Wpływ jesieni i zimy na systemy fotowoltaiczne jest często niedoceniany. Opadające liście, ptasie odchody, kurz, niskie kąty padania promieni słonecznych, zalegający śnieg i wahania temperatur nie tylko obniżają wydajność modułów, ale mogą również stwarzać zagrożenia bezpieczeństwa. Jeśli nie zostaną odpowiednio rozwiązane, problemy te zwiększą koszty eksploatacji i konserwacji oraz skrócą żywotność modułów. W niniejszym artykule podsumowano sześć typowych problemów modułów PV w okresie jesienno-zimowym oraz przedstawiono środki ochronne, które pozwalają uwzględnić je już na etapie projektowania i eksploatacji systemu.
Zasłanianie przez opadające liście
Jesienią opadające liście należą do najczęstszych zagrożeń dla modułów fotowoltaicznych. Dachy lub elektrownie naziemne otoczone drzewami są szczególnie narażone na gromadzenie się liści na powierzchni modułów. Nawet częściowe zakrycie kilku ogniw może prowadzić do nierównomiernego przepływu prądu i zwiększać ryzyko powstawania hot-spotów. Wraz z coraz częstszymi ekstremalnymi zjawiskami pogodowymi związanymi ze zmianami klimatu problem zasłaniania przez liście staje się coraz bardziej widoczny w wielu europejskich miastach i strefach przemysłowych.
Najprostszą metodą ochrony jest regularne oczyszczanie modułów, aby utrzymać ich powierzchnię w czystości. W przypadku instalacji otoczonych drzewami można również rozważyć przycięcie części gałęzi, co nie tylko ograniczy ilość liści osiadających na systemie PV, ale także wspomoże zdrowy wzrost drzew w kolejnych latach. Dodatkowo, już na etapie projektowania systemu, odpowiednie ustawienie kąta nachylenia modułów oraz zaplanowanie kanałów odprowadzających wodę może zmniejszyć ryzyko długotrwałego zalegania liści i tym samym ograniczyć zagrożenia wynikające z zasłaniania.
Zanieczyszczenia odchodami ptaków i kurzem
Kurz może odbijać, rozpraszać i pochłaniać promieniowanie słoneczne, zmniejszając tym samym przepuszczalność światła przez moduły PV oraz ogólną wydajność systemu. Nierównomierne osiadanie pyłu powoduje także niejednorodne nasłonecznienie, co dodatkowo obniża sprawność modułów. Jesienią i zimą wyższa wilgotność powietrza sprawia, że zanieczyszczenia łatwiej przywierają i pozostają na powierzchni przez dłuższy czas, a mniejsze opady deszczu ograniczają naturalne zmywanie, co utrudnia czyszczenie. Jesień to również okres migracji i gromadzenia się ptaków, przez co ich aktywność w pobliżu dachów – zarówno w miastach, jak i na terenach wiejskich – wzrasta, zwiększając ryzyko zabrudzeń. Jeśli nie są one regularnie usuwane, osady te ograniczają przepuszczalność światła, zmniejszają produkcję energii, a nawet mogą prowadzić do powstawania lokalnych hot-spotów.
Aby ograniczyć ryzyko, zaleca się regularne czyszczenie. Najlepiej stosować płukanie wodą pod niskim ciśnieniem lub delikatne przecieranie miękką szczotką. Należy unikać używania zimnej wody w pełnym słońcu, aby zapobiec mikropęknięciom szkła spowodowanym szokiem termicznym. W przypadku instalacji szczególnie narażonych na zabrudzenia można zamontować ekologiczne siatki przeciw ptakom na krawędziach modułów, aby uniemożliwić ptakom budowanie gniazd pod panelami i ograniczyć gromadzenie się zanieczyszczeń. W dużych elektrowniach fotowoltaicznych można dodatkowo zastosować automatyczne systemy czyszczące lub proste szczotki wodne, aby zmniejszyć straty energii wywołane kurzem.
Niski kąt padania światła
Jesienią i zimą wysokość słońca na niebie wyraźnie się obniża, a długość dnia skraca, co zmniejsza ilość światła docierającego do modułów fotowoltaicznych i wpływa na spadek wydajności. Zjawisko to jest szczególnie widoczne w regionach o wyższych szerokościach geograficznych. W środowisku miejskim problem pogłębiają cienie rzucane przez otaczające budynki, drzewa czy inne przeszkody, które przy niskim kącie padania światła są jeszcze bardziej odczuwalne i dodatkowo ograniczają produkcję energii.
Na etapie planowania projektu instalację PV należy lokalizować w miejscach wolnych od gęstej zabudowy, słupów energetycznych czy drzew. Należy także odpowiednio zoptymalizować kąt nachylenia modułów, dostosowując go do lokalnej szerokości geograficznej, aby ograniczyć sezonowe zacienienia. W przypadku już istniejących instalacji, gdy przestrzeń jest ograniczona lub występują przeszkody, można zastosować mikroinwertery lub optymalizatory mocy, które zminimalizują wpływ częściowego zacienienia. Jeśli warunki na to pozwalają, dobrym rozwiązaniem może być również zastosowanie jednoosiowych lub dwuosiowych systemów nadążnych, które zwiększą całkowitą produkcję energii przy niskim kącie padania światła.
Pokrywa śnieżna
Zimą moduły fotowoltaiczne mogą być przez dłuższy czas pokryte śniegiem. Powoduje to nie tylko przerwy w produkcji energii, ale również zwiększa obciążenie konstrukcji wsporczych i dachów przez dodatkowy ciężar. W regionach o obfitych opadach śniegu, takich jak Niemcy czy Polska, ryzyko to jest szczególnie wysokie. Nawet w obszarach, gdzie opady śniegu są rzadkie, nagłe intensywne opady mogą prowadzić do krótkotrwałego wyłączenia instalacji. Jeszcze bardziej niebezpieczne są opady deszczu ze śniegiem lub marznącego deszczu, które tworzą na powierzchni modułów twardą warstwę lodu, blokującą promieniowanie słoneczne i dodatkowo zwiększającą nacisk na konstrukcję.
Na etapie projektowania należy wybierać systemy montażowe o większej nośności i rozważyć zastosowanie modułów dwuszybowych, aby zwiększyć odporność na warunki atmosferyczne i niezawodność konstrukcji. W przypadku istniejących instalacji należy opracować plan eksploatacji zimowej, obejmujący terminowe ręczne usuwanie śniegu po intensywnych opadach lub wykorzystanie nachylenia modułów i naturalnego zsuwania się śniegu w celu skrócenia czasu jego zalegania. W obszarach o częstych opadach można dodatkowo rozważyć zastosowanie prostych systemów grzewczych lub urządzeń wspomagających odladzanie, aby uniknąć długotrwałych przerw w produkcji. W przypadku oblodzenia należy unikać używania twardych przedmiotów lub metalowych narzędzi do skrobania. Zaleca się stosowanie ciepłej wody do wspomagania procesu topnienia lub poczekanie na naturalne ocieplenie, aby nie uszkodzić powierzchni szklanej.
Niskie temperatury i zjawisko rozszerzalności cieplnej
Jesienią i zimą wyraźne różnice temperatur między dniem a nocą sprawiają, że moduły fotowoltaiczne w chłodnym środowisku wielokrotnie poddawane są cyklom rozszerzalności i kurczenia się materiału. Powoduje to dodatkowe obciążenia dla ram, warstw enkapsulacji i szkła. Szczególnie o poranku na powierzchni modułów często pojawia się szron lub cienka warstwa lodu, która szybko topnieje po wschodzie słońca, prowadząc do powtarzających się cykli zamarzania i odmarzania. Takie warunki przyspieszają starzenie się enkapsulacji, mogą powodować mikropęknięcia lub przenikanie wody, co negatywnie wpływa na długoterminową niezawodność.
Aby ograniczyć ryzyko, oprócz regularnych inspekcji umożliwiających wczesne wykrycie pęknięć lub nieszczelności, można wdrożyć dodatkowe działania serwisowe. Należą do nich m.in. wtórne uszczelnienie ram i spoin w celu zapobiegania rozszerzaniu się mikropęknięć, poprawa wentylacji tylnej strony modułów, aby ograniczyć nagromadzenie różnic temperatur i złagodzić zmiany cieplne, a w niektórych projektach zastosowanie powłok hydrofobowych lub przeciwoblodzeniowych, które zmniejszają przyczepność szronu i redukują obciążenia wynikające z cykli zamarzania-odmarzania. Takie środki mogą skutecznie spowolnić tempo starzenia się modułów spowodowanego przez rozszerzalność cieplną i zapewnić stabilną pracę systemu także w okresie jesienno-zimowym.
Ryzyko elektryczne i hot-spoty
Różne problemy, z którymi moduły PV zmagają się jesienią i zimą – czy to liście, ptasie odchody, śnieg, czy też rozszerzalność cieplna wywołana wahaniami temperatury między dniem a nocą – najczęściej uwidaczniają się na poziomie elektrycznym. Częściowe zacienienie lub zabrudzenie ogniw prowadzi do nierównomiernego rozkładu prądu i może powodować efekt hot-spotów. W dłuższym okresie skutkuje to nie tylko spadkiem wydajności i skróceniem żywotności modułów, ale także poważniejszymi zagrożeniami bezpieczeństwa, takimi jak uszkodzenia tylnej warstwy, odklejanie się taśm lutowniczych czy nawet pękanie szkła.
Aby ograniczyć ryzyko, już na etapie projektowania należy odpowiednio skonfigurować diody obejściowe, aby w przypadku częściowego zacienienia szybko odprowadzały prąd i zapobiegały przegrzewaniu się pojedynczych punktów. W istniejących instalacjach warto zastosować inteligentne systemy monitoringu lub mikroinwertery, które umożliwiają wykrywanie i lokalizację anomalii prądowych w czasie rzeczywistym, co pozwala na szybką reakcję. Dodatkowo, regularne czyszczenie i konserwacja, zmniejszające zacienienie spowodowane przez liście, ptasie odchody czy śnieg, również skutecznie obniżają ryzyko hot-spotów i wydłużają żywotność modułów.
Jesienno-zimowe wyzwania środowiskowe są nieuniknione, jednak dzięki odpowiedniemu projektowi i regularnym działaniom eksploatacyjnym ryzyko można utrzymać na akceptowalnym poziomie. Dla przedsiębiorstw oznacza to nie tylko efektywność systemu, lecz także długoterminową niezawodność i zwrot z inwestycji.
Maysun Solar od lat działa na rynku europejskim, oferując szeroki wybór modułów i stabilne dostawy dla partnerów hurtowych i dystrybucyjnych. Portfolio obejmuje technologiach IBC, technologiach TOPCon, technologiach HJT. W zależności od potrzeb projektowych możemy dostarczyć odpowiednie rozwiązania fotowoltaiczne, które pomogą utrzymać stabilną wydajność i kontrolę kosztów w obliczu wyzwań związanych z opadami śniegu, niskimi temperaturami i zacienieniem w okresie jesienno-zimowym.
Może Ci się spodobać: