Zakładając elektrownię słoneczną, dąży się do tego, aby czerpać jak największe korzyści z produkcji energii. Z tego względu warto wiedzieć, jaka jest sprawność paneli fotowoltaicznych oraz co ma na nią wpływ. Fotowoltaika cieszy się rosnącą popularnością, ponieważ osiąga wyższą wydajność niż elektrownie wiatrowe lub wodne.
Na pracę elektrowni słonecznej wpływ mają różne czynniki, takie jak sposób montażu, warunki atmosferyczne czy pora roku. Zdolność systemu do przemiany promieniowania słonecznego w energię elektryczną określa się jako sprawność paneli fotowoltaicznych. Im wyższy jest jej poziom, tym osiąga się lepsze efekty. Sprawność bezpośrednio przekłada się na działanie instalacji, a dokładniej – na moc uzyskiwaną z pojedynczego panelu.
Często mając na myśli sprawność, mówi się o wydajności. Oba wyrażenia stosuje się zamiennie. Nie jest to dużym błędem, jednak należy mieć na uwadze, że sprawność fotowoltaiki odnosi się do tego, jaka jest możliwa moc pojedynczego modułu i ile energii może on wyprodukować. Oznacza to, że odnosi się przede wszystkim do parametrów technicznych jednego modułu. Dopiero po uwzględnieniu całej instalacji, można ustalić, jaka jest jej wydajność.
Sprawność ogniw fotowoltaicznych ma istotne znaczenie przy wyborze wielkości instalacji. Jeśli ilość wytwarzanej energii jest niewielka, konieczna jest duża powierzchnia dachu lub gruntu przeznaczona na konstrukcję. Ogniwa o wysokiej sprawności mogą być mniejsze. Każde urządzenie generujące ciepło lub prąd posiada określoną sprawność pracy. Dotyczy to również systemów fotowoltaicznych, w których wartość ta determinuje ilość wytwarzanej energii względem energii przetwarzanej lub docierającej. Klienci zazwyczaj zwracają uwagę na moc nominalną zamiast sprawność ogniw fotowoltaicznych, aby porównać ze sobą poszczególne modele. W przypadku, gdy nie ma się zbyt wiele miejsca na dachu, sprawność fotowoltaiki powinna stanowić kluczowy czynnik wyboru.
Spis treści
Parametry określające sprawność fotowoltaiki
W specyfikacji paneli fotowoltaicznych często podaje się wartość maksymalnej mocy, jaką mogą one uzyskać. Jest to tzw. moc szczytowa, którą wyraża się w jednostkach Wp lub kWp (watt peak, kilowatt peak). Maksymalną moc ustala się w warunkach laboratoryjnych, czyli w tzw. warunkach STC (standard test condition). Oznacza to, że wyliczenia dokonane są przy założeniach, że promieniowanie słoneczne wynosi 1000 W/m2, a temperatura wewnętrzna panelu fotowoltaicznego równa jest 25°C. Warunki STC odnoszą się również do współczynnika masy powietrza, czyli długości drogi, jaką musi pokonać promieniowanie słoneczne zanim dotrze do Ziemi. W Polsce wartość ta wynosi 1,5 AM.
Podawana przez producentów moc szczytowa panelu fotowoltaicznego uzyskiwana jest w warunkach dla nich najkorzystniejszych. Pomija się zatem możliwość dni, a nawet całych tygodni, pochmurnych lub deszczowych. Dotyczy to również temperatury, która w warunkach STC jest optymalna dla pracy instalacji (25°C). W lato temperatura wewnątrz paneli może natomiast osiągać nawet 50°C, czyli dwukrotnie więcej niż w założeniach. Wpływa to z kolei na spadek sprawności systemu.
Sprawność paneli fotowoltaicznych według warunków STC jest podstawową wartością podawaną na rynku Polskim. Czasem stosuje się jednak warunki NOCT, w których temperatura wewnątrz ogniw mierzona jest przy promieniowaniu słonecznym wynoszącym 800 W/m2 i prędkości wiatru równym 1 m/s. Są to więc warunki bliższe rzeczywistości, w jakiej pracować będzie instalacja. Sprawność fotowoltaiki w warunkach NOCT jest zazwyczaj niższa o ok. 25% od standardów STC. W przypadku krajów silnie nasłonecznionych stosuje się również warunki PTC, jednak w Polsce nie mają one zbyt wielkiego znaczenia. Parametry te wykorzystuje się przykładowo w Kalifornii. Przyjmują one wyższą moc promieniowania słonecznego.
Co wpływa na sprawność paneli fotowoltaicznych?
Pierwsze modele paneli fotowoltaicznych uzyskiwały średnią sprawność rzędu 12% i składały się zazwyczaj z mniejszej liczby ogniw, co przekładało się na mniejszą powierzchnię instalacji. Systemy takie były w stanie uzyskać moc szczytową wynoszącą od 150 do 170 Wp. Współczesne modele posiadają znacznie lepsze parametry. Najnowsze instalacje uzyskują średnio 20% sprawności. Zajmują więcej przestrzeni, jednak dzięki temu maksymalna moc może przekroczyć nawet 300 Wp.
Na sprawność ogniw fotowoltaicznych wpływa przede wszystkim materiał, z jakiego są wykonane. Na rynku funkcjonują panele monokrystaliczne, polikrystaliczne oraz wykonane z krzemu amorficznego. Te ostatnie osiągają najniższą sprawność, z kolei największą posiadają ogniwa monokrystaliczne. Równie ważna jest także struktura modułu i rodzaj zastosowanej w nich technologii. Odnosi się to między innymi do stopnia wypełnienia powierzchni przez ogniwa. Przykładowo zastosowanie technologii 5BB, czyli tzw. szynowodów (bus barów) działa korzystnie, gdyż nie pochłaniają one promieniowania słonecznego.
Znaczenie ma także rodzaj szyby, a dokładniej typ powłoki antyrefleksyjnej. Największą sprawność zapewnia w tym przypadku szkło antyrefleksyjne o wysokim poziomie przepuszczalności promieniowania słonecznego.
Jeśli chodzi zaś o czynniki zewnętrzne, na sprawność ogniw fotowoltaicznych wpływają pory roku. Instalacja działa zarówno latem, jak i zimą, jednak w bardziej pochmurne miesiące generuje mniejszą ilość energii. W lato dni są dłuższe, a więc fotowoltaika będzie dłużej działać. Równie ważne są warunki atmosferyczne. Na sprawność paneli fotowoltaicznych wpływać będzie zalegający śnieg, kurz lub liście. Ograniczają one dostęp do światła, co nie pozwala wykorzystać pełnego potencjału elektrowni słonecznej. Zbyt wysoka temperatura także zmniejsza skuteczność instalacji. Na szczęście w Polsce upalnych dni jest niewiele.
Wydajność paneli fotowoltaicznych w Polsce
Powszechnym mitem na temat fotowoltaiki jest to, że sprawdza się ona najlepiej w bardzo ciepłym klimacie. Prawda jest jednak taka, że systemy fotowoltaiczne najlepiej funkcjonują w klimacie umiarkowanym. Dobrze nasłonecznione kraje, takie jak Włochy czy Portugalia, muszą mierzyć się z problemem przegrzewających się instalacji, a jak już wspomniano temperatura wewnątrz ogniwa wpływa na sprawność paneli fotowoltaicznych. Polska pod tym względem wypada dużo lepiej. Średnie temperatury w ciągu roku nie stanowią problemu, a jednocześnie ilość promieniowania słonecznego padającego na teren kraju jest wystarczająca, aby elektrownia generowała dużą ilość energii.
Szacuje się, że w okresie od maja do września instalacja fotowoltaiczna może wygenerować tyle energii, aby pokryć blisko 120% zapotrzebowania energetycznego przeciętnego gospodarstwa domowego. Z kolei od listopada do lutego, wartość ta spada do ok. 30%. Nie wiąże się to jednak z wielkim spadkiem wydajności systemu w ujęciu całorocznym. Latem wytwarza się bowiem nadwyżki energii, które można przekazać do lokalnej sieci energetycznej, po czym odebrać z powrotem w zimie. W ten sposób gospodarstwo domowe posiada stały dostęp do prądu. Jednocześnie długa żywotność instalacji gwarantuje, że wydajność paneli fotowoltaicznych nie spadnie nawet przez 25 lat.
Fotowoltaika w Polsce jest nie tylko wydajna, ale także opłacalna. Można bowiem skorzystać ze specjalnych programów dofinansowań na zakup i montaż własnej elektrowni słonecznej. Nasz kraj coraz bardziej inwestuje w odnawialne źródła energii, dlatego udziela realnego wsparcia dla osób, które chcąc być bardziej ekologiczni. Dostępnych jest kilka form pomocy. Jedną z nich jest ulga podatkowa. Właściciele instalacji fotowoltaicznej mogą od całości kosztów inwestycji odliczyć próg podatku dochodowego. Średnio to zysk przekroju ok. 5 000 zł.
Dofinansowanie do instalacji fotowoltaicznej działa również w postaci corocznego programu Mój Prąd. Umożliwia on otrzymanie wsparcia finansowego (3000 zł w 2021 r.) do nowych instalacji fotowoltaicznych. Warto również wspomnieć o programie Czyste Powietrze, który ma na celu zwiększyć efektywność energetyczną domów jednorodzinnych. Za jego sprawą można uzyskać dofinansowanie do 30 000 zł. Oba programy można ze sobą łączyć, co znacznie pozwala zmniejszyć koszt inwestycji w OZE. Wydajność fotowoltaiki w Polsce jest tylko jedną z korzyści, gdyż oprócz tego własna elektrownia słoneczna gwarantuje zmniejszenie rachunków za prąd oraz niezależność energetyczną.
