Zmiany klimatyczne sprawiają, że pogoda zaskakuje nas na co dzień na niespotykaną do tej pory skalę. W Polsce, na szczęście, wciąż jeszcze panują optymalne warunki do pracy instalacji fotowoltaicznych, bo ekstremalnie wysokie temperatury zdarzają się rzadko i nie trwają długo. Średnie roczne nasłonecznienie wynosi około 1000 kWh/m2.

Choć może nam się to wydawać zdumiewające, panele fotowoltaiczne potrzebują dużo słońca, ale niekoniecznie wysokiej temperatury powietrza. Najlepszej jakości panele zachowują 97-98% sprawności względnej w warunkach nasłonecznienia na poziomie 200W/m2, panele dobrej klasy - 94-96% sprawności względnej. Jeśli wyniki są niższe, należy uznać, że to nie temperatury są za niskie czy insolacja zbyt mała, ale że panele są kiepskiej jakości.

NOCT (Normal Operating Cell Temperature) – co to jest „normalna temperatura”

Zwróćmy uwagę na jeden parametrów, które możemy znaleźć na tabliczkach znamionowych paneli fotowoltaicznych. NOCT (Normal Operating Cell Temperature) to parametr, który określa wysokość temperatury ogniw fotowoltaicznych w normalnych warunkach pracy -  nasłonecznienie 800 W/m2, temperatura otoczenia 20°C, prędkość wiatru 1 m/s. Jak łatwo zauważyć, że „normalne warunki” to temperatura rzędu 20°C, a więc niezbyt wysoka.

W takiej właśnie temperaturze otoczenia temperatura ogniwa fotowoltaicznego może sięgnąć 45°C, co gwarantuje mu dobre warunki pracy. Wciąż będą one dobre, jeśli temperatura powietrza podniesie się do 25 a nawet 30°C, ale już w 40°C panele mogą nagrzać się do około 70°C!

Teoretycznie górna granica, do której  może nagrzać się panel fotowoltaiczny i wciąż funkcjonować w miarę poprawnie, to  85-90°C, praktycznie jednak optymalne funkcjonowanie panelu wymaga temperatury 20-25°C. Już we wspomnianych czterdziestu stopniach temperatury otoczenia panele PV tracą nawet 15% wydajności.

Współczynniki temperaturowe mocy

Kolejna dwa parametry, na które musimy zwrócić uwagę, to tzw. współczynniki temperaturowe mocy.

STC  (Standard Test Conditions) czyli standardowe warunki testowe to parametr, dzięki któremu dowiemy się, że każdy panel testowany jest w temperaturze 25°C, przy nasłonecznieniu 1000W/m2 oraz przy prędkości wiatru nie większej niż 1m/s a także przy współczynniku grubości atmosfery 1,5 AM.

Wraz ze wzrostem temperatury ogniwa o 1⁰C powyżej temperatury testowej, moc panela straci dany ułamek procenta mocy. Jaka to liczba, dowiemy się patrząc na Pmax (Maximum Power Point), który określa poziom strat w wydajności i sprawności modułów fotowoltaicznych, kiedy temperatura samego modułu wzrasta powyżej 25°C.

Współczynniki temperaturowe paneli fotowoltaicznych wg. STC dla dobrych paneli nie powinny być wyższe niż 0,42%. W przypadku najlepszych paneli wynoszą ok. 0,25% – 0,37%/⁰C.

Fotowoltaika latem

Upały i długo utrzymująca się słoneczna bezwietrzna pogoda nie są najlepsze dla produkcji energii elektrycznej przy pomocy ogniw fotowoltaicznych. Dlatego latem (zwłaszcza w lipcu i sierpniu), kiedy krzem, jeden z budulców każdego modułu fotowoltaicznego, nienaturalnie się nagrzewa, może to prowadzić do gwałtownego spadku napięcia, a tym samym do obniżenia efektywności energetycznej paneli.

Panele pracują z optymalną efektywnością wiosną (kwiecień, maj, czerwiec) oraz w okresie tzw. babiego lata. W tych okresach słońce jest już/jeszcze wystarczająco wysoko i długo na niebie, a temperatura powietrza oscyluje  w granicach 20-25°C, czyli jest optymalna dla pracy ogniw fotowoltaicznych.

Czy wysokie temperatury powietrza mogą być przyczyną pożaru instalacji PV?

Znakomita większość nowoczesnych paneli fotowoltaicznych to panele w 100% niepalne. Panele PV naprawdę sporadycznie stają się źródłem pożaru, nawet jeśli zmuszone są do pracy w ekstremalnie wysokich temperaturach. Dobrze zaprojektowana konstrukcja wsporcza, zapewniająca prawidłową wentylację paneli fotowoltaicznych, to wystarczające zabezpieczenie. Zawsze też można zastosować dodatkowe chłodzenie:

  • można wyposażyć moduły PV w rurki wypełnione czynnikiem chłodzącym (nanopłynem)
  • można umiejscowić na krawędzi paneli rurę: małe otwory w rurze pozwalają na magazynowanie wody deszczowej oraz uwalnianie jej, aby na panelach fotowoltaicznych tworzyła się cienka warstwa cieczy, obniżająca niemal natychmiast temperaturę instalacji

Należy pamiętać, że dobrej jakości panele fotowoltaiczne faktycznie mogą się przegrzać, ale gdy temperatura powietrza spadnie, ich wydajność wraca do normy. Na pogodę nie mamy wpływu, ale mamy wpływ na dodatkowe warunki, które również mogą prowadzić do przegrzewania ogniw PV. Wysoka temperatura panela może być także spowodowana zacienieniem lub zabrudzeniem części modułu.  Gdy ogniwo jest zabrudzone lub zacienione przez dłuższy czas, nie produkuje energii, ale pobiera ją z otaczających je ogniw.