Prąd płynący prosto ze słońca

Efekt PV, czy też efekt fotowoltaiczny, to zjawisko polegające na wytworzeniu energii elektrycznej między dwoma elementami wykonanych z podobnego materiału w wyniku bezpośredniego działania fotonów. Właśnie w ten sposób działają ogniwa fotowoltaiczne przetwarzając energie słoneczną na elektryczną.

Zjawisko to odkrył francuski fizyk Edmund Becquerel w 1839 roku. Jednak pierwsze komercyjne zastosowanie efektu PV miało miejsce dopiero w 1954 roku, w Bell Laboratories – oddziale badawczym i wdrożeniowym amerykańsko-francuskiej korporacji telekomunikacyjnej Alcatel-Lucent. Wyprodukowano tam pierwsze krzemowe ogniwo słoneczne. Od tego czasu ogniwa fotowoltaiczne znalazły wiele zastosowań.

Dalszy rozwój tej technologii spowodował, że ogniwa z powodzeniem wykorzystywane są w budownictwie energooszczędnym i plus energetycznym, gdzie służą do wytwarzania użytkowej energii elektrycznej. Jednym z ostatnich osiągnięć w tej dziedzinie jest wyprodukowanie półprzezroczystego modułu, który może być używany jako okno w budynkach.

Właściwy wybór

Przy wyborze paneli fotowoltaicznych stosowanych w mikroinstalacjach nie liczy się tylko potencjalna ilość wyprodukowanej energii, wyrażona procentowo w sprawności nominalnej, ale szczególne znaczenie ma podwyższona sprawność jego modułów przy słabym oświetleniu. W polskim klimacie baterie słoneczne pracują o średnim natężeniu promieniowania słonecznego wynoszącego 990 W/m². Jednak jest to tylko średnia. W okresie zimowym rzadko będzie ono przekraczać 300 W/m².

Z tego powodu ważne jest, aby efektywna praca baterii została zachowana nawet w słabych warunkach słonecznych. Dlatego też należy pamiętać, że moduły z ogniwami polikrystalicznymi (wykonanymi z wykrystilizowanego krzemu) pomimo, że osiągają słabszą sprawność niż monokrystaliczne w warunkach STC to mogą wydajniej pracować w warunkach większego zachmurzenia. Z kolei panele monokrystaliczne są najbardziej wydajne w dni słoneczne.

Warto też wybierać moduły o niskotemperaturowym wskaźniku mocy, co oznacza niski spadek wydajności przy wysokich temperaturach. Standardowo każdy stopień Celsjusza powyżej 25°C oznacza spadek mocy o 0,38%. Oznacza to, że przy wzroście temperatury otoczenia do 80°C obniżenie mocy może sięgną ponad 20% w stosunku do szczytowej mocy nominalnej modułu. Jest to istotne w przypadku fotowoltaicznych instalacji dachowych, które nie zawsze są właściwie wentylowane.

Przy wyborze "baterii słonecznych" o modułach dostarczających mocy szczytowej sięgającej 250-260 Wp należy też sprawdzić czy będą one efektywnie współpracowały z falownikiem (inwerterem), zamieniającym wyprodukowany prąd stały w zmienny.

Wysokość napięcie modułów fotowoltaicznych musi odpowiadać zakresowi napięcia falownika, w którym będzie on optymalnie zamieniał prąd stały w zmienny. Warto także sprawdzić czy panele słoneczne wyposażone są w powłokę antyrefleksyjną ARC glass, która umożliwia zwiększenie wydajności konwersji modułu z 3,5% nawet do 5%. Jakimi zatem parametrami powinny charakteryzować się panele fotowoltaiczne, aby efektywnie zamieniały energię słoneczną na elektryczną?

Kolektory z odpowiednim parametrem?

Jednym z parametrów określających wydajność pracy kolektora słonecznego jest sprawność ogniwa bądź modułu fotowoltaicznego. Parametr ten procentowo określa ile energii słonecznej dany moduł lub ogniwo jest w stanie wykorzystać do produkcji prądu. Na jego wielkość ma wpływ moc szczytowa ogniwa lub modułu słonecznego oraz natężenie promieniowania słonecznego, jak i temperatura otoczenia.

Przykładowo, moduły krzemowe mimo że zaliczane są do I generacji, wyróżniają się wysoką sprawnością (wydajnością konwersji), sięgającą 17-22%.A im większa sprawność podawana przez producentów, tym teoretycznie więcej dany moduł jest w stanie wytworzyć energii elektrycznej. Pojęcie sprawności ogniwa lub modułu wydaje się więc być całkiem obiektywnym pojęciem opisującym wydajność konwersji energii słonecznej w elektryczną, szczególnie kiedy porównujemy różne produkty. Nic bardziej mylnego.

Niestandardowe warunki pracy

Otóż producenci oznaczają swoje panele i moduły fotowoltaiczne informacją, że osiągają określone parametry pracy w standardowych warunkach nazywanych STC (Standard Test Condition). Co to oznacza? STC to warunki laboratoryjne, w których producenci testują swoje ogniwa fotowoltaiczne, czyli w natężeniu promieniowania słonecznego 1000 W/m², spektrum promieniowania dla gęstości atmosfery (poziom zachmurzenia) AM 1,5 o mocy i stałej temperaturze 25°C.

Dodatkowo podają moc szczytową Wp (Watt peak) jaką osiągają ich produkty w tych warunkach. W praktyce moduły, jak i ogniwa rzadko pracują w tak idealnych warunkach. Warto sprawdzić charakterystykę prądowo-napięciową wydajności modułów w różnych, niestandardowych  warunkach pracy.

Dlatego też część producentów modułów podają wydajność ogniw lub modułów w tzw. warunkach normalnych czyli NOCT (normal operating cell temperature), czyli tych bardziej zbliżonych do naturalnych. Te normalne warunki zostały określone, jako temperatura otoczenia w zakresie 40-50°C; prędkość wiatru 1 m/s; natężenie promieniowania słonecznego 800 W/m², przy spektrum promieniowania dla gęstości atmosfery AM 1,5.

Czytaj także: W kierunku „zielonego” budownictwa

Każda bateria słoneczna traci efektywność w niskich warunkach natężenia promieniowania słonecznego ok. 3-4% w stosunku do warunków laboratoryjnych STC. Parametr sprawności modułu nie jest więc tak obiektywnym parametrem, biorąc pod uwagę, że rzeczywista sprawność modułów zmniejsza się nie tylko w przypadku większego zachmurzenia, ale wraz ze wzrostem temperatury panelu fotowoltaicznego. Dlatego też przy wyborze paneli fotowoltaicznych ważna jest nie tylko sama prawność czy też moc szczytowa, osiągnięta w laboratoryjnych warunkach, ale też i inne parametry.

Pełna integracja

Producenci paneli fotowoltaicznych nie tylko dążą do poprawy sprawności ogniw fotowoltaicznych, ale też i dbają także o aspekty wizualne montowanych instalacji fotowoltaicznych. Najczęściej są one montowane na dachu, więc inwestorzy chcą aby panele nie szpeciły swoim wyglądem całego domu.

Dlatego również instalacja musi dobrze się prezentować na dachu i wkomponować w jego połać. Między innymi z tą myślą zostały stworzone systemy Braas PV Indax i PV Premium, z których drugi otrzymał prestiżową nagrodę w dziedzinie wzornictwa przemysłowego Red Dot Design Award w kategorii „najlepszy z najlepszych”. Integracja obu systemów z połacią dachu daje optyczne wrażenie jednej całości. PV Indax wizualnie przypomina okno dachowe, zaś PV Premium jest idealnie dopasowany do dachówek płaskich. Ich estetyczny i nowoczesny design będzie przez lata cieszył oko właścicieli dachu – podkreśla Adam Ziółek, kierownik marketingu w Monier Braas Polska.

Integracja paneli, czy też modułów z dachem to już trwały trend, co potwierdza także firma Tesla. W ubiegłym roku zaprezentowała fotowoltaiczny dach, który można wykonać ze specjalnych dachówek. Składają się one nie tylko z hartowanego szkła, ale też  z paneli fotowoltaicznych. Następuje pełna integracja paneli fotowoltaicznych z dachem. Nie trzeba montować oddzielnie paneli fotowoltaicznych na dachu. Ich rolę przejęły wspomniane dachówki.