Jak warunki pogodowe wpływają na działanie fotowoltaiki?

Moduły fotowoltaiczne mogą sprawiać wrażenie delikatnych. W końcu na pierwszy rzut oka to szyby na dachu, wystawione na działanie różnych czynników zewnętrznych, nie zawsze przyjaznych. Czy wytrzymają burzę, gradobicie, ciężar śniegu i porywisty wiatr? Zobacz, jak warunki pogodowe wpływają na działanie fotowoltaiki.

Fotowoltaika a warunki pogodowe – czy moduły są niezniszczalne?

Sprawdzimy, jak zmienia się efektywność fotowoltaiki w różnych warunkach i jak możesz zwiększyć bezpieczeństwo instalacji. Dowiesz się też, jakie testy wykonuje się w przypadku modułów, żeby zachowały sprawność nawet w najtrudniejszych okolicznościach. 

Burza

Wyładowania atmosferyczne stanowią pewne zagrożenie dla instalacji fotowoltaicznej, jednak nie większe niż dla typowej instalacji elektrycznej. W dodatku sama obecność fotowoltaiki też nie zwiększa ryzyka porażenia, czyli nie przyciąga wyładowań.

W trakcie burzy może dojść jednak do przepięć wywołanych uderzeniem pioruna i do uszkodzenia instalacji. Stąd też przy zakładaniu systemu PV poleca się od razu montaż instalacji odgromowych dla zwiększenia bezpieczeństwa, a przynajmniej ograniczników przepięć.

Upał

Zbyt wysoka temperatura sprawia, że instalacja traci wydajność (tzw. efekt temperaturowy). Przegrzewanie się elementów prowadzi do spadku napięcia. Przy temperaturze 35°C moduły nagrzewają się do ok. 60°C. Moc ich spada średnio o 14%, a napięcie o 15%. Dużą rolę w przypadku upalnych dni odgrywa konstrukcja instalacji, która powinna umożliwiać wentylowanie modułów.

Sprawność modułów w wysokich temperaturach określają dwa parametry:

• NOCT (nominalna temperatura pracy ogniwa) – mierzy się sprawność przy temperaturze 45°C,
• STC (testowa temperatura pracy ogniwa) – mierzy się ją przy 25°C. 

Sprawność oblicza się, dzieląc wartość NOCT przez STC. Oba parametry znajdziesz w karcie katalogowej modułów. Wynik powinien oscylować ok. 75%, ale najsprawniejsze moduły osiągają wskaźnik 80%.

Uznaje się też, że każdy dodatkowy °C podczas upałów obniża sprawność modułów fotowoltaicznych o 0,45%. Na tej podstawie wyznaczono współczynnik strat temperaturowych – Pmax (Maximum Power Point). Wskazuje on, o ile spadnie sprawność modułów, jeśli temperatura zacznie się zwiększać o każdy 1°C powyżej 25°C.

Przyjęto, że Pmax w przypadku efektywnych modułów nie może być większy niż 0,42% na °C.

Grad

W testach odporności modułów wykorzystuje się wyrzutnie kulek gradowych, które przy temperaturze 4°C trafiają w ich powierzchnię.

Każdy moduł przechodzi 11 cykli uderzeń, a następnie otrzymuje certyfikat odporności na działanie gradu o średnicy 25 mm i masie ok. 7,53 g, uderzającego z prędkością 23 m/s (82 km/h). 

To minimum wytrzymałości, bo do sprzedaży trafiają również moduły, które radzą sobie z kulami gradu o średnicy nawet 45 mm, spadającymi z prędkością 30,7 m/s (110 km/h).

Śnieg

Opady śniegu są niewielkie i nie ma mrozu? Moduły, których kąt nachylenia wynosi 30-40° same sobie poradzą – biały puch po prostu się z nich zsunie.

Jeśli na modułach zalega cienka warstwa śniegu, np. na 2-3 cm, ich sprawność obniży się do ok. 30%. Instalacja będzie jednak cały czas działać i produkować energię elektryczną. Dopiero pokrywa śniegowa o grubości 10 cm zablokuje całkowicie promieniom słonecznym dostęp do ogniw modułu. 

A co z ciężarem pokrywy śniegowej? Moduły wytrzymują nacisk dochodzący nawet do 900 kg na m²!

Zimą rachunki za energię wzrastają – to normalne w przypadku fotowoltaiki. Masz jednak wrażenie, że są zbyt duże? Zajrzyj tutaj i znajdź przyczynę: Wysoki rachunek przy fotowoltaice – z czego się bierze?

Mróz

Moduły działają nawet w -40°C. Przy słonecznej pogodzie utrzymują wysoką sprawność, choć oczywiście zimą pracują krócej, więc suma uzysków energetycznych jest niższa niż latem.

Nie szkodzą im również skoki temperatur – w testach poddaje się je na zmianę działaniu zimna (-40°C) i gorąca (+85°C), jednocześnie przepuszczając przez nie energię elektryczną. 

Zachmurzenie

Podczas zachmurzenia efektywność modułów spada o ok. 10-30%. Całkowite zachmurzenie w Polsce najczęściej występuje w miesiącach zimowych – grudniu i styczniu.

Jeśli brakuje Ci energii elektrycznej podczas mniej sprzyjających warunków pogodowych, z tego artykułu dowiesz się, jak zwiększyć samowystarczalność: Magazyny energii a niezależność energetyczna

Deszcz

Towarzyszy zachmurzeniu i nie stanowi większego zagrożenia dla modułów, które są wodoodporne. Może być niebezpieczny dla nieszczelnej izolacji przewodów lub szczelin w osłonie ogniw. Dlatego tak ważne są regularne przeglądy, które weryfikują stan instalacji. 

Na plus dla deszczu wypada fakt, że spłukuje drobniejsze zanieczyszczenia z modułów, takie jak kurz i pyłki. 

Wiatr

Moduły opierają się podmuchom wiatru do 130 km/h i wywierającym ciśnienie do 2400 Pa. Jednak w regionach, w których zdarzają się porywiste wiatry (np. nad Bałtykiem czy na terenach górskich), trzeba stosować dodatkowe wzmocnienia i obciążenia instalacji na dachu. 

Ochrony wymagają też moduły na dachach płaskich. Jeśli kąt ich nachylenia przekracza 15°, a balasty są błędnie wymierzone, wicher może je zerwać. 

Wiatr ma za to zbawienny wpływ na pracę modułów podczas upałów – poprawia wymianę ciepła między nimi a otoczeniem. Schładza więc moduły i poprawia ich efektywność. 

Wpływ pogody na moduły fotowoltaiczne – podsumowanie 

Wiesz już, jak wygląda efektywność fotowoltaiki w różnych warunkach. 1600 godzin nasłonecznienia w roku, brak huraganów i tropikalnych upałów sprawiają, że instalacje w Polsce pracują wydajnie. Choć moduły wyglądają na delikatne, to tylko złudzenie. Testuje się je pod kątem działania wysokich temperatur, obciążeń, uderzeń i wilgotności w warunkach często znacznie przekraczających te, które panują w naszym kraju.

‍