envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa








15Podstawowym błędem podczas szacowania potencjalnych zysków energii z instalacji fotowoltaicznej jest obliczanie mocy całej instalacji na podstawie deklarowanej mocy pojedynczych paneli wchodzących w jej skład. Podstawowe parametry paneli są bowiem podawane dla warunków praktycznie nie występujących w naszym kraju. Nie uwzględniają one również czynników zewnętrznych wpływających na działanie instalacji PV.

Warunki STC a NOCT
Panele fotowoltaiczne są instalowane na całym świecie, we wszystkich długościach i szerokościach geograficznych. Pracują zatem w różnych warunkach klimatycznych i atmosferycznych oraz co za tym idzie – w zmiennym nasłonecznieniu. Z tego względu, w celu ujednolicenia warunków, w których badane są poszczególne panele fotowoltaiczne, wprowadzono standardowe warunki pomiarowe zwane STC (Standard Test Conditions). Są one następujące:

  • temperatura ogniw 25°C, 
  • nasłonecznienie równe 1000 W/m2
  • współczynnik masy powietrza AM (air mass) równy 1,5.

Ponieważ podczas normalnej pracy instalacji uzyskanie warunków STC jest bardzo trudne, m.in. z powodu problemów z utrzymaniem niskiej temperatury modułu, wprowadzono również bardziej miarodajnie warunki pomiarowe zwane NOCT (Normal Operating Cell Temperature). Zakładają one następujące parametry:

  • temperatura ogniw 20°C, 
  • nasłonecznienie równe 800 W/m2, 
  • współczynnik masy powietrza AM (air mass) równy 1,5, 
  • prędkość wiatru równą 1 m/s.

16!Porównując parametry paneli fotowoltaicznych powinniśmy zatem zwrócić uwagę na to, dla jakich warunków pomiarowych podane są parametry: dla STC (Standard Test Conditions) czy dla NOCT (Normal Operating Cell Temperature).

Rodzaje paneli na polskim rynku i oznaczenia
Na polskim rynku sprzedawane są głównie dwa rodzaje paneli: monoi polikrystaliczne, których sprawność w warunkach STC sięga odpowiednio do 25% oraz do 20%. Panele monokrystaliczne (najczęściej koloru czarnego) są zbudowane z jednego kryształu krzemu i charakteryzują się dłużej utrzymującą się sprawnością. Natomiast panele polikrystaliczne (koloru niebieskiego/granatowego), które są tańsze i do niedawna były w Polsce bardziej popularne, są zbudowane z wielu kryształów krzemu oraz charakteryzują się krócej utrzymującą się sprawnością.

Na tabliczce znamionowej takiego panelu będą znajdować się parametry zmierzone w warunkach STC:

  • PMPP – moc w [W], czyli maksymalna moc osiągnięta w warunkach STC; 
  • ISC – prąd zwarcia w [A], czyli maksymalny prąd przy zwarciu przewodów “+” i “-”; 
  • IMPP – prąd w punkcie mocy maksymalnej w [A]; 
  • UOC – napięcie obwodu otwartego w [V], czyli maksymalne napięcie obwodu bez obciążenia;
  • UMPP – napięcie w punkcie mocy maksymalnej w [V].

17Współczynniki temperaturowe w obliczeniach
Dobierając panele fotowoltaiczne do konkretnej instalacji, warto pamiętać, że parametry podawane na tabliczce znamionowej określane są dla warunków testowych (STC), w których parametry otoczenia i modułu nie zmieniają się w czasie. W warunkach rzeczywistych moc oraz napięcie modułu będzie spadać wraz ze wzrostem temperatury, przy nieznacznym wzroście generowanego prądu. Spadek temperatury będzie natomiast powodować wzrost mocy i napięcia oraz nieznaczny spadek generowanego prądu. Aby ustalić wpływ zmian w otoczeniu na pracę instalacji, powinno się – korzystając z tabliczki znamionowej oraz danych technicznych danego modelu paneli – wykonać stosunkowo proste obliczenia (przedstawione poniżej) przy uwzględnieniu odpowiednich współczynników temperaturowych.

Przykład obliczeń. W naszych obliczeniach weźmy pod uwagę instalację złożoną z 13 paneli Vitovolt 300 (M310 PB), które charakteryzują się parametrami podanymi w tabeli na rys. 3. Znajdziemy tam również informacje o współczynnikach temperaturowych.
Obliczmy, jak bardzo zmieni się moc modułu przy zmianie jego temperatury (w warunkach STC), przy założeniu, że:
moc PMPP = 310 W,
wsp. temperaturowy = -0,390%/°C,
czyli:
∆P = 310 ∙ (-0,00390) = -1,209 W/°C.
18Zmiany napięcia i natężenia prądu przy zmianie temperatury o 1°C będą następujące:

  • zmiany napięcia panelu przy założeniu, że: napięcie obwodu otwartego UOC = 40,08 V,
    wsp. temperaturowy = -0,295%/°C,
    wyniosą:
    ΔU = 40,08 ∙ (–0,00295) = -0,118 V/°C; 
  • zmiany natężenia prądu przy założeniu, że:
    prąd zwarcia ISC = 10,01 A,
    wsp. temperaturowy = 0,039%/°C,
    wyniosą:
    ΔI = 10,01∙ 0,00039 = 0,0039 A/°C.

Z obliczeń wynika, że przyrost temperatury ogniwa o 1°C spowoduje spadek napięcia o 0,118 V oraz wzrost natężenia prądu o 0,0039 A.

Chcąc zbliżyć się do rzeczywistych warunków pracy instalacji fotowoltaicznej, powinniśmy teraz dokonać obliczeń pracy modułu w warunkach ekstremalnych, określając skrajne parametry elektryczne, z jakimi może pracować instalacja. Dla lata przyjmuje się wówczas temperaturę panelu wynoszącą +70°C, a dla zimy -25°C. Wartość energii promieniowania słonecznego padającego na panel wynosi tyle samo co w warunkach STC, czyli 1000 W/m2 , zatem do obliczeń wykorzystamy różnicę między temperaturą w warunkach STC (+25°C) a temperaturą ekstremalną w danym okresie. 19
Obliczenia dla naszych paneli (Vitovolt 300) będą wyglądały następująco:

  • latem, przy uwzględnieniu odpowiedniej różnicy temperatury:
    70°C – 25°C = 45°C,
    skrajne parametry mocy, napięcia obwodu otwartego i prądu zwarcia wyniosą odpowiednio:
    P (+70°C) = 310 + [45°C · (-1,209 W/°C)] = 255,6 W,
    Uoc (+70°C) = 40,08 V + [45°C · (-0,118 V/°C)] = 34,77 V,
    I sc (+70°C) = 10,01 A + (45°C · 0,0039 A/°C) = 10,19 A; 
  • natomiast zimą, przy uwzględnieniu odpowiedniej różnicy temperatury:
    -25°C – 25°C = -50°C,
    skrajne parametry mocy, napięcia obwodu otwartego i prądu zwarcia wyniosą odpowiednio:
    P (-25°C) = 310 + [(-50°C) · (-1,209 W/°C)] = 370,5 W,
    Uoc (-25°C) = 40,08 V + [(-50°C) · (-0,118 V/°C)] = 45,98 V,
    I sc (-25°C) = 10,01 A + [(-50°C) · 0,0039 A/°C) = 9,82 A.

    Instalacja składająca się z przykładowych 13 paneli (Vitovolt 300) w warunkach STC powinna produkować 4,03 kW. Jednak latem, jak wskazują obliczenia, gdyby panel nagrzał się do +70°C, moc elektryczna instalacji zmalałaby do poziomu 3,3 kW. Z kolei zimą moc pracującej instalacji potrafi przekraczać wartości prezentowane na tabliczce znamionowej paneli. Zakładając temperaturę paneli na poziomie -25°C, moc instalacji wzrośnie aż do poziomu 4,8 kW. Oczywiście, cały czas zakładamy, iż wartość promieniowania słonecznego padającego na panele wynosi 1000 W/m2 .

!Ewentualne zmiany mocy instalacji należy uwzględniać przy doborze falownika. Warto pamiętać, że falowniki mają dopuszczalne zakresy pracy, które przy skrajnej temperaturze mogą zostać przekroczone lub może dojść do sytuacji, w której nie osiągniemy minimalnej wartości napięcia uruchomienia falownika.

Jakość gwarancji, jakość paneli
Konkurencja na rynku fotowoltaiki w Polsce jest obecnie bardzo duża, dlatego producenci paneli często ścigają się między sobą w ofertach cenowych czy warunkach gwarancyjnych. W efekcie wielu klientom trudno ocenić, która z ofert rzeczywiście jest korzystna i którą firmę wybrać. Czy wybrać tę firmę, która daje pełną gwarancję sprzedawcy na zakupione produkty, jest mocno osadzona na rynku i działa na nim od lat, czy też firmę, która niedawno pojawiła się na polskim rynku, kusi atrakcyjną ceną i np. 20-letnią gwarancją? Fakty są takie, że jeśli firma od niedawna jest na naszym rynku, to też w każdej chwili może z niego zniknąć, a choć gwarancja rzeczywiście udzielana jest np. na 20 lat, to z tego okresu np. tylko 2 lata u sprzedawcy, a po 2 latach w razie awarii roszcze-nia trzeba będzie kierować do Azji. Odpowiedź nasuwa się więc sama.20
21Kolejną ważną kwestią przy wyborze jest oczywiściejakość samego produktu. W tym przypadku parametrytakie jak sprawność oraz współczynnik FF (fill factor – współczynnik wypełnienia) pomagają w określeniu jako-ści paneli fotowoltaicznych. Odnosząc się do naszych przykładowych paneli Vitovolt 300, wykonajmy zatemodpowiednie obliczenia.

Korzystając z poniższego wzoru, możemy policzyć sprawność panelu PV:23

Sprawdźmy również współczynnik FF, czyli współczynnik wypełnienia:
24Oczywiście, im wyższa sprawność modułów oraz wartość współczynnika wypełnienia, tym lepiej. Panele dobrej jako-ści mają współczynnik wypełnienia wyższy od 0,74.

Spadek mocy określony w gwarancji
Jakość paneli PV niewątpliwie ma istotny wpływ na wielkość strat ich mocy wraz z upływem czasu użytkowania instalacji. Generalnie każdy panel fotowoltaiczny podczas normalnej pracy, wraz z postępowaniem procesu starzenia się materiałów, z których został wykonany, lub z powodu uszkodzeń wynikających z pracy instalacji na zewnątrz, traci swoją moc. Jest to zapewne jego największa wada. Najwyższa roczna strata mocy występuje w przeciągu pierwszych lat pracy instalacji i wynosi od 0,35 do 0,8%. Straty mocy dotyczą zatem każdej instalacji PV, ale mogą mieć różną wartość i to właśnie chodzi.
Można wskazać wiele czynników, które powodują spadek sprawności modułów (mocy instalacji PV), ale najczęściej wymienia się: 

  • działanie wysokiej temperatury na panel, przez co spada sprawność produkcji energii elektrycznej; 
  • wahania temperatury, które mogą uszkodzić powłokę antyrefleksyjną; 
  • wodę utrzymującą się na powierzchni paneli, która w mroźniejsze dni wypełnia mikropęknięcia i podczas zamarzania niszczy powierzchnię modułu; 
  • zabrudzenia powierzchni paneli, np. przez odchody zwierząt czy smog; 
  • montaż paneli w miejscu zacienionym lub montaż paneli słabej jakości, w których występuje odklejanie się folii ochronnej oraz jej odbarwienie. 

Ponieważ mamy wpływ tylko na część z tych czynników, warto właśnie o nie szczególnie zadbać, tak aby panele na przestrzeni lat traciły jak najmniej mocy. Wróćmy więc do jakości samych paneli. Te, które cechuje wysoka jakość, mają standardową gwarancję na moc, a konkretnie gwarancja oferowana przez producentów określa pewne limity spadku mocy nominalnej paneli na przestrzeni lat pracy. I tak w przypadku paneli Vitovolt 300 (M310 PB) ich sprawność:

  • po roku pracy instalacji nie może być niższa niż 97% sprawności początkowej;
  • po 25 latach pracy instalacji liniowy spadek sprawności nie może być niższy niż 80% sprawności początkowej. 

Oznacza to, że sprawność tych paneli po roku pracy będzie wynosić nie mniej niż 18,47% (19,05% · 0,97 = 18,47%). Natomiast po 25 latach pracy sprawność nie będzie niższa niż 15,24% (19,05% · 0,80 = 15,24%). Niskie spadki mocy oraz długa gwarancja sprzedawcy niewątpliwie wskazują, że panele są wykonane z komponentów wysokiej jakości.

Źródła:
[1] https://solargis.com/maps-and-gis-data/download/poland
[2] materiały Viessmann

22Artykuł stanowi trzecią część wznowionego na łamach „Polskiego Instalatora” cyklu „Warsztaty instalatora OZE” w zakresie instalacji fotowoltaicznych, szczególnie mikroi małych instalacji. Korzystając z wiedzy ekspertów z działu Wsparcia Technicznego i Szkoleń firmy Viessmann, przygotowujemy kolejne odcinki tego cyklu, poświęcone np. współpracy instalacji z pompą ciepła, doborowi zabezpieczeń elektrycznych czy najważniejszym zasadom montażu paneli. Znajdzie się w nich wiele cennych i praktycznych wskazówek dla wykonawców, które zarazem mogą służyć jako argumenty w rozmowach z inwestorami.


 

pi