłe dni temperatura wewnątrz paneli może sięgać 40-50℃, co wpłynie negatywnie na sprawność paneli fotowoltaicznych i ich moc (W).
Dla całej instalacji PV sumuje się moc szczytową każdego panelu i wyraża w jednostce kWp, np. za mikroinstalacje uznaje się systemy do 50 kWp – jest to istotne przy ubieganiu się o dofinansowanie na fotowoltaikę.
Ogniwo fotowoltaiczne – sprawność według warunków NOCT i PTC
Sprawność paneli fotowoltaicznych według warunków STC można uznać za tradycyjnie podawaną wartość nominalną. Panele poddawane szczegółowym badaniom sprawnościowym i wytrzymałościowym posiadają jednak także dodatkowe dane.
W warunkach europejskich stosuje się określenie sprawności fotowoltaiki z uwzględnieniem temperatury NOCT. Inaczej normal operating cell temperature to temperatura ogniw wewnątrz panelu mierzona przy promieniowaniu słonecznym równym 800 W/m2 (AM 1,5) i prędkości wiatru 1 m/s. W panelach PV dobrej klasy temperatura ta nie przekracza 47-48℃, w panelach przeciętnych wynosi ok. 50℃ (im niższa, tym korzystniejsza). Dla takiej temperatury ogniw wyznacza się następnie sprawność i inne parametry w punkcie NOCT. Są to więc wartości bliższe przeciętnie występującym w warunkach eksploatacji instalacji fotowoltaicznej. Sprawność według warunków NOCT jest przeciętnie niższa o około 25% od standardowej według STC.
Dla potrzeb niektórych krajów o korzystniejszym nasłonecznieniu stosuje się także sprawność ogniw fotowoltaicznych wyznaczaną według warunków PTC. Znajduje to zastosowanie przede wszystkim w Kalifornii i innych stanach o ciepłym klimacie. W odróżnieniu od warunków NOCT warunki PTC przyjmują wyższą moc promieniowania słonecznego równą 1000 W/m2.
Na sprawność paneli ma również wpływ:
- ich budowa, a zwłaszcza rodzaj zastosowanych ogniw – np. poli- lub monokrystalicznych,
- stopień wypełnienia powierzchni przez ogniwa – np. bardzo korzystna technologia 5 BB, czyli szynowodów (bus barów), które nie pochłaniają promieniowania,
- rodzaj szyby – np. szkło antyrefleksyjne o najwyższej przepuszczalności promieniowania słonecznego,
- zapewnienie warunków do schładzania wnętrza panelu.
Ważne, aby na etapie wyboru paneli fotowoltaicznych zwracać uwagę na ich sprawność i warunki jej określania. Przede wszystkim ma to znaczenie dla odpowiedniego doboru instalacji fotowoltaicznej (m.in. moc inwertera w stosunku do mocy paneli).