Latem nasłonecznienie jest intensywne, dlatego wiele osób uważa ten okres za najlepszy dla produkcji energii fotowoltaicznej. Jednak wrażliwość modułów na temperaturę jest często pomijana. Wraz ze wzrostem temperatury spada ich wydajność, a w skrajnych przypadkach może dojść także do skrócenia żywotności modułów. Aby pomóc firmom lepiej radzić sobie z wyzwaniami związanymi z letnimi upałami, niniejszy artykuł analizuje wpływ wysokiej temperatury na produkcję energii, porównuje odporność cieplną najpopularniejszych typów modułów i przedstawia zalecenia dotyczące wyboru odpowiedniej technologii.
1. Jak bardzo wysokie temperatury latem wpływają na wydajność modułów?
Choć latem natężenie promieniowania słonecznego wzrasta i teoretycznie sprzyja produkcji energii, moduły fotowoltaiczne są bardzo wrażliwe na temperaturę. Ich moc wyjściowa spada liniowo wraz ze wzrostem temperatury – zależność tę określa się mianem współczynnika temperaturowego, który zazwyczaj mieści się w przedziale od -0,26%/°C do -0,35%/°C.
Przykład obliczeniowy:
Utrata mocy = współczynnik temperaturowy × (temperatura pracy modułu - 25°C)Dla modułu TOPCon przy temperaturze 65°C:-0,32%/°C × (65 - 25) = 12,8% utraty mocy
Inne zagrożenia związane z wysoką temperaturą
- Efekt hot-spot
Jeśli część modułu zostanie zacieniona lub zabrudzona, temperatura lokalna może gwałtownie wzrosnąć powyżej 150°C, tworząc tzw. gorące punkty. Może to prowadzić do przypalenia powierzchni ogniwa, odklejenia połączeń lutowniczych lub zwęglenia materiałów hermetyzujących, co skraca żywotność modułu o 2–3 lata. - Efekt PID (degradacja wywołana napięciem)
Wysoka temperatura i wilgotność sprzyjają migracji ładunków wewnątrz modułu, powodując spadek mocy wyjściowej. Choć nowoczesne moduły są zazwyczaj zaprojektowane z ochroną PID, to w przypadku niewłaściwego projektu lub montażu może wystąpić zauważalna degradacja. Wybór wysokiej jakości modułów z zabezpieczeniem PID i ich prawidłowa instalacja są kluczowe dla utrzymania stabilnej pracy systemu.
Moduły PERC, które nie zostały zoptymalizowane pod kątem odporności na wysokie temperatury, wykazują znacznie większą degradację wydajności po kilku latach pracy w upale niż moduły TOPCon.
Szczególne znaczenie dla użytkowników komercyjnych i przemysłowych
W przypadku większości instalacji komercyjnych szczyt produkcji energii pokrywa się ze szczytem zapotrzebowania firmy. Wysokie temperatury latem powodują spadek wydajności modułów, co zmusza przedsiębiorstwa do większego poboru energii z sieci. W regionach o wysokich cenach energii i dużym udziale autokonsumpcji – jak Włochy, Hiszpania czy południowa Francja – bezpośrednio przekłada się to na wzrost kosztów operacyjnych i wydłużenie okresu zwrotu z inwestycji.
Zwiększone nasłonecznienie nie jest więc w stanie w pełni zrekompensować strat wydajności spowodowanych upałem. Świadomość wpływu wysokiej temperatury na pracę modułów jest niezbędna do wyboru technologii o odpowiedniej odporności termicznej.
2. Różnice w wydajności energetycznej różnych modułów w warunkach wysokiej temperatury
Odporność cieplna modułów fotowoltaicznych różni się znacznie w zależności od zastosowanej technologii, co bezpośrednio wpływa na ich wydajność w gorącym klimacie. Te różnice dotyczą głównie współczynnika temperaturowego, struktury ogniwa oraz rzeczywistych wyników produkcyjnych. Aby zmaksymalizować zyski z projektu w warunkach wysokiej temperatury, przedsiębiorstwa powinny przeprowadzić kompleksową ocenę przy wyborze technologii.
(1) Moduły HJT (heterozłącze)
- Najniższy współczynnik temperaturowy: Moduły HJT charakteryzują się współczynnikiem temperaturowym na poziomie około -0,243%/°C, co oznacza, że wraz ze wzrostem temperatury o 1°C moc wyjściowa spada o ok. 0,243%. Gdy temperatura modułu wzrasta z 25°C do 65°C, spadek mocy wynosi zaledwie około 9,72%, co czyni je najbardziej stabilnymi w warunkach wysokiej temperatury.
- Zalety specjalnej struktury ogniwa: Dzięki zastosowaniu technologii heterozłącza łączącej krzem krystaliczny i amorficzny, możliwe jest skuteczniejsze pochłanianie szerokiego zakresu promieniowania słonecznego, co zwiększa ogólną efektywność – szczególnie korzystne w regionach o dużym nasłonecznieniu, takich jak południowa Europa.
- Większa niezawodność: Proces produkcji w niskiej temperaturze i elastyczna struktura ogniwa zmniejszają ryzyko powstawania mikropęknięć podczas transportu i montażu, co znacząco poprawia stabilność eksploatacyjną w długim okresie.
(2) Moduły TOPCon
- Średni współczynnik temperaturowy: Około -0,32%/°C, co przekłada się na spadek mocy o około 12,8% przy wzroście temperatury z 25°C do 65°C. Ich wydajność jest lepsza niż w przypadku tradycyjnych modułów (np. PERC), ale nieco niższa niż w HJT.
- Wyraźne zalety konstrukcyjne: Dzięki zastosowaniu dwustronnej pasywacji oraz warstwy odbijającej z tyłu, zwiększa się efektywność transportu nośników ładunku i zmniejsza uszkodzenia termiczne, co wydłuża żywotność modułów.
- Korzystny stosunek ceny do wydajności: W porównaniu do HJT, moduły TOPCon są tańsze i dobrze sprawdzają się w projektach z ograniczonym budżetem, które wymagają dobrej odporności na wysoką temperaturę.
(3) Moduły IBC
- Wysoka sprawność, ale przeciętna odporność cieplna: Dzięki konstrukcji z tylnymi kontaktami elektrycznymi i brakiem zacienienia na powierzchni czołowej, moduły IBC oferują wysoką sprawność oraz atrakcyjny wygląd, jednak ich współczynnik temperaturowy (~ -0,29%/°C) wypada nieco gorzej od HJT w warunkach letnich upałów.
- Zastosowanie w projektach specjalnych: Dzięki swojej strukturze i walorom estetycznym, IBC sprawdzają się w projektach wymagających wysokiej estetyki, np. na budynkach komercyjnych lub w systemach BIPV (fotowoltaika zintegrowana z budynkiem).
Porównanie odporności cieplnej trzech typów modułów:
Uwaga: Utrata mocy została obliczona na podstawie współczynnika temperaturowego przy założeniu, że temperatura robocza modułu wzrasta z warunków testowych 25°C do 65°C.
3. Analiza przypadków: rzeczywista wydajność w warunkach wysokiej temperatury
W południowej Europie, np. we Włoszech czy Hiszpanii, latem temperatura modułów na dachach często przekracza 60°C. W takich warunkach współczynnik temperaturowy różnych technologii ma bezpośredni wpływ na efektywność systemu i rentowność inwestycji.
Poniższy wykres przedstawia zmiany wydajności modułów HJT, TOPCon i PERC podczas typowego letniego dnia słonecznego (8:00–17:00), w zależności od wzrostu temperatury. Krzywe oparte są na branżowych modelach temperaturowych i oddają względną wydajność technologii w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych.
Uwaga: Zmiany sprawności oszacowano na podstawie liniowego modelu współczynnika temperaturowego, przy założeniu temperatury referencyjnej 25°C (STC). Dane źródłowe: platforma PVGIS, Wspólne Centrum Badawcze Komisji Europejskiej (JRC).
Z wykresu wynika:
Moduły HJT, z najniższym współczynnikiem temperaturowym (ok. -0,24%/°C), utrzymują wysoką sprawność nawet w najgorętszych porach dnia, a ich produkcja jest stabilna przez cały dzień.
Moduły TOPCon tracą wydajność szybciej wraz ze wzrostem temperatury, ale nadal wypadają znacznie lepiej niż PERC i zapewniają dobre uzyski w większości godzin.
Moduły PERC są najbardziej wrażliwe na temperaturę – ich wydajność gwałtownie spada szczególnie między 11:00 a 15:00.
Oznacza to, że w okresach najsilniejszego nasłonecznienia i najszybszego wzrostu temperatury moduły HJT najlepiej utrzymują stabilność produkcji energii, co jest szczególnie istotne dla użytkowników komercyjnych i przemysłowych, którzy stawiają na wysoki poziom autokonsumpcji i niezawodność zasilania.
Symulacja uzysku energii latem na Sycylii (90 dni, 1 MW mocy zainstalowanej)
Na podstawie danych PVGIS dla czerwca–sierpnia 2024 roku, dzienne promieniowanie efektywne na wybrzeżu Sycylii wynosi średnio ok. 7,5 kWh/m², a łączna suma za 90 dni to ok. 675 kWh/m². Zakładając współczynnik wydajności systemu PR = 0,80 i temperaturę pracy modułów w zakresie 60–65°C:
- Średnia sprawność modułów HJT: ok. 96%
- Średnia sprawność modułów TOPCon: ok. 91%
- Różnica w uzysku energii: ok. 27 000 kWh
- Przy założeniu najlepszego scenariusza (PR = 0,85) uzysk może wynieść nawet 28 700 kWh
Przy cenie energii na poziomie 0,20 €/kWh daje to oszczędność w przedziale 5 400 – 5 740 €.
Uwaga: Dane „96% vs. 91%” są szacunkowe i oparte na następujących założeniach:
- Współczynnik temperaturowy: HJT –0,24%/°C, TOPCon –0,32%/°C
- PR systemu ≈ 0,80
- Zakres temperatury pracy: 60–65°C
Rzeczywiste wyniki należy weryfikować na podstawie kart katalogowych produktów lub pomiarów terenowych.
Analiza porównawcza:
Przy wahaniach nasłonecznienia w zakresie 6,5–8,5 kWh/m²·dzień lub zmianach PR o ±0,05, zakres oszczędności pozostaje stabilny – około 4 500 – 6 000 €.
Różnica sprawności rzędu 4–5% w skali dnia przekłada się na 12–14% większy letni uzysk energii.
Wniosek:
Moduły HJT oferują mierzalną i znaczącą przewagę w zakresie długoterminowej rentowności w warunkach wysokiej temperatury, co czyni je idealnym wyborem dla firm stawiających na stabilny przepływ gotówki i wysoki poziom autokonsumpcji.
Analiza ekonomiczna: czy warto inwestować w moduły wysokosprawne?
Podczas wyboru modułów nie wystarczy zwracać uwagę jedynie na współczynnik temperaturowy – firmy interesuje przede wszystkim, czy różnice technologiczne przełożą się na zwrot z inwestycji.
- Różnice kosztowe
Technologia HJT wymaga bardziej zaawansowanego procesu produkcji i droższego wyposażenia, przez co koszt jednostkowy na wat jest wyższy niż w przypadku TOPCon. Mimo to, dzięki doskonałej wydajności cieplnej i niskiej degradacji, HJT zapewniają wyższe i stabilniejsze zyski w długim okresie. - Zwrot z inwestycji
Moduły TOPCon mają bardzo korzystny stosunek ceny do jakości, co czyni je odpowiednim wyborem dla projektów z ograniczonym budżetem lub zorientowanych na szybki zwrot inwestycji. Choć ich wydajność w ekstremalnym upale jest nieco niższa niż HJT, odpowiedni projekt systemu i zarządzanie eksploatacją pozwalają osiągnąć stabilne rezultaty. - Zalecenia zastosowania
▸ W regionach o wysokiej temperaturze i silnym nasłonecznieniu oraz dla projektów wymagających stabilności produkcji – warto postawić na HJT.
▸ Dla projektów z ograniczonym budżetem i oczekiwaniem zwrotu w średnim horyzoncie czasowym – TOPCon to opłacalna opcja.
▸ W projektach zorientowanych na estetykę, integrację z architekturą lub BIPV – warto rozważyć IBC ze względu na jego konstrukcję bez przewodów siatkowych i dobrą integrację wizualną.
4. Jak wybrać najlepszy moduł w zależności od potrzeb?
Różnice w wydajności poszczególnych technologii modułów w warunkach wysokiej temperatury są już dość dobrze poznane. Jednak w rzeczywistych projektach wielu przedsiębiorstwom trudno jest przełożyć czynniki środowiskowe, dostępność zasobów i strukturę finansową na konkretne kryteria wyboru. W tej części przedstawiamy cztery typowe perspektywy oceny, które pomogą użytkownikom komercyjnym i przemysłowym podjąć świadomą decyzję.
W regionach o wysokiej temperaturze priorytetem jest stabilność cieplna
W przypadku projektów realizowanych w południowych Włoszech, centralnej Hiszpanii lub południowej Francji, gdzie temperatura pracy modułów latem często przekracza 60°C, należy w pierwszej kolejności rozważyć moduły o niższym współczynniku temperaturowym. Tylko wtedy można uniknąć znacznych strat mocy w godzinach szczytowego obciążenia. Moduły o wysokiej stabilności cieplnej, takie jak HJT, mają tutaj wyraźną przewagę. Natomiast w łagodniejszych klimatycznie regionach Europy Środkowo-Północnej (np. północne Niemcy, Austria, Polska), TOPCon pozwala lepiej zrównoważyć koszt i wydajność energetyczną.
Przy ograniczonej powierzchni dachowej liczy się wydajność jednostkowa
W przypadku projektów z ograniczoną powierzchnią instalacyjną – jak fabryki czy parki magazynowe – ilość energii produkowanej z 1 m² powierzchni ma kluczowe znaczenie dla wielkości systemu i maksymalnego potencjału zwrotu z inwestycji. Takie projekty powinny wykorzystywać moduły o wysokiej sprawności i niskich stratach cieplnych, np. HJT lub IBC. Z kolei w projektach z dużą dostępną powierzchnią dachową lub gruntem, gdzie celem jest optymalizacja kosztów całego systemu, bardziej opłacalny może być wybór modułów TOPCon.
Dobór modułu zgodnie ze strukturą finansową projektu
Struktura finansowania decyduje o oczekiwanym okresie zwrotu inwestycji oraz wymaganej stabilności przepływów pieniężnych. W projektach długoterminowych, gdzie model biznesowy opiera się na stabilnych przychodach (np. sprzedaż energii + autokonsumpcja), HJT sprawdza się lepiej ze względu na niską degradację i stabilność wydajności. Jeśli celem projektu jest ograniczenie inwestycji początkowej i zwrot w ciągu 3–5 lat, TOPCon również może zapewnić stabilny uzysk w warunkach umiarkowanej i wysokiej temperatury.
Utrzymanie spójności produkcji i efektywnego zarządzania systemem
W projektach o długim cyklu życia i wysokich wymaganiach dotyczących kontroli kosztów eksploatacji (np. scentralizowane zarządzanie wieloma lokalizacjami), zaleca się stosowanie modułów o niskiej degradacji, takich jak HJT lub IBC. Pozwalają one uzyskać stabilniejszą produkcję energii, lepiej współpracują z inteligentnymi systemami zarządzania O&M i zmniejszają ryzyko nieprzewidzianych strat wydajności.
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:
European Commission Joint Research Centre (JRC) — Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) https://joint-research-centre.ec.europa.eu/photovoltaic-geographical-information-system-pvgis_en
Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE — Photovoltaic Module Performance Testing and Temperature Coefficients https://www.ise.fraunhofer.de/en/business-areas/pv-systems.html
World Bank Group — Global Solar Atlas https://globalsolaratlas.info/
European Commission — Renewable Energy Directive and Member States Incentives https://energy.ec.europa.eu/topics/renewable-energy/renewable-energy-directive_en
International Renewable Energy Agency (IRENA) — Solar PV Technology and Cost Trends https://www.irena.org/publications/2020/Jun/Solar-PV
Może Ci się spodobać: