Moc nominalna i standardowe warunki testowe (STC)
Wydajność modułu fotowoltaicznego mierzy się zazwyczaj w standardowych warunkach testowych (STC), zdefiniowanych w normie IEC 60904-1:
- Natężenie promieniowania 1000 W/m² (optymalne światło słoneczne)
- Temperatura modułu 25°C
- Znormalizowane widmo światła (IEC 60904-3)
Moduły dwustronne, które przechwytują światło z obu stron, mogą usprawnić produkcję poprzez odbicie od podłoża (albedo). PVGIS nie modeluje jeszcze tych modułów, ale jednym z podejść jest użycie BNPI (Bifacial Nameplate Irradance), zdefiniowanego jako: P_BNPI = P_STC * (1 + φ * 0,135), gdzie φ jest współczynnikiem dwustronności.
Ograniczenia modułów dwustronnych: Nie nadaje się do instalacji zintegrowanych z budynkiem, gdzie tył modułu jest zasłonięty. Zmienna wydajność w zależności od orientacji (np. oś północ-południe z orientacją wschód-zachód).
Oszacowanie rzeczywistej mocy modułów fotowoltaicznych
Rzeczywiste warunki pracy paneli fotowoltaicznych różnią się od warunków standardowych (STC), co ma wpływ na moc wyjściową. PVGIS.COM stosuje kilka poprawek, aby uwzględnić te zmienne.
1. Odbicie i kąt padania światła
Kiedy światło pada na moduł fotowoltaiczny, jego część zostaje odbita, nie przekształcając się w energię elektryczną. Im ostrzejszy kąt padania, tym większa strata.
- Wpływ na produkcję: Efekt ten powoduje średnio stratę od 2 do 4%, zmniejszoną w przypadku systemów śledzenia energii słonecznej.
2. Wpływ widma słonecznego na wydajność fotowoltaiki
Panele słoneczne są wrażliwe na pewne długości fal widma światła, które różnią się w zależności od technologii fotowoltaicznej:
- Krzem krystaliczny (c-Si): Wrażliwy na podczerwień i światło widzialne
- CdTe, CIGS, a-Si: Różna czułość, ze zmniejszoną reakcją w podczerwieni
Czynniki wpływające na widmo: Światło poranne i wieczorne jest bardziej czerwone.
Pochmurne dni zwiększają udział światła niebieskiego. Efekt widmowy bezpośrednio wpływa na moc fotowoltaiczną. PVGIS.COM wykorzystuje dane satelitarne w celu dostosowania tych różnic i uwzględnia te poprawki w swoich obliczeniach.
Zależność mocy PV od natężenia promieniowania i temperatury
Temperatura i wydajność
Sprawność paneli fotowoltaicznych zmniejsza się wraz z temperaturą modułu, w zależności od technologii:
Przy wysokim natężeniu promieniowania (>1000 W/m²), wzrasta temperatura modułu: Utrata wydajności
Przy niskim natężeniu promieniowania (<400 W/m²)wydajność różni się w zależności od typu ogniwa fotowoltaicznego
Modelowanie w PVGIS.COM
PVGIS.COM dostosowuje moc fotowoltaiczną w oparciu o natężenie promieniowania (G) i temperaturę modułu (Tm) za pomocą modelu matematycznego (Huld i in., 2011):
P = (G/1000) * A * eff(G, Tm)
Współczynniki specyficzne dla każdej technologii fotowoltaicznej (c-Si, CdTe, CIGS) pochodzą z pomiarów eksperymentalnych i są stosowane do PVGIS.COM symulacje.
Modelowanie temperatury modułów fotowoltaicznych
- Czynniki wpływające na temperaturę modułu (Tm)
- Temperatura powietrza otoczenia (Ta)
- Natężenie promieniowania słonecznego (G)
- Wentylacja (W) – Silny wiatr chłodzi moduł
-
Model temperaturowy w PVGIS (Faiman, 2008):
Tm = Ta + G / (U0 + U1W)
Współczynniki U0 i U1 różnią się w zależności od rodzaju instalacji:
| Technologia fotowoltaiczna | Instalacja | U0 (W/°C-m²) | U1 (Ws/°C-m3) |
|---|---|---|---|
| c-Si | Wolnostojący | 26,9 | 26,9 |
| c-Si | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CIGS | Wolnostojący | 22.64 | 22.64 |
| CIGS | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CdTe | Wolnostojący | 23.37 | 23.37 |
| CdTe | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
Straty systemowe i starzenie się modułów fotowoltaicznych
Wszystkie poprzednie obliczenia podają moc na poziomie modułu, ale należy wziąć pod uwagę inne straty:
- Straty konwersji (falownik)
- Straty w okablowaniu
- Różnice w mocy pomiędzy modułami
- Starzenie się paneli fotowoltaicznych
Według badań Jordana i Kurtza (2013) panele fotowoltaiczne tracą średnio 0,5% mocy rocznie. Po 20 latach ich moc spada do 90% wartości początkowej.
- PVGIS.COM zaleca wprowadzenie początkowej straty systemu na poziomie 3% przez pierwszy rok w celu uwzględnienia degradacji systemu, a następnie 0,5% rocznie.
Inne czynniki nieuwzględnione w PVGIS
Niektóre efekty wpływają na produkcję fotowoltaiczną, ale nie są uwzględnione PVGIS:
- Śnieg na panelach: Drastycznie zmniejsza produkcję. Zależy od częstotliwości i czasu trwania opadów śniegu.
- Nagromadzenie kurzu i brudu: Zmniejsza moc fotowoltaiczną w zależności od czyszczenia i opadów.
- Częściowe zacienienie: Ma silny wpływ, jeśli moduł jest zacieniony. Efekt ten należy kontrolować podczas instalacji fotowoltaicznej.
Wniosek
Dzięki postępom w modelowaniu fotowoltaicznym i danych satelitarnych PVGIS.COM pozwala na precyzyjne oszacowanie mocy wyjściowej modułów PV z uwzględnieniem efektów środowiskowych i technologicznych.
Dlaczego warto używać PVGIS.COM?
Zaawansowane modelowanie natężenia promieniowania i temperatury modułu
Korekty oparte na danych klimatycznych i spektralnych
Wiarygodne oszacowanie strat systemowych i starzenia się paneli
Optymalizacja produkcji energii słonecznej dla każdego regionu