Jak schłodzić moduły fotowoltaiczne?

Choć mogą pracować w temperaturze do +85°C, to już powyżej 25°C ich efektywność spada. Technolodzy nie ustają w pracach nad systemami chłodzenia, dzięki którym uda się utrzymać wysoką sprawność instalacji PV w dni, kiedy słońce nie zna litości. Jak można pomagać modułom w upalne dni? Poznaj metody na to, jak schłodzić moduły fotowoltaiczne.

Schładzanie modułów fotowoltaicznych powietrzem

W przypadku fotowoltaiki na gruncie problem braku cyrkulacji powietrza nie istnieje. Wiatr dociera do modułów z każdej strony i wyrównuje temperaturę między nimi a otoczeniem.

Inaczej jest z instalacjami PV na dachach. Powierzchnia dachu blokuje przepływ powietrza za modułami. Z drugiej strony, jeśli zostawi się za dużą odległość między modułami i dachem, zmniejszy się kąt nachylenia, co wpłynie na obniżkę uzysków energetycznych, a także stworzy zagrożenie w przypadku silnego wiatru. 

Odstępy, jakie powinno się zachować w przypadku fotowoltaiki na dachu, to 2 cm między poszczególnymi modułami i 10-15 cm między modułami a poszyciem dachu. Dlatego należy dopilnować, żeby aspekt poprawnego cyrkulacji powietrza pojawił się już na etapie projektu instalacji.

Jakie moduły najmniej się nagrzewają?

O odpowiednią temperaturę modułów da się zadbać z innej strony niż schładzanie. Dostępne są technologie produkcji ogniw, które po prostu ograniczają nagrzewanie się modułów. Należą do nich: 

• ogniwa cięte na pół (tzw. half-cut) – nagrzewają się wolniej niż klasyczne ogniwa. Zapewniają wyższą sprawność podczas upałów. Ogniwa half-cut są w mniejszym stopniu obciążone prądem i wykazują małe straty mocy. Dzięki temu nie nagrzewają się nadmiernie w upalne dni.
• ogniwa HJT – między warstwami krzemu amorficznego znajduje się krystaliczna płytka krzemowa o przeciwnym przewodnictwie. 

Jeśli chcesz wybrać moduły, które tracą najmniej sprawności pod wpływem temperatury, przed zakupem sprawdź ich współczynnik temperaturowy Pmax. Standardowo nie powinien przekraczać 0,42% dla modułu, a dla najlepszych wynosi 0,25%-0,37%. Moduły HJT wyróżniają się Pmax na poziomie -0,26%, najniższym na rynku.

Problem przegrzewania się modułów szerzej omówiliśmy w tym artykule: Czy panele fotowoltaiczne się grzeją? Obawiasz się, że wysoka temperatura wywoła katastrofę w Twojej instalacji? Zobacz, czy masz powody do nerwów: Dlaczego instalacje fotowoltaiczne płoną?

Jak NIE schładzać modułów fotowoltaicznych?

Zanim skusisz się na samodzielne chłodzenie i uruchomisz np. ogrodowe zraszacze, by kierowały wodę na Twoją instalację na gruncie, poznaj wszystkie zagrożenia, jakie czekają na Twoje moduły, jeśli zignorujesz prawa fizyki, chemii i biologii:

• woda wodociągowa i studzienna – zawierają związki mineralne, które pod wpływem wysokiej temperatury modułów zostawią na nich osad i obniżą wydajność systemu. Szczególną szkodliwość wykazują m.in. żelazo, magnez i wapń,
• woda z jeziora – oprócz związków mineralnych zawiera również mikroorganizmy, które mogą osiąść na modułach,
• polewanie zimną wodą – jeśli wylejesz ją na mocno rozgrzane moduły, narazisz je na szok termiczny. To z kolei wywoła mikrouszkodzenia. Choć moduły w procesie produkcji przechodzą wiele cykli zamrażania i nagrzewania, nie należy ich narażać na nagłe skoki temperatury. W końcu dojdzie do tzw. zmęczenia termicznego modułu i znacznego obniżenia sprawności.

Nieumiejętne schładzanie może wyrządzić więcej szkody niż pożytku i skrócić żywotność urządzeń. 

‍

Masz problem z fotowoltaiką? Wykonaj nasz audyt i sprawdź, co wymaga poprawy

Nowoczesne metody schładzania modułów fotowoltaicznych

Naukowcy starają się stworzyć systemy, które samoczynnie zadbają o obniżanie temperatury modułów. Wiele z nich już pracuje, ale z uwagi na duże koszty, w tej chwili głównie na ogromnych farmach fotowoltaicznych.

Schładzanie wodą deszczową w obiegu zamkniętym

Deszczówka krąży w systemie, który składa się z rurek z otworami i zbiornika na zużytą wodę. Rurki mocuje się na krawędziach modułów. Kiedy temperatura powietrza przekracza 25°C, czujnik temperatury instalacji informuje system chłodzenia, że ma rozpocząć pracę i na powierzchnię modułów zaczyna wypływać woda. Następnie wpływa do specjalnego zbiornika, w którym przechodzi filtrację. 

Deszczówka nie dociera do plastikowych elementów i okablowania, więc systemu można używać w instalacjach dachowych.

Na ten pomysł wpadła (i opatentowała go) francuska firma Sunbooster. Uzyski z energii słonecznej mają wzrastać o 8-12% w skali rocznej.

Schładzanie modułów – pływające instalacje PV

Systemy fotowoltaiczne stawia się również na powierzchni stawów i jezior. Chłodne powietrze od wody schładza moduły, a to niejedyna zaleta takiej lokalizacji. Fotowoltaika wykorzystuje wówczas energię słoneczną z promieniowania bezpośredniego i odbitego. Uzyski energetyczne są średnio o 10% wyższe niż w przypadku instalacji na gruncie i dachu. Montaż trackerów, dzięki którym instalacja obraca się zgodnie z ruchem słońca, sprawia, że efektywność wzrasta do 20%.

Chłodnice termoelektryczne

Działają na zasadzie efektu Peltiera. Przepływ prądu elektrycznego przez złącze powoduje pochłanianie energii na jednym złączu, a na drugim jej wydzielanie, czyli odprowadzanie poza instalację. Kontrola i sterowanie chłodzeniem działają przy pełnej automatyzacji.

Trwają również prace nad chłodzącą powłoką krzemową złożoną z mikrostożków, żelem chłodzącym i systemami fotowoltaiczno-termicznymi bazującymi na nanocieczy i materiale zmiennofazowym. 

Schładzanie modułów – najważniejszy jest projekt

O przegrzewaniu się modułów należy pomyśleć już w fazie projektu i odpowiednio ocenić odległości między urządzeniami i powierzchnią dachu – zarówno skośnego, jak i płaskiego. Jeśli masz już fotowoltaikę i widzisz, że odstępy są zbyt wąskie, zgłoś się do instalatora w celu poprawy. Większość zaawansowanych sposobów schładzania jest w tej chwili na etapie testów, a te, które działają, są kosztowne i wykorzystuje się je na wielkich farmach fotowoltaicznych.

‍