Sprawność paneli fotowoltaicznych – co to oznacza?

Sprawność paneli fotowoltaicznych to ich zdolność do przetwarzania energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Zamiast terminu sprawność możemy użyć też terminu efektywność. Sprawność paneli PV zależy od ich parametrów technicznych oraz od technologii, w której zostały wyprodukowane. Dlatego właśnie producenci paneli wciąż poszukują nowych rozwiązań, a ich nabywcy starają się posiąść chociaż elementarną wiedzę na temat poszczególnych technologii. 

Sprawność paneli fotowoltaicznych bezpośrednio wpływa na efektywność całej instalacji fotowoltaicznej. Wysoka sprawność modułów pozwala więc na montaż instalacji o mniejszej powierzchni. Zmienną, która najbardziej wpływa na sprawność paneli PV jest intensywność promieniowania słonecznego. W Polsce, w zależności od regionu, roczne nasłonecznienie wynosi od 1390 do 1900 godzin. Na Mazowszu np. waha się od 1550 do 1700 godzin, a w centralnej Polsce od 1022 – 1048 kWh/m2/rok. Na pozostałym terenie kraju wynosi ono nieco poniżej 1000 kWh/m2 rocznie. Najwyższe roczne nasłonecznienie, wynoszące ok. 1050 kWh/m2/rok, notujemy w południowej część województwa lubelskiego. 

Najkorzystniejsze warunki pogodowe występują na terenie Polski w miesiącach wiosenno-letnich (od kwietnia do czerwca), a najmniej korzystne w jesienno-zimowych (od grudnia do lutego). Nie oznacza to jednak, że jesienią i zimą instalacja fotowoltaiczna nie jest efektywna. Nie ma takiej możliwości, żeby z uwagi na niekorzystne warunki pogodowe w Polsce, poziom produkcji energii elektrycznej przez panele fotowoltaiczne spadł do zera, dlatego uznaje się, że inwestowanie w fotowoltaikę w naszym kraju ma zarówno uzasadnienie ekologiczne, jak i ekonomiczne.

Sprawność paneli fotowoltaicznych a temperatura

Należy pamiętać, że do optymalnego funkcjonowania paneli PV nie jest niezbędna bardzo wysoka temperatura i nieustające wysokie nasłonecznienie. Wspomniane warunki szkodzą panelom –  upały i długo utrzymująca się słoneczna bezwietrzna pogoda wbrew pozorom nie są najlepsze dla produkcji energii elektrycznej przy pomocy ogniw fotowoltaicznych. Temperatury utrzymujące się na terenie Polski zimą sprzyjają utrzymywani dobrej sprawności paneli fotowoltaicznych. 

Sprawność paneli fotowoltaicznych w zimie

W grudniu i styczniu instalacja fotowoltaiczna o mocy 1kWp może wytworzyć raptem ok. 20-30 kWh, ale w lutym już ok. 60 kWh. Nowoczesne panele fotowoltaiczne są zdolne pracować efektywnie do temperatur rzędu minus 40 stopni, ale takie w Polsce nie zdarzają się nigdy. Za to przeszkodą w ich sprawnym funkcjonowaniu może być zalegający śnieg.

Trzeba pamiętać, że przy dwucentymetrowej pokrywie śnieżnej przepuszczalność paneli PV zmniejsza się nawet o 80%, a przy dziesięciocentymetrowej spada niemal do zera. Jeśli panele usytuowane są na dachu dwuspadowym albo na naziemnym systemie montażowym, kąt ich nachylenia często umożliwia samoczynne zsuwanie się śniegu. Jeśli tak się nie dzieje, trzeba pokrywę śnieżną usunąć samodzielnie, dbając o to, żeby nie uszkodzić paneli. 

Jeśli nasza fotowoltaiczna instalacja naziemna składa się z paneli dwustronnych (bifacial), pokrywa śnieżna działa tylko na jej korzyść – śnieg to podłoże o dużym albedo, czyli dużej zdolności odbijania światła słonecznego. W przypadku świeżego śniegu albedo waha się w granicach 85%, a jeśli śnieg zalega na pokrywie lodowej – osiąga aż 90%. Albedo śniegu jest mniejsze na obszarach skażonych zanieczyszczeniami.

Pozostałe zmienne wpływające na sprawność paneli PV 

Oprócz intensywności promieniowania słonecznego na sprawność paneli fotowoltaicznych wpływają także: 

  • materiał z którego wykonane są ogniwa fotowoltaiczne
  • jakość łączenia ogniw fotowoltaicznych z pozostałymi elementami instalacji
  • rodzaj zastosowanej powłoki antyrefleksyjnej, która ma na celu zwiększenie ilości uzyskanej energii

Sprawność poszczególnych rodzajów paneli PV

Materiał, z którego wykonane są ogniwa fotowoltaiczne wpływa na sprawność modułów oraz paneli PV. Musimy wiedzieć, że:

  • Ogniwa monokrystaliczne zbudowane są z monolitycznego kryształu krzemu, który w procesie „hodowli” przyjmuje kształt walca o średnicy ok. 30cm, a następnie cięty jest na pojedyncze ogniwa (płytki) o grubości 2-3mm. Ich sprawność waha się od 15 do 20%.
  • Ogniwa polikrystaliczne wytwarzane z wielu kryształów krzemu. Krystalizują się one  w prostopadłościennej kadzi po czym również tnie się je na cienkie płytki – tym razem w kształcie kwadratu. Ich sprawność waha się od 14 do 18%.
  • Ogniwa amorficzne składają się z cienkich ogniw zbudowanych z krzemu amorficznego, czyli takiego, który nie jest wykrystalizowany, w związku z czym nie ma postaci kryształu. Należą one do grupy ogniw cienkokrystalicznych. Ich sprawność waha się od 6 do 10%.
  • Ogniwa perowskitowe produkowane są z modyfikowanych minerałów zwanych perowskitami. Są elastyczne, częściowo transparentne i bardzo lekkie. Ich sprawność przekracza 25%.

Warto też wiedzieć, że ogniwa połówkowe, czyli wykonane w technologii HCC (ang. Half Cut Cels) mają sprawność o około 1,5-3% wyższą, niż ogniwa wykonane w technologii tradycyjnej.