Od czego zależy efektywność instalacji PV?

PV, czyli fotowoltaika (z angielskiego „photovoltaic”) stanowi jeden z tych sektorów gospodarki, który nieustannie się rozwija. Naukowcy oraz inwestorzy związani z branżą prześcigają się w koncepcjach mających na celu zwiększenie efektywności działania ogniw fotowoltaicznych, a co za tym idzie również całej konstrukcji modułów. Klucz do osiągnięcia sukcesu w najczęściej polega jednak nie na tym, aby uzyskać jak najwyższą wydajność paneli fotowoltaicznych, ale na tym, aby zmaksymalizować opłacalność ich stosowania, czyli zoptymalizować stosunek jakości do ceny urządzenia. Poniżej odpowiemy zatem na pytanie, od jakich czynników uzależniona jest efektywność instalacji fotowoltaicznej oraz kiedy warto rozważyć zakup posiadających relatywnie wysoką wydajność paneli fotowoltaicznych.

Wydajność fotowoltaiki w ciągu roku oraz jej ogólna efektywność warunkowana przez wiele aspektów

Zanim przejdziemy do właściwej odpowiedzi na wcześniej postawione pytania, wyjaśnijmy, co w zasadzie należy rozumieć przez efektywność instalacji fotowoltaicznej. W najprostszym tłumaczeniu termin ten określa sprawność urządzenia w zakresie konwertowania energii pochodzącej z promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Sprawność paneli PV w postaci wartości procentowej otrzymuje się poprzez obliczenie stosunku mocy promieniowania słonecznego padającego na ich powierzchnię do energii elektrycznej przez nie generowanej.
Wydajność fotowoltaiki w ciągu roku jest zmienna, a na jakość wspomnianego procesu składa się z kolei wiele niejednolitych czynników, mogących wpływać na niego zarówno pozytywnie, jak i negatywnie. Spośród najistotniejszych z nich wymienić należy przede wszystkim:

•rodzaj technologii zastosowanej podczas produkcji modułów PV,
•materiał wykorzystany w ramach konstrukcji, a w szczególności strukturę krystaliczną oraz właściwości,
•cechy użytego do zabezpieczenia ogniw szkła oraz antyrefleksyjnych powłok,
•jakość użytych w obrębie instalacji połączeń pomiędzy wchodzącymi w jej skład ogniwami,
•warunki atmosferyczne charakterystyczne dla określonego obszaru roboczego, takie jak intensywność wiatru, temperatura powietrza, a także natężenie promieniowania słonecznego.

Ze względu na wymienione powyżej czynniki, ze szczególnym uwzględnieniem ostatniego, faktyczna wydajność paneli fotowoltaicznych o jednakowej sprawności nominalnej prezentuje się niejednolicie dla różnych obszarów geograficznych oraz uzależniona jest od azymutów i kątów nachylenia poszczególnych ogniw.

Maksymalna moc instalacji fotowoltaicznej w zależności od zastosowanej technologii

Wspomnieliśmy już o tym, że efektywność instalacji fotowoltaicznej zależy m.in. od rodzaju technologii modułów. Jest to jednak czynnik na tyle istotny, że warto poświęcić mu osobną część wpisu. Z najbardziej popularnych typów paneli PV wyróżnia się wariant monokrystaliczny oraz polikrystaliczny. Jak sama nazwa wskazuje, pierwszy z nich składa się z monolitycznego (tj. stanowiącego jedną całość) kryształu krzemu, natomiast drugi z ogniw zawierających w swojej konstrukcji wiele kryształów.

Moduł monokrystaliczny posiada ciemny odcień oraz bardzo charakterystyczne dla siebie ścięte rogi, które wynikają ze specyfiki procesu wytwarzania płytek krzemowych. Maksymalna moc instalacji fotowoltaicznej tego rodzaju ma istotnie wyższą wartość, niż w przypadku mocy, jaką można uzyskać przy użyciu ich polikrystalicznego odpowiednika. Jej sprawność oscyluje w granicach od 18 do 22%, podczas gdy sprawność paneli polikrystalicznych zamyka się w przedziale 14-18%. Czy fakt ten oznacza jednak, że stosowanie paneli z pojedynczym kryształem krzemu to zawsze najlepsze wyjście? Odpowiedź brzmi nie. Aby lepiej to zrozumieć, przejdźmy do odpowiedzi na drugie z postawionych we wstępie wpisu pytań – kiedy warto rozważyć zakup posiadających relatywnie wysoką wydajność paneli fotowoltaicznych?

Na ile ważna jest nominalna wydajność paneli fotowoltaicznych?

Moduły polikrystaliczne rzeczywiście cechują się niższą sprawnością od swoich monokrystalicznych odpowiedników, ale w komplecie z tą wadą idzie także bardzo istotna zaleta w postaci niższej ceny, a ściślej mówiąc lepszego jej stosunku do jakości niż w przypadku modułów monokrystalicznych. Fakt ten sprawia, że pierwsze z wymienionych rozwiązań jest o wiele bardziej popularne nie tylko w Polsce, ale także innych rejonach świata.
Maksymalna moc instalacji fotowoltaicznej w praktyce istotną rolę odgrywa niemal wyłącznie wtedy, kiedy dany inwestor dysponuje ograniczoną względem potrzeb modułów PV powierzchnią. Przykładowo montując na danym obszarze panel o nominalnej sprawności 20% oraz powierzchni wynoszącej 1,5 m2 (przy założeniu natężenia promieniowania słonecznego na poziomie standardowej wartości 1000 W/m) otrzymamy moc wynoszącą 300 W. Dla modułu o identycznej powierzchni, ale sprawności nominalnej niżej o 5% moc wyniesie natomiast już tylko 225W.

Oczywiście przy tego typu szacunkach trzeba brać pod uwagę fakt, iż wydajność fotowoltaiki w ciągu roku zmienia się i kluczowym czynnikiem niezbędnym dla oszacowania potencjalnie produkowanej przez panele energii są specyfika obszaru montażu oraz liczba godzin słonecznych charakterystyczna dla miejsca ich instalacji.