Wydajność paneli fotowoltaicznych

Sprawność, wydajność, moc... ile prądu TAK NAPRAWDĘ wyprodukuje moja instalacja? I jak mogę być tego pewny?

Wielu przed zainwestowaniem w panele fotowoltaiczne powstrzymuje obawa, że tak naprawdę jest w tym jakiś szwindel. No bo ile prądu tak naprawdę wyprodukują te panele? I jakie mam na to gwarancje? W tym artykule omówimy moc nominalną paneli, ich sprawność oraz realne uzyski w Polsce. Ponadto przyjrzymy się wpływowi warunków pogodowych oraz pory roku na pracę instalacji i zastanowimy się, czy kilka tygodni złej pogody naprawdę stanowi problem.

W skrócie

Każdy 1kWp korzystnie zamontowanej instalacji fotowoltaicznej powinien w Polsce produkować około 1000 kWh rocznie. Tak, to tak proste.

Dowiedz się w 60 sekund czy fotowoltaika Ci się opłaci

Sprawność

Sprawność panelu fotowoltaicznego określa ile procent otrzymanej energii słonecznej dany panel przekształci w elektryczną w warunkach testowych STC.

Przykład

Panel o powierzchni 1,64m2 i sprawności 20%
otrzymał w ciągu 1 godziny promieniowanie o mocy 500W / m2
Ile wyprodukuje?
500W/m2/h * 20% * 1,64m2 = 164Wh = 0,164kWh

Powyższe liczby obowiązują, jak wspomnieliśmy, w warunkach testowych. Czym są? Ustandaryzowane Warunki Testowe (Standard Test Conditions - STC) zakładają temperaturę ogniwa równą 25°C, brak wiatru i promieniowanie o sile 1000W/m2. W sekcji "rzeczywiste uzyski" omówimy, jak warunki testowe mają się do polskich.

Obliczając sprawność powinno się uwzględniać powierzchnię całego panelu, wraz z ramką. Niektórzy producenci nieuczciwie uwzględniają tylko powierzchnię samych ogniw. Jeśli wykryjemy takie sztuczki, z pewnością przeczytacie o nich w naszych recenzjach producentów .

historia wydajności paneli fotowoltaicznych

Historia wydajności paneli fotowoltaicznych. Domena publiczna. Własność Rządu USA. Praca Instytutu NREL.

Sprawność seryjnie produkowanych paneli polikrystalicznych wynosi mniej więcej 16-18%. Monokrystaliczne sięgają wyżej - najlepsze chińskie panele sięgają 20,5%, a amerykański SunPower produkuje seryjnie panele grubo przekraczające 22%.

Sprawność wyrażona procentowo to parametr bardzo dokładny, ale mało wygodny do oszacowania ilości energii, którą dany panel wytworzy w ciagu roku. Do tego celu lepiej nadaje się moc znamionowa.

Moc znamionowa / nominalna (wydajność)

Moc nominalna paneli słonecznych wyrażana jest w watopikach (np. Wp, kWp). Określa ona wydajność paneli w ustandaryzowanych warunkach testowych STC (Standard Test Conditions), czyli w temperaturze 25°C i nasłonecznieniu 1000W/m2. Moce łączy się ze sobą i tak z czterech połączonych paneli 250 Wp mamy 1 kWp (1k = 1 tysiąc).

Moc znamionowa wynika ze sprawności i wymiarów. Przypominamy, że w warunkach STC nasłonecznienie jest stałe. Znając dwa z tych parametrów można wyliczyć trzeci.

Przykład

Panel NU-AK300 ma według karty produktu moc 300Wp, sprawność 18,4% oraz powierzchnię 1,63 m2
Spróbujemy wyliczyć moc na podstawie sprawności i powierzchni:
1000W/m2*18,4%*1,63m2 = 299,9Wp - czyli 300Wp.

Ponieważ moc znamionowa zależna jest od powierzchni, trzeba zachować czujność. Panel o mocy 330Wp nie musi być identyczny z innym panelem o tej samej mocy. Chyba najlepiej pokaże to poniższy przykład.

Oznaczenie panelu JAM60S09-330/PR REC330NP Q.PEAK DUO-G5 330 BEM 360Wp Prestige Power
Producent JA Solar REC Q.CELLS Bruk Bet Solar
Moc nominalna (Tolerancja mocy) 330Wp (-0;+5Wp) 330Wp (-0;+5Wp) 330Wp (-0;+5Wp) 360Wp (-0;+4,99Wp)
Sprawność 20,00% 19,80% 19,60% 18,51%
Wymiary (mm): 1657x996 1675x997 1685x1000 1960x992
Powierzchnia w m2 1,650372 1,669975 1,685 1,94432

Więcej na temat wymiarów i masy instalacji fotowoltaicznych dowiesz się z tego artykułu .

Rzeczywiste uzyski

No więc wiemy już, ile poszczególne panele produkują prądu w ściśle określonyc, laboratoryjnych warunkach. A ile wyprodukują u mnie na dachu? Otóż krótka i zaskakująca odpowiedź brzmi... że generalnie tyle samo. Moduł fotowoltaiczny o mocy 300Wp powinien dostarczyć 300W prądu z każdego 1000W energii słonecznej. Instalacja nieruchoma 1 kWp teoretycznie wyprodukuje w ciągu roku 1000 kWh. W praktyce zależy to od wielu czynników zewnętrznych – liczby słonecznych dni w roku, kąta zamontowania panelu wobec słońca, itp. przy czym do obliczeń bezpiecznie jest przyjąć 1000 kWh za wartość maksymalną, zaś w rzeczywistości spodziewać się możemy 950 -1050 kWh *.

Po pierwsze przeanalizujmy, ile energii w ciągu roku dostarcza słońce na każdy metr kwadratowy polskiej ziemi. W tym celu posłużymy się poniższą mapką:

Nasłonecznienie Polski

Wynika z tego, że w Polsce każdy metr kwadratowy otrzymuje średnio 1000kW energii rocznie. To dane statystyczne z całego roku, więc kilka tygodni złej pogody nie zmienia tego wyniku.

Jednak rzeczywiste uzyski wynikają nie tylko z nasłonecznienia, ale też z szeregu innych czynników:

  • Nachylenia dachu
  • Orientacji paneli względem południa
  • Zacienienia
  • Odpowiedniej wentylacji i temperatury

Jak wpływają one na sprawność modułów fotowoltaicznych?

Orientacja i kąt nachylenia

W Polsce każdy metr kwadratowy otrzymuje 1000kWh rocznie, ale moduły słoneczne raczej nie leżą płasko na ziemi. Zainstalowanie standardowego panelu o powierzchni 1,6m2  pod właściwym kątem sprawia, że otrzymuje on znacznie więcej energii słonecznej, mniej więcej tyle, co 2m2gruntu.

Nachylenie i orientacja dachu w wysokim stopniu określa ilość promieni słonecznych docierających do paneli. Szczególnie ważna jest tu orientacja. Dach skierowany na południe jest najlepszym rozwiązaniem. Instalacja skierowana na wschód lub zachód nie jest wykluczona, ale musi być większa (i droższa), by generowała tę samą moc. Nachylenie dachu wpływa nieco na ilość  prądu generowaną w danej porze roku. Dachy spadowe o niskim nachyleniu lepiej działają latem, a o wysokim – zimą. Optymalnym rozwiązaniem w Polsce jest dach o normalnym pochyleniu 35 stopni.

Dowiedz się w 60 sekund czy fotowoltaika Ci się opłaci

Idealne nachylenie dachu dla paneli słonecznych wynosi w Polsce od 35° do 38°. Panele słoneczne na dachu o nachyleniu w granicach 20°-35° i 40°-50° mogą tracić od 3% do 5% wydajności. Panele PV na dachach o nachyleniu powyżej 45 ° tracą około 5% do 8%. A co, jeśli dach jest płaski?

Na dachach płaskich instalowane są specjalne konstrukcje, które służą do montażu paneli tak, by były nachylone pod kątem 30°. Jeśli kąt nachylenia wzrasta, odległość między rzędami paneli fotowoltaicznych również musi zostać rozszerzona, aby nie uniknąć wzajemnego rzucania cienia. W innym przypadku, rzucany cień zmniejsza powierzchnię użytkową paneli, co może mieć kluczowe znaczenie w przypadku dachu o małej powierzchni.

Tabelka poniżej przedstawia sprawność paneli fotowoltaicznych względem odchyleń od warunków idealnych. Dachy skierowane w kierunku południowym, południowo-zachodnim i południowo-wschodnim, o spadzie między 20 a 60 stopni, są idealne dla paneli słonecznych. Na nich panele fotowoltaiczne osiągną swoją maksymalną sprawność.

Nachylenie Wydajność paneli fotowoltaicznych
Wschód Południowy-wschód Południe Południowy-zachód Zachód
stopni od północy 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270
płaski dach z nastawioną konstrukcją nośną - 100%
10° 90 91 93 94 95 95 96 95 95 94 92 91 89
20° 88 91 94 96 97 98 98 98 97 96 93 90 87
30° 86 90 94 96 98 100 100 99 98 96 93 89 86
40° 84 88 92 96 98 99 100 99 97 95 90 86 82
50° 80 85 89 93 96 97 97 96 95 92 88 84 78
60° 76 81 86 89 92 93 93 91 90 87 84 79 74
70° 70 76 80 84 86 87 87 86 85 82 78 74 69
80° 65 69 74 77 79 80 80 79 77 75 72 68 63
pion 58 62 65 69 71 71 71 71 69 67 64 60 56

Panele fotowoltaiczne uzyskują na płaskim dachu idealne warunki tylko pod warunkiem, że stosowane są specjalne stelaże, nastawione idealnie na słońce. Panele stawiane poziomo na ziemi uzyskują jakieś 90%, za to na stelażu - 100% wydajności. Zupełnie nie ma potrzeby tracić tej energii i należy zastosować konstrukcję nośną.

Z powyższego wynika, że chociaż średnie roczne nasłonecznienie w Polsce wynosi około 1000 W/m2,to właściwie zainstalowane moduły fotowoltaiczne zbierają około 15-20% więcej promieni słonecznych, niżby to wynikało z samej tylko ich powierzchni.

Niestety inne czynniki zewnętrzne obniżają rzeczywiste uzyski. Przejdźmy do ich omówienia.

Utrata mocy w czasie

Strata efektywności – panele fotowoltaiczne wraz z upływem lat tracą na wydajności. To zjawisko całkowicie normalne. Większość producentów paneli słonecznych gwarantuje, że po 25 latach panele będą wciąż działać z określoną efektywnością. Utratę wydajności na rok danego panelu można wyrazić w procentach. To dość ważny parametr, który na pierwszy rzut oka może nie sprawiać wielkiego wrażenia.

Producent określa dopuszczalny poziom utraty efektywności w gwarancji na uzysk, która pozwala określić całkowity szacowany uzysk z paneli w okresie obowiązywania gwarancji. Gwarancja na uzysk standardowych paneli zwykle obejmuje 25 lat, ale w przypadku paneli podwójnie przeszklonych może być to nawet 30 lat. W tym artykule przeczytasz więcej o tym, jak obliczać wpływ liniowej gwarancji mocy na ogólną produkcję danej instalacji.

Dowiedz się w 60 sekund czy fotowoltaika Ci się opłaci

Panele słoneczne, niezależnie od typu, tracą około 0,3% -0,5% w ogólnej wydajności rocznie. Największy spadek mocy (do 95-97% mocy początkowej) występuje w ciągu pierwszego roku. Ta utrata wydajności jest znikoma w porównaniu do paneli cienkowarstwowych oraz innych alternatywnych źródeł energii i w tej perspektywie powinna być trakowana jako zaleta.

A ile zakupiony panel rozsądnej jakości naprawdę będzie pracować po skończonej gwarancji? Tego nie wie nikt, ale szacunki mogą napawać optymizmem. Więcej na ten temat przeczytasz w tym artykule .

Wpływ temperatury

Gdy panele słoneczne odbiegają od opisanego powyżej STC, rzeczywista wydajność instalacji ulega zmianom. Omówmy wpływ różnicy temperatury. Przy zakupie paneli słonecznych zawsze otrzymujemy dokładny arkusz mówiący o sprawności danego panelu w zależności od panujących warunków. Ważnym wskaźnikiem jest punkt Pmax (Maximum Power Point), który odpowiada na pytanie jak duża jest strata sprawności, gdy temperatura modułu wzrasta powyżej 25°C.

Straty zazwyczaj mieszczą się w skali od 0,3% do 0,4% na stopień. Kiedy wiesz, że powierzchnia panelu słonecznego podczas cieplejszych dni wynosi około 30°C, możesz obliczyć jak wysoka będzie strata. Na przykład, w słoneczny dzień w Australii, gdy temperatura wynosi 40°C , to panele fotowoltaiczne mogą nagrzać się nawet do 65°C, a strata wynieść od 10,5% do 14% mocy.

Zazwyczaj najwięcej energii z paneli PV uzyskuje się między majem a lipcem. Sierpniowe upały i jesienno-zimowe zachmurzenie negatywnie wpływa na efektywność paneli fotowoltaicznych. Mimo to, panele słoneczne efektywniej wykorzystują światło docierające zimą i na jesień. Powód jest prosty - niska temperatura korzystnie wpływa na działanie fotowoltaiki. Można to porównać do laptopa, który zwalnia, gdy się przegrzewa.

Dowiedz się w 60 sekund czy fotowoltaika Ci się opłaci

Przy zakupie paneli słonecznych, dobrze jest wybrać panele z niską wartością Pmax. Wskaźnik ten powie nam jaka jest strata efektywności względem odchyleń od STC. Inną rzeczą na którą warto zwracać uwagę jest umiejscowienie instalacji – wentylacja jest kluczowa i brak przewiewu może skutkować utratą efektywności.

Odporność na temperaturę ma więc duży wpływ na rzeczywistą wydajność instalacji. Poczytasz więcej na ten temat w dedykowanym artykule w Poradach. Z kolei jeśli chcesz znaleźć producentów paneli fotowoltaicznych, które są wyjątkowo odporne na temperaturę, wejdź tutaj .

Wpływ cienia

Cień padający na dany panel fotowoltaiczny generalnie powoduje jego wyłączenie (całego modułu lub jego części) z obwodu przez diody bocznikowe. Jest to niezbędne, gdyż inaczej taki przysłonięty panel obniżałby wydajność całego obwodu.

Przylepione do paneli liście lub duże ptasie odchody również generują zacienienie na panelu, co nie dość że wpływa negatywnie na uzyski, ale też zwiększa ryzyko wystąpienia hot-spotów .

Cień przesuwa się w ciągu dnia, stąd komin czy słup nie uniemożliwiają działania paneli, ani nie wyłączają ich na cały dzień, jednak zasada jest prosta - im więcej cienia, tym mniej prądu.

Warto rozważyć, gdzie dokładnie pada cień w skali roku. Zimą słońce stoi niżej nad horyzontem, przez co cienie są dłuższe i mogą zasłonić więcej dachu.

Brud

Każda instalacja z czasem się brudzi, na co wpływ ma przemysł, pojazdy motorowe oraz pyłki kwiatów i aktywność rolników (szczególnie żniwa), a także ptaki. Zanieczyszczeniu paneli nie sposób zapobiec, a częste wynajmowanie firmy do ich umycia nie ma uzasadnienia ekonomicznego (samodzielne ich mycie zwykłą wodą jest błędem, bo powoduje osadzanie się kamienia), tym niemniej trzeba to robić od czasu do czasu. W branży przyjęto standard dwukrotnego czyszczenia instalacji każdego roku, najlepiej w maju i sierpniu.

Rodzaje paneli słonecznych i charakterystyki poszczególnych modeli

Istnieją dwa najbardziej popularne typy paneli słonecznych - panele monokrystaliczne i panele polikrystaliczne. Różnią się wytwarzaniem i sprawnością.

Sprawność paneli monokrystalicznych to ich zdecydowana zaleta. Osiągają efektywność na poziomie 16% do 22%, podczas gdy ogniwa polikrystaliczne osiągają od 14% do 16% (w idealnych warunkach). Stosując panele fotowoltaiczne monokrystaliczne, efektywniej zagospodarowujesz przestrzeń na dachu.

Dowiedz się w 60 sekund czy fotowoltaika Ci się opłaci

Panele polikrystaliczne są nieco mniej wydajne i zazwyczaj wyraźnie tańsze. Stosując panele fotowoltaiczne polikrystaliczne, zwykle efektywniej wydajesz pieniądze w przeliczeniu PLN/Wp.

Wnioski

Efektywność fotowoltaiki w Polsce, wbrew obiegowej opinii, jest bardzo wysoka. Praktyka pokazuje, że w naszym regionie można uzyskać około 950kWh-1050kWh z każdego 1000kWp. Jest to wynik lepszy niż w Niemczech, kraju który jest światowym liderem w generowaniu prądu z energii słonecznej.

Przypisy:

* Istnieją też systemy nadążne, mechanicznie ustawiające panele tak, by cały dzień ustawione były do słońca pełnym obliczem. Zwiększa to wydajność paneli nawet o 30%, ale niestety raczej nie da się zamontować tego systemu na dachu spadowym.

Opublikowane przez Dawid Kaczmarczyk Redaktor fotowoltaikaonline.pl

Pasjonuje się sprytnymi sposobami pozyskiwania zielonej energii. W wolnych chwilach uczy się chińskiego.

Powiązane artykuły, które mogą Ci się spodobać

Oszczędź do 30% na fotowoltaice!

Wypełnij krótki formularz i otrzymaj oferty od sprawdzony firm

  • Do 3 darmowych wycen na adres email
  • Firmy z latami doświadczenia na rynku
  • Ocena min. 4.5/5
  • Zupełnie za darmo i bez obligacji zakupu!
Porównaj oferty

Zdobądź oferty od najlepszych w branży!

Copyright 2019 Wszystkie prawa zastrzeżone