1. Silne nasłonecznienie nie oznacza wyższej produkcji energii
Natężenie promieniowania słonecznego oraz temperatura modułów to dwa kluczowe czynniki wpływające na moc wyjściową systemu fotowoltaicznego.
Choć latem dni są dłuższe, a poziom promieniowania wyższy, wzrost temperatury otoczenia powoduje znaczne podniesienie temperatury modułów, co skutkuje spadkiem ich sprawności.
Przy wysokim nasłonecznieniu w okresie letnim, temperatura powierzchni modułów dachowych może osiągać 65–75 °C, czyli znacznie więcej niż 25 °C przy standardowych warunkach testowych (STC). W przypadku większości modułów krzemowych moc wyjściowa spada o około 0,3%–0,35% na każdy wzrost temperatury o 1°C.
Dlatego pomimo doskonałych warunków nasłonecznienia latem, wzrost temperatury modułów prowadzi do spadku ich wydajności, co bezpośrednio wpływa na całkowitą produkcję energii. Przykładowo, w regionach o wysokiej temperaturze, moc wyjściowa na kilowat mocy zainstalowanej w południe latem jest często niższa niż przy tej samej wartości promieniowania wiosną lub jesienią. To właśnie tłumaczy, dlaczego silne słońce nie zawsze oznacza wyższy uzysk energii.
2. Współczynnik temperaturowy decyduje o różnicy w uzyskach energii
Spadek wydajności modułów fotowoltaicznych w wysokich temperaturach wynika głównie z ich wrażliwości elektrycznej na ciepło. Parametr ten opisuje współczynnik temperaturowy mocy (%/°C), który określa procentowy spadek mocy maksymalnej przy każdym wzroście temperatury o 1°C. Im niższy współczynnik temperaturowy, tym lepsza odporność modułu na działanie wysokich temperatur.
W warunkach wysokiego nasłonecznienia w południowej Europie, temperatura powierzchni modułów często przekracza 65–70°C, co oznacza wzrost temperatury o 35–45°C względem warunków STC.
Przy wzroście temperatury o 40°C, spadek mocy wygląda następująco:
- PERC: –0,34 × 40 = –13,6%
- HJT: –0,24 × 40 = –9,6%
To oznacza, że przy tej samej temperaturze pracy różnica mocy chwilowej wynosi około 4%. Zgodnie z symulacjami PVsyst oraz danymi pomiarowymi z południowej Europy, roczna różnica w uzyskach energii między modułami HJT a PERC w warunkach wysokiej temperatury wynosi zazwyczaj 3–6%. Przy średnim rocznym uzysku na poziomie 1 500 kWh/kWp, przekłada się to na dodatkowe 45–90 kWh/kWp, co bezpośrednio wpływa na strukturę kosztów LCOE i modele finansowe projektu.
Współczynnik temperaturowy wpływa także na inne aspekty systemu, takie jak projekt elektryczny czy dobór falownika. W przypadku projektów nastawionych na autokonsumpcję lub stabilne zyski, nieuwzględnienie degradacji wydajności spowodowanej wzrostem temperatury może prowadzić do niedoszacowania realnej produkcji energii, co wpłynie na prognozy finansowe i kompletność projektu technicznego.
3. Konstrukcja modułu wpływa na odporność na wysokie temperatury
Projekt konstrukcyjny modułu fotowoltaicznego ma bezpośredni wpływ na jego stabilność termiczną i efektywność pracy w warunkach wysokiej temperatury. Kluczowymi czynnikami decydującymi o odporności na ciepło są materiały użyte do laminacji, ścieżki przewodzące oraz równomierność rozkładu temperatury — a różnice te stają się szczególnie widoczne latem, przy dużym obciążeniu i silnym nasłonecznieniu.
Materiał laminatu ma kluczowe znaczenie dla efektywnego odprowadzania ciepła.
Moduły typu glass-foil (szkło-folia), dzięki dojrzałej technologii, niskiej masie i dobrej relacji ceny do jakości, są nadal szeroko stosowane w Europie Środkowej i strefie umiarkowanej, zapewniając stabilne działanie. Jednak ich popularne tylne warstwy z polimerów (np. TPT lub PPE) charakteryzują się niskim przewodnictwem cieplnym na poziomie 0,2–0,3 W/m·K, co ogranicza skuteczność odprowadzania ciepła w wysokich temperaturach. Dla porównania, moduły glass-glass (szkło-szkło) mają tylną warstwę z hartowanego szkła, której przewodnictwo cieplne wynosi 1,0–1,4 W/m·K, co pozwala znacznie efektywniej odprowadzać ciepło. Badania terenowe pokazują, że przy wysokim nasłonecznieniu i ograniczonym przepływie powietrza, temperatura pracy modułów glass-glass może być niższa o 2–3°C. Przy współczynniku temperaturowym na poziomie –0,3 %/°C, oznacza to dodatkowe 0,6–0,9 % przewagi w utrzymaniu mocy, co ma szczególne znaczenie na południu Europy i w rejonie Morza Śródziemnego.
Różnice w konstrukcji ścieżek przewodzących również wpływają na równomierność rozkładu ciepła.
Typowe moduły z aluminiową ramą wykorzystują przewodzenie po przednich szynach zbiorczych (busbarach). W przypadku częściowego zacienienia, mikropęknięć lub wad lutowania, w obszarach o dużym zagęszczeniu ścieżek łatwo tworzą się hot-spoty, co prowadzi do lokalnych wzrostów temperatury. Dla porównania, moduły z tylnym przewodzeniem, kontaktami na tylnej stronie lub z rozproszonymi cienkimi busbarami mają znacznie mniejsze różnice temperatury powierzchniowej (ΔT), co pomaga ograniczyć lokalne przegrzewanie i wahania wydajności. W warunkach rzeczywistych konstrukcja zoptymalizowana pod kątem rozkładu ciepła pozwala obniżyć ΔT o 1,5–2°C, co zapewnia wyższą stabilność pracy w warunkach wysokiej temperatury.
Konstrukcja wpływa również na odporność na naprężenia, dopasowanie rozszerzalności cieplnej i proces starzenia materiałów.
Testy przyspieszonego starzenia (85°C / 85% RH przez 2000 godzin) pokazują, że moduły glass-glass zwykle wykazują degradację mocy poniżej 2%, podczas gdy niektóre moduły glass-foil mogą tracić nawet 3–4%. Należy jednak pamiętać, że konstrukcja glass-glass, ze względu na większą masę, stawia wyższe wymagania wobec nośności dachu i procesu instalacji. W przypadku dachów o ograniczonej nośności należy dokładnie rozważyć kompromis między dopasowaniem konstrukcyjnym a korzyściami wydajnościowymi.
4. Wysoka temperatura uwypukla różnice technologiczne
W warunkach STC (Standard Test Conditions) różnice technologiczne między modułami są mało widoczne. Jednak w długotrwałym środowisku o wysokiej temperaturze te różnice kumulują się z czasem i przekładają na mierzalne odchylenia w produkcji energii oraz w modelach opłacalności inwestycji.
Przy temperaturze roboczej 65°C, różnica współczynnika temperaturowego między PERC a HJT (0,10%/°C) powoduje, że dobowy uzysk energii różni się o około 3–4%. Jeżeli okresy wysokiej temperatury stanowią około jedną trzecią rocznego czasu pracy, roczna różnica w produkcji energii może sięgać 2–3%, co bezpośrednio wpływa na kalkulacje LCOE i modele zwrotu z inwestycji.
W warunkach wysokiej temperatury i silnego nasłonecznienia, konstrukcja modułu ma istotny wpływ na wydajność odprowadzania ciepła i tempo degradacji materiałów. Moduły typu glass-glass, dzięki wyższej przewodności cieplnej i symetrycznej konstrukcji, wykazują zdecydowanie lepszą stabilność termiczną. Testy przyspieszonego starzenia (85°C / 85% RH) pokazują, że degradacja mocy w przypadku modułów glass-glass zwykle nie przekracza 2%, podczas gdy w niektórych modułach typu glass-foil osiąga nawet 3–4%. Rzeczywiste różnice zależą jednak od jakości procesu produkcji i zastosowanych materiałów. Wybór technologii powinien uwzględniać temperaturę otoczenia, nośność konstrukcji oraz planowany cykl życia instalacji.
Wysokie temperatury przyspieszają powstawanie hot-spotów, rozwój mikropęknięć oraz zmęczenie cieplne lutowanych połączeń. Jeśli konstrukcja nie zapewnia odpowiedniego rozpraszania ciepła i buforów naprężeń, obszary na krawędziach laminatu stają się punktami kumulacji naprężeń termicznych. To prowadzi do spadku stabilności mechanicznej modułu i zwiększa częstotliwość koniecznych interwencji serwisowych.
Na rynkach zdominowanych przez wysokie temperatury, takich jak południowa Europa, wzrost temperatury powinien być traktowany jako kluczowe kryterium oceny dopasowania technologii. Zdolność modułu do utrzymania stabilnej mocy w wysokiej temperaturze, równomiernego rozkładu ciepła i odporności na degradację cieplną powinna być jednym z głównych czynników branych pod uwagę na etapie projektowania instalacji.
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:
Fraunhofer ISE. (2024). Photovoltaics Report. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE. https://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/studies/photovoltaics-report.html
NREL. (2020). Temperature Coefficients for PV Modules. National Renewable Energy Laboratory. https://www.nrel.gov/docs/fy20osti/76876.pdf
PVsyst SA. (2023). PVsyst Software Documentation – Thermal Behavior of PV Modules. https://www.pvsyst.com/help/thermal_behavior.htm
Może Ci się spodobać: