Номінальна потужність і стандартні умови випробування (STC)
Продуктивність фотоелектричного модуля зазвичай вимірюється за стандартними умовами випробувань (STC), визначеними стандартом IEC 60904-1:
- Опромінюваність 1000 Вт/м² (оптимальне сонячне світло)
- Температура модуля 25°C
- Стандартизований спектр світла (IEC 60904-3)
Двосторонні модулі, які вловлюють світло з обох сторін, можуть покращити виробництво завдяки відображенню від землі (альбедо). PVGIS ще не моделює ці модулі, але одним із підходів є використання BNPI (Bifacial Nameplate Irradiance), визначеного як: P_BNPI = P_STC * (1 + φ * 0,135), де φ – коефіцієнт біфаціальності.
Обмеження двосторонніх модулів: Не підходить для вбудованих установок, де задня частина модуля закрита. Змінна продуктивність залежно від орієнтації (наприклад, вісь північ-південь зі сходом-заходом).
Оцінка фактичної потужності фотоелектричних модулів
Реальні умови роботи фотоелектричних панелей відрізняються від стандартних (STC), що впливає на вихідну потужність. PVGIS.COM застосовує кілька виправлень для включення цих змінних.
1. Відбивання та кут падіння світла
Коли світло потрапляє на фотоелектричний модуль, його частина відбивається, не перетворюючись на електрику. Чим гостріший кут падіння, тим більша втрата.
- Вплив на виробництво: у середньому цей ефект спричиняє втрати від 2 до 4%, зменшені для систем відстеження сонячних променів.
2. Вплив сонячного спектру на ефективність PV
Сонячні панелі чутливі до певних довжин хвиль світлового спектру, які відрізняються залежно від фотоелектричної технології:
- Кристалічний кремній (c-Si): чутливий до інфрачервоного та видимого світла
- CdTe, CIGS, a-Si: різна чутливість зі зниженим відгуком в інфрачервоному діапазоні
Фактори, що впливають на спектр: Ранкове і вечірнє освітлення більш червоне.
Похмурі дні збільшують частку синього світла. Спектральний ефект безпосередньо впливає на фотоелектричну потужність. PVGIS.COM використовує супутникові дані для коригування цих коливань і враховує ці поправки у своїх розрахунках.
Залежність фотоелектричної потужності від опромінення та температури
Температура та ефективність
Ефективність фотоелектричних панелей зменшується з температурою модуля, залежно від технології:
При високому освітленні (>1000 Вт/м²), температура модуля підвищується: втрата ефективності
При низькому освітленні (<400 Вт/м²), ефективність залежить від типу фотоелемента
Моделювання в PVGIS.COM
PVGIS.COM регулює потужність PV на основі опромінення (G) і температури модуля (Tm) за допомогою математичної моделі (Huld et al., 2011):
P = (G/1000) * A * eff(G, Tm)
Коефіцієнти, специфічні для кожної фотоелектричної технології (c-Si, CdTe, CIGS), виводяться з експериментальних вимірювань і застосовуються до PVGIS.COM моделювання.
Моделювання температури фотоелектричних модулів
- Фактори, що впливають на температуру модуля (Tm)
- Температура навколишнього повітря (Ta)
- Сонячна радіація (G)
- Вентиляція (W) – сильний вітер охолоджує модуль
-
Температурна модель в PVGIS (Файман, 2008):
Tm = Ta + G / (U0 + U1W)
Коефіцієнти U0 і U1 змінюються в залежності від типу установки:
| PV технологія | монтаж | U0 (Вт/°C-м²) | U1 (Вт/°C-м³) |
|---|---|---|---|
| c-Si | Окремо стоїть | 26.9 | 26.9 |
| c-Si | BIPV/BAPV | 20,0 | 20,0 |
| CIGS | Окремо стоїть | 22.64 | 22.64 |
| CIGS | BIPV/BAPV | 20,0 | 20,0 |
| CdTe | Окремо стоїть | 23.37 | 23.37 |
| CdTe | BIPV/BAPV | 20,0 | 20,0 |
Системні втрати та старіння фотоелектричних модулів
Усі попередні розрахунки забезпечують потужність на рівні модуля, але необхідно враховувати інші втрати:
- Втрати перетворення (інвертор)
- Втрати проводки
- Відмінності в потужності між модулями
- Старіння фотоелектричних панелей
Згідно з дослідженням Jordan & Kurtz (2013), фотоелектричні панелі втрачають у середньому 0,5% електроенергії на рік. Через 20 років їх потужність знижується до 90% початкової вартості.
- PVGIS.COM рекомендує ввести початкову втрату системи 3% протягом першого року для врахування деградації системи, а потім 0,5% на рік.
Інші фактори, які не враховуються PVGIS
Деякі ефекти впливають на виробництво PV, але не включені PVGIS:
- Сніг на панелях: Різко скорочує виробництво. Залежить від частоти та тривалості снігопаду.
- Накопичення пилу та бруду: Зменшує потужність PV залежно від очищення та опадів.
- Часткове затінення: Має сильний вплив, якщо модуль затінений. Цим ефектом необхідно керувати під час встановлення PV.
Висновок
Завдяки прогресу в фотоелектричному моделюванні та супутникових даних, PVGIS.COM дозволяє точно оцінити вихідну потужність фотоелектричних модулів з урахуванням екологічних і технологічних впливів.
Навіщо використовувати PVGIS.COM?
Розширене моделювання опромінення та температури модуля
Поправки на основі кліматичних і спектральних даних
Надійна оцінка системних втрат і старіння панелей
Оптимізація виробництва сонячної енергії для кожного регіону