1. Kluczowe czynniki wpływające na wydajność przy słabym nasłonecznieniu
W codziennej pracy systemu fotowoltaicznego produkcja energii nie zachodzi wyłącznie w południe, gdy nasłonecznienie jest najsilniejsze. Poranki, wieczory, dni pochmurne czy zimowe – te warunki niskiego promieniowania stanowią znaczną część rocznego czasu pracy systemu. Ma to szczególne znaczenie w północnych Włoszech, terenach górskich i regionach o krótkim czasie nasłonecznienia zimą, gdzie silnie wpływa na krzywą produkcji energii. Dlatego rzeczywista moc wyjściowa modułu w warunkach słabego światła bezpośrednio decyduje o całkowitej wydajności systemu i opłacalności inwestycji.
Na wydajność modułów fotowoltaicznych przy słabym nasłonecznieniu wpływają trzy główne czynniki:
Po pierwsze – konstrukcja ogniw. W tradycyjnych modułach na froncie znajdują się metalowe siatki przewodzące, które częściowo zasłaniają padające światło, obniżając efektywność jego absorpcji. Moduły IBC (Interdigitated Back Contact), dzięki przeniesieniu wszystkich elektrod na tylną stronę, eliminują to zasłonięcie, zwiększając zdolność pochłaniania światła przy niskim natężeniu promieniowania.
Po drugie – reakcja modułu na różne długości fal i natężenia światła. W zakresie natężenia 200–600 W/m² różnice w działaniu poszczególnych technologii stają się wyraźne. Moduły o lepszej wydajności w słabym świetle mogą rozpocząć generację przy niższym poziomie nasłonecznienia i utrzymywać stabilną moc wyjściową, wydłużając czas dziennej produkcji energii.
Trzecim kluczowym czynnikiem jest zdolność adaptacji do warunków środowiskowych. Niskie nasłonecznienie często występuje wraz z niskimi temperaturami i wyższym udziałem światła rozproszonego. W takich sytuacjach istotne stają się współczynnik temperaturowy i konstrukcja laminatu. Im niższy współczynnik temperaturowy, tym lepiej moduł utrzymuje moc przy niskich temperaturach. Przykładowo, moduły IBC charakteryzują się współczynnikiem -0,29%/°C, co jest lepsze niż w przypadku standardowych rozwiązań. W warunkach zachmurzenia lub zacienienia, moduły dobrze pochłaniające światło rozproszone zapewniają również większą stabilność produkcji.
Wydajność przy słabym nasłonecznieniu nie jest osobnym parametrem technicznym, lecz wynikiem synergii konstrukcji, reakcji spektralnej i odporności środowiskowej. Stanowi ona również kluczowy wskaźnik zdolności modułu do stabilnej produkcji energii przez cały rok – niezależnie od zmiennych warunków klimatycznych.
2. Jak moduły IBC osiągają wysoką wydajność przy słabym nasłonecznieniu?
W warunkach ograniczonego nasłonecznienia efektywność pracy modułu zależy od jego zdolności do wychwytywania ograniczonego światła oraz szybkości reakcji elektrycznej. Moduły IBC mają tu wyraźną przewagę konstrukcyjną – ich front pozbawiony jest metalowych elementów zacieniających, co zwiększa powierzchnię dostępną dla promieniowania. Szczególnie w godzinach o niskim natężeniu światła, przy skośnym kącie padania lub dużym udziale światła rozproszonego, taka konstrukcja znacznie poprawia efektywność pochłaniania fotonów.
Poza otwartą strukturą, moduły IBC cechują się również lepszą reakcją spektralną – są w stanie szybciej rozpocząć generację prądu przy niskim poziomie oświetlenia, co obniża tzw. próg uruchomienia produkcji energii. Przy typowym natężeniu 200 W/m² tego typu moduły utrzymują ponad 85% mocy wyjściowej, podczas gdy standardowe rozwiązania wykazują w takich warunkach znaczny spadek efektywności. Ta różnica sprawia, że moduły IBC mogą wydłużyć efektywny czas produkcji energii w godzinach porannych, wieczornych oraz podczas dni pochmurnych – co podnosi całkowitą dzienną krzywą uzysku.
Temperatura to kolejna istotna zmienna wpływająca na produkcję energii przy słabym świetle. Niska irradiancja często towarzyszy niskiej temperaturze, a moduły IBC, dzięki korzystniejszemu współczynnikowi temperaturowemu na poziomie -0,29%/°C, tracą mniej mocy w chłodnym otoczeniu. Dzięki temu generują więcej energii – zwłaszcza w warunkach zimowych i o świcie lub zmierzchu.
Co więcej, moduły IBC zazwyczaj wykorzystują połączenie wysoko refleksyjnej folii tylnej oraz szkła o wysokiej przepuszczalności, co dodatkowo wzmacnia ich zdolność do wykorzystywania światła rozproszonego w warunkach zachmurzenia lub częściowego zacienienia. Nawet przy pośrednim świetle są w stanie skutecznie przekształcać je w energię, co minimalizuje wahania produkcji wywołane niestabilnym otoczeniem. Taka stabilność ma kluczowe znaczenie dla dachów o złożonej konstrukcji, nieoptymalnych kątach nachylenia lub częstym zacienieniu – zwłaszcza w zastosowaniach komercyjnych.
Podsumowując, znakomite osiągi modułów IBC w warunkach słabego światła wynikają z kompleksowej integracji optymalnej konstrukcji, synergii materiałów i reaktywności systemu – a nie tylko z pojedynczego parametru sprawności konwersji.
3. Różnice w wydajności modułów przy niskim poziomie nasłonecznienia
W warunkach słabego nasłonecznienia różnice w wydajności między różnymi technologiami modułów stają się bardziej widoczne niż w standardowych warunkach testowych. Chociaż moduły IBC, TOPCon i PERC osiągają porównywalną sprawność przy standardowej irradiancji, w zakresie 200–600 W/m² wyraźnie różnią się pod względem szybkości reakcji, stabilności wyjściowej i zdolności adaptacji do różnych długości fal światła.
Moduły PERC, z uwagi na obecność przednich metalowych siatek i węższy zakres absorpcji spektralnej, zazwyczaj wymagają poziomu nasłonecznienia powyżej 300 W/m², aby rozpocząć stabilną produkcję energii. W efekcie, ich wydajność w godzinach porannych, wieczornych i podczas pochmurnych dni wyraźnie spada.
Moduły HJT, dzięki ulepszonej strukturze pasywacyjnej, wykazują lepszą reakcję na słabe światło niż technologie konwencjonalne. Jednak przy bardzo niskim nasłonecznieniu lub w niskiej temperaturze mogą wciąż wykazywać opóźnione uruchamianie oraz drobne wahania mocy w początkowej fazie pracy.
Moduły TOPCon, z udoskonaloną pasywacją przednią i dłuższą żywotnością nośników ładunku, wypadają lepiej od PERC w słabym świetle. Mimo to, przy bardzo niskim poziomie nasłonecznienia lub zimnie, również mogą wystąpić opóźnienia w reakcji – w niektórych modelach także lekkie skoki mocy przy uruchomieniu.
Moduły IBC, dzięki pozbawionej zacienienia powierzchni frontowej, silniejszej reakcji spektralnej i zoptymalizowanemu przepływowi prądu, osiągają znakomite wyniki w słabym świetle. Liczne testy terenowe potwierdzają, że przy niskiej irradiancji:
- osiągają wyraźnie wyższą moc wyjściową,
- uruchamiają się wcześniej,
- zapewniają bardziej płaską i stabilną krzywą produkcji w godzinach granicznych.
Szczególnie w przypadku dachów z częstym zacienieniem lub oświetleniem tylko o wschodzie i zachodzie, moduły IBC znacząco wydłużają efektywny czas pracy systemu.
Warto zaznaczyć, że w scentralizowanych elektrowniach naziemnych, gdzie zyski z odbicia dwustronnego są znaczne, wysoki współczynnik bifacjalności modułów TOPCon nadal stanowi ich przewagę. Jednak jeśli skupimy się na scenariuszach rozproszonych, gdzie kluczowe znaczenie ma reakcja frontowa w warunkach słabego światła, to dzięki swojej konstrukcyjnej optymalizacji moduły IBC zapewniają bardziej stabilną i przewidywalną wydajność systemową.
4. Scenariusze zastosowań modułów IBC przy słabym nasłonecznieniu
Choć doskonałe parametry modułów IBC przy słabym nasłonecznieniu są widoczne w danych technicznych, ich prawdziwa wartość ujawnia się w kontekście dopasowania do konkretnych warunków terenowych. W projektach, gdzie duża część czasu pracy przypada na słabe światło lub środowisko jest złożone, przewagi konstrukcyjne modułów IBC przekładają się na realne zyski energetyczne. W takich warunkach, w porównaniu z popularnymi technologiami TOPCon i PERC, IBC wykazują wyraźnie lepszą responsywność i stabilność działania.
W zestawieniu z TOPCon, brak przesłonięcia frontu w modułach IBC pozwala na wcześniejsze uruchomienie produkcji oraz bardziej stabilne wartości wyjściowe przy niskim natężeniu światła. Z kolei w porównaniu z HJT – mimo że HJT dobrze sprawdza się w niskich temperaturach – IBC oferują szerszą reakcję spektralną, co przekłada się na dłuższy czas efektywnej produkcji energii w zmiennych warunkach atmosferycznych.
Typowe scenariusze, w których moduły IBC osiągają szczególne korzyści:
- Rozproszone dachy z częstym zacienieniem – np. miejskie budynki komercyjne z małymi odstępami lub otoczone drzewami;
- Regiony o krótkim czasie nasłonecznienia zimą i dużym udziale energii z poranka i wieczora – np. północne Włochy, rejon Alp;
- Projekty o wysokich wymaganiach wizualnych i konstrukcyjnych – np. elewacje BIPV, zadaszenia fotowoltaiczne;
- Zakłady przemysłowe z dużym zużyciem wczesnym i późnym – np. przedsiębiorstwa energochłonne pracujące w trybie zmianowym.
Według danych z wybranych istniejących instalacji, w regionach gdzie zimą średni czas nasłonecznienia nie przekracza 3 godzin dziennie, roczna produkcja energii z modułów IBC może być o 3–5% wyższa niż w przypadku modułów PERC o tej samej mocy. Choć różnica ta nie wydaje się duża w skali dobowej, w dłuższym okresie przynosi wyższy całkowity uzysk systemu – szczególnie w projektach z wysoką ceną energii lub jasnym mechanizmem sprzedaży, gdzie przekłada się to na stabilniejsze przepływy pieniężne.
Podsumowanie
W obliczu rosnącej homogenizacji technologii modułów fotowoltaicznych, o rzeczywistej efektywności systemu nie decyduje już wyłącznie maksymalna sprawność deklarowana w warunkach laboratoryjnych, lecz zdolność do adaptacji do rzeczywistych warunków pracy. W tym kontekście, wydajność przy słabym nasłonecznieniu staje się kluczowym wskaźnikiem praktycznej wartości modułu.
Moduły IBC, dzięki otwartej konstrukcji frontu, silnej reakcji spektralnej i doskonałej odporności temperaturowej, zapewniają trwałą przewagę w produkcji energii przy nieoptymalnym oświetleniu. Dla projektów dachowych, obiektów o wysokim zużyciu energii w godzinach porannych i wieczornych lub inwestycji z wysokimi wymaganiami estetycznymi, moduły IBC to nie dodatkowy koszt – to gwarancja stabilnych przychodów.
Prawdziwa wartość modułów wysokiej klasy nie polega na rekordowej mocy w pełnym słońcu, lecz na tym, że nawet przy słabym świetle i zacienieniu potrafią niezawodnie produkować energię – maksymalizując wykorzystanie każdej dostępnej porcji promieniowania.
Od 2008 roku Maysun Solar jest zarówno inwestorem, jak i producentem w branży fotowoltaicznej, oferując bezinwestycyjne rozwiązania solarne dla dachów przemysłowych i komercyjnych. Dzięki 17-letniemu doświadczeniu na rynku europejskim oraz mocy zainstalowanej wynoszącej 1,1 GW, realizujemy w pełni finansowane projekty solarne, umożliwiając firmom monetyzację dachów i obniżenie kosztów energii bez konieczności inwestycji początkowej.Nasze zaawansowane moduły IBC, HJT, TOPCon, a także stacje solarne na balkon zapewniają wysoką wydajność, trwałość i długoterminową niezawodność. Maysun Solar przejmuje na siebie cały proces, obejmujący uzyskanie pozwoleń, instalację oraz konserwację, co gwarantuje płynne i bezpieczne przejście na energię słoneczną, jednocześnie dostarczając stabilne zwroty finansowe.
Referencje:
IEA PVPS – International Energy Agency Photovoltaic Power Systems Programme
Task 13: Performance and Reliability of Photovoltaic Systems https://iea-pvps.org/research-tasks/performance-and-reliability/
DNV Energy Systems – PV Module Reliability Scorecard 2023 https://www.dnv.com
TÜV Rheinland – Comparative Testing of Solar Modules Under Low Light Conditions https://www.tuv.com/world/en/comparative-testing-of-solar-modules-under-low-light-conditions.html
NREL – National Renewable Energy Laboratory
Spectral Response and Temperature Coefficient Studies for Silicon Solar Technologies https://www.nrel.gov
Fraunhofer ISE – Photovoltaics Report 2024 https://www.ise.fraunhofer.de
Może Ci się spodobać: