Sprawność paneli fotowoltaicznych
0 likes4,333 views
Sprawność paneli fotowoltaicznych jest jedną z podstawowych informacji świadczących o klasie paneli. Jeszcze kilka lat temu za korzystną, uznawano sprawność rzędu 13-15%. Obecnie dobrej klasy panele PV uzyskują sprawność co najmniej 18% wg warunków STC. Kluczową kwestią pozostają warunki dla jakich określa się sprawność paneli PV. Za główne uznaje się warunki STC (Standard Test Condition). Moc wytwarzana przez panel fotowoltaiczny w takich warunkach, uznaje się za moc szczytową (Wp, Watt peak). W praktyce sprawność paneli fotowoltaicznych jest często niższa od określanej w warunkach laboratoryjnych STC. Stąd także producenci podają sprawność odnoszoną do NOCT (Normal Operating Cell Temperature), a w USA i Kanadzie do PTC (PVUSA Test Conditions).
Sprawność paneli fotowoltaicznych
- 1. Sprawność paneli fotowoltaicznych Sprawność normatywna i w warunkach eksploatacyjnych Porównanie sprawności paneli fotowoltaicznych wg różnych standardów Maksymalna moc szczytowa panelu fotowoltaicznego (Wp) Wydanie 1/2018 30.10.2018 eko-blog.pl vaillant.pl
- 2. 2 Dla każdego rodzaju urządzenia wytwarzającego ciepło lub energię elektryczną określa się sprawność pracy. Ogólnie mówiąc zawiera ona informację jaka jest ilość wytwarzanego ciepła lub energii (będąca do praktycznego wykorzystania) w stosunku do energii przetwarzanej lub docierającej do urządzenia. W przypadku paneli fotowoltaicznych oraz kolektorów słonecznych, sprawność odnosi się do energii docierającej ze Słońca do powierzchni urządzeń. Dla uproszczenia przyjmuje się często warunki normatywne, które zakładają, że chwilowa moc promieniowania słonecznego wynosi 1.000 W/m2. Sprawność paneli fotowoltaicznych Jeżeli w takim momencie moc panelu PV wyniesie 180 W, to będzie to oznaczać, że sprawność wyniosła 18%. W praktyce trzeba jednak uwzględnić więcej czynników, które odgrywają wpływ na realne wartości sprawności.
- 3. 3 Dla większości potencjalnych użytkowników sama sprawność panelu PV ma znaczenie drugorzędne. Głównym rozpatrywanym parametrem jest jego nominalna moc. Często też informacja o niej zostaje zawarta w nazwie panelu (np. Vaillant auroPOWER VPV P 305/2 M BWF o mocy nominalnej 305 W). Panele PV oferowane są na rynku najczęściej w typowej wielkości 1,64 m2 brutto. Porównanie mocy paneli fotowoltaicznych jest więc tutaj bardzo łatwe do przeprowadzenia, przynosząc od razu informację o klasie wydajności. Obecnie za wysoki standard uznaje się wydajność rzędu 300 Wp i więcej. Jakie jest znaczenie sprawności paneli PV? Większą uwagę na pojęcie sprawności zwraca się jeżeli do dyspozycji pozostaje ograniczone miejsce dla zabudowy paneli PV. Wyższa sprawność pozwoli z takiej samej powierzchni zajętej na dachu, uzyskać więcej energii elektrycznej.
- 4. 4 o Moc promieniowania słonecznego: 1000 W/m2 o Współczynnik masy powietrza: AM 1.5 o Temperatura cel (ogniw): 25 oC o Temperatura powietrza: nie uwzględniana o Prędkość wiatru: nie uwzględniana Sprawność nominalna paneli PV jest określana według warunków STC, czyli Standard Test Conditions. Są to warunki stwarzane w trakcie badań laboratoryjnych. Producenci przedstawiają dzięki temu w oficjalnych kartach katalogowych sprawności paneli PV odnoszone do jednakowych warunków STC (wg norm PN-EN 60904 i PN-EN 61215). Sprawność modułu fotowoltaicznego w warunkach nominalnych STC 25 oC STC Standard Test Conditions
- 5. 5 Współczynnik masy powietrza AM – definicja AM 1.5 48,2o AM 0 AM 1.0 Większość parametrów opisujących warunki STC dla określania sprawności paneli PV jest łatwa do interpretacji. Wyjątkiem jest współczynnik masy powietrza AM. Określa on według definicji „miarę długości drogi przemierzanej przez bezpośrednie promieniowanie słoneczne z ciała niebieskiego przez atmosferę do poziomu morza, w odniesieniu do długości drogi wzdłuż pionu”. Najkrótsza droga (AM 0) jest do granicy atmosfery, a następnie do powierzchni Ziemi jeżeli Słońce jest w zenicie (AM 1.0). Dla badania sprawności paneli PV przyjęto, AM 1.5, co odpowiada typowym warunkom ich zabudowy w naszych szerokościach geograficznych. Wartość AM 1.5 jest przyjmowana standardowo dla większości prowadzonych badań, gdzie uwzględnia się promieniowanie słoneczne, np. sprawność kolektorów słonecznych, czy też przepuszczalność promieniowania dla szkła, itp.
- 6. 6 Warunki STC są idealne dla osiągania wysokich sprawności przez panele PV. Mogą one jednak występować w niektórych sytuacjach, gdy wysokiemu promieniowaniu słonecznemu towarzyszy bezwietrzna pogoda i niska temperatura powietrza. Wysokie znaczenie odgrywa tutaj w szczególności temperatura cel (ogniw). Odbiega ona zwykle od zakładanej wg STC wartości 25 oC i w praktyce w letnie słoneczne dni może przekraczać 50 oC. Kiedy panele fotowoltaiczne mogą pracować w warunkach STC? Przykładem występowania warunków STC (lub zbliżonych) w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych może być słoneczny zimowy dzień z niską temperaturą zewnętrzną, czy też warunki panujące w górach, gdzie temperatura powietrza może być znacznie niższa od panujących „na nizinach”.
- 7. 7 Jedną z podstawowych informacji w danych technicznych panelu fotowoltaicznego jest jego moc nominalna wyrażana w jednostce Wp. Często znajduje się ona w nazwie panelu. Jest to moc uzyskiwana w warunkach standaryzowanych STC, a więc często uznaje się ją za szczytową, maksymalną moc panelu. Dla całej instalacji PV moc szczytową sumuje się na podstawie ilości paneli i wyraża wówczas jednostką kWp (kilowatt peak). Przykładowo za mikroinstalacje PV uznaje się systemy do 50 kWp, które można przyłączać do sieci elektroenergetycznej dla bilansowania energii na zasadzie tzw. opustu ( ustawa o OZE). Czym jest moc panelu PV wyrażona w jednostce kWp, Wp? Watt peak (ang. peak – szczyt)
- 8. 8 W niektórych krajach (przede wszystkim USA, Kanada), zastosowanie znajduje standard PTC dla określania sprawności paneli PV. Przyjmuje on warunki uznawane jako częściej występujące w pracy paneli PV. Uwzględnia się tu wobec tego temperaturę otoczenia (20 oC) oraz ruch powietrza (1 m/s). Istotne jest przyjmowanie wyższej temperatury cel (ogniw) w panelu, wyznaczanej dla warunków NOCT. Sprawność moduł fotowoltaicznego wg warunków PTC wg NOCT o Moc promieniowania słonecznego: 1000 W/m2 o Współczynnik masy powietrza: AM 1.5 o Temperatura cel (ogniw): wg NOCT o Temperatura powietrza: 20 oC o Prędkość wiatru: 1,0 m/s PTC PVUSA Test Conditions 20 oC 1 m/s
- 9. 9 Szczególnie istotna dla sprawności paneli PV jest temperatura cel (ogniw). Warunki STC zakładają ją na dość niskim poziomie 25 oC. Producenci paneli podają dodatkowo wartość NOCT określoną na drodze badań laboratoryjnych. Wartość NOCT (Normal Operating Cell Temperature) oznacza normalną roboczą temperaturę celi w panelu dla promieniowania słonecznego 800 W/m2 (AM 1.5), temperaturze powietrza 20 oC, prędkości wiatru 1 m/s. Dla paneli wysokiej klasy temperatura NOCT wynosi zwykle 47÷48 oC, a dla przeciętnych ponad 50 oC. Im niższa jest wartość NOCT, tym wyższą sprawność uzyskiwać powinien panel PV w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych. Dane techniczne paneli fotowoltaicznych zawierają także sprawność i inne parametry określane przy temperaturze NOCT. Parametr NOCT dla paneli fotowoltaicznych 800 W/m2 1 m/s 20 oC AM 1.5
- 10. 10 Sprawności wg warunków PTC i NOCT różnią się przyjętą mocą promieniowania słonecznego (odpowiednio 1000 lub 800 W/m2). Warunki PTC zostały przyjęte głównie dla potrzeb największego w USA rynku fotowoltaiki w stanie Kalifornii. Z kolei warunki NOCT przyjęto dla typowych potrzeb umiarkowanego klimatu w większości krajów, gdzie instaluje się panele fotowoltaiczne, stąd przyjęta wartość promieniowania słonecznego 800 W/m2. Sprawność moduł fotowoltaicznego wg warunków NOCT wg NOCT o Moc promieniowania słonecznego: 800 W/m2 o Współczynnik masy powietrza: AM 1.5 o Temperatura cel (ogniw): mierzona o Temperatura powietrza: 20 oC o Prędkość wiatru: 1,0 m/s NOCT Normal Operating Cell Temperature 20 oC 1 m/s
- 11. 11 Porównanie sprawności panelu PV według standardu STC, PTC, NOCT STC Standard Test Conditions PTC PVUSA Test Conditions NOCT Normal Operating Cell Temperature Moc promieniowania słonecznego 1000 W/m2 1000 W/m2 800 W/m2 Współczynnik masy powietrza AM AM 1.5 AM 1.5 AM 1.5 Temperatura powietrza nie uwzględniana 20 oC 20 oC Prędkość wiatru nie uwzględniana 1 m/s 1 m/s Temperatura cel (ogniw) 25 oC z badań NOCT mierzona Przykładowo wysokosprawny panel PV Vaillant auroPOWER VPV P 300/2 M BBF uzyskuje wg 3 rodzajów warunków parametry: STC PTC NOCT 18,3 % 300 Wp 16,6 % 273 Wp 16,7 % 219 Wp
- 12. 12 Na sprawność modułu PV wpływa jego budowa, a w szczególności rodzaj zastosowanych ogniw (poli- lub monokrystaliczne), a także stopień wypełnienia powierzchni przez ogniwa. Sprzyja temu m.in. nowa technologia 5 BB (bus bar), dzięki której tzw. szynowody (bus bary) zajmują mniejszą powierzchnię (nie pochłaniają promieniowania słonecznego). Wysokiego znaczenia nabiera rodzaj zastosowanej szyby, która w wysokiej klasy panelach wykonana jest ze szkła antyrefleksyjnego o najwyższej przepuszczalności promieniowania słonecznego. Bardzo istotne jest też stworzenie warunków do dobrego schładzania wnętrza panelu, dla ograniczenia spadku sprawności. Wpływ budowy paneli fotowoltaicznych na sprawność pracy
- 13. 13 Przykład wyboru panelu fotowoltaicznego według głównych cech produktowych 3 2 1 auroPOWER VPV P 290/2 M SWF Panel o mocy 290 Wp z ogniw monokrystalicznych o standardowej technologii 3BB. Cechują się bardzo korzystnym stosunkiem ceny do mocy, co jest ważne przede wszystkim przy priorytecie uzyskania jak najkrótszego okresu zwrotu kosztów inwestycji. auroPOWER VPV P 300/2 M BBF Panel o mocy 300 Wp z ogniw monokrystalicznych w rozwiniętej technologii 5BB. Cechują się zwiększoną sprawnością i szczególnie atrakcyjnym jednolitym designem dzięki zastosowaniu czarnej ramy modułu i czarnego laminatu ułożonego pod ogniwami auroPOWER VPV P 305/2 M BBF Panel o mocy 305 Wp z ogniw monokrystalicznych w rozwiniętej technologii 5BB. Cechują się maksymalną sprawnością, dzięki czemu możliwe jest zmniejszenie ilości paneli w instalacji PV. Podobnie jak panel odznacza się zwiększoną wytrzymałością mechaniczną (7.500 Pa). 1 2 3
- 14. 14 Chłodzenie Ogrzewanie Energia odnawialna Kotły gazowe Kotły olejowe Pompy ciepła Kolektory słoneczne Fotowoltaika Systemy wentylacji www.eko-blog.pl www.vaillant.pl