Parametry elektryczne modułów fotowoltaicznych wyznaczane są podczas badania z użyciem symulatorów słonecznych lub promieniowania słonecznego. W obu przypadkach aby móc we właściwy sposób porównać ze sobą moduły różnych producentów podaje się wyniki dla jednakowych warunków pomiaru.
Najczęściej są to STC czyli Standard Test Conditions. W szczególności chodzi o moc promieniowania padającego na ogniwo, jego rozkład widmowy oraz o temperaturę modułu (a dokładnie temperaturę ogniw) podczas pomiaru. Dla STC to odpowiednio 1000 W/m2, widmo AM1.G oraz temperatura 25 °C. Taki dobór parametrów jest istotny, gdyż zmiana każdego z nich prowadzi do zmiany mierzonych parametrów modułu. Warto jednak pamiętać, że parametry te mogą się zmieniać w czasie eksploatacji modułów. Jednym z nich jest zacienienie powierzchni aktywnej ogniw. Może ono być spowodowane: padającym cieniem obiektów znajdujących się na drodze promieniowania, przedmiotami które znalazły się na powierzchni modułów (np. spadające liście) lub zabrudzeniem przedniej szyby zabezpieczającej. W tym ostatnim przypadku często pada pytanie - jaki wpływ mają te zanieczyszczenia na parametry elektryczne modułu?
Na Politechnice Gdańskiej przeprowadzono kilkuletnie badania mające na celu określenie wpływu zanieczyszczeń na parametry elektryczne modułu. Wyniki znalazły się w pracy doktorskiej Pani Małgorzaty Rudnickiej.
Badania
Badania i doktorat Pani Małgorzata Rudnicka zrealizowała pod kierownictwem prof. dr hab. Ewy Klugman-Radziemskiej. Uzyskane wyniki nie tylko pokazują jakie parametry i w jakim stopniu ulegają degradacji ale dają także odpowiedź na pytanie: czy warto i kiedy należy myć moduły fotowoltaiczne? Jest to o tyle ważne, że zacienienie wynikające z osadzania się zabrudzeń na powierzchni aktywnej modułu fotowoltaicznego związane jest ze spadkiem mocy instalacji PV - w ujęciu wieloletnim – przekłada się to na ilość produkowanej energii elektrycznej.
W ramach prowadzonych badań zrealizowano następujące prace [1]:
- przygotowano stanowiska do badań poziomu i rodzaju zanieczyszczenia modułów fotowoltaicznych w warunkach rzeczywistych
- pozyskano próbek zanieczyszczeń z lokalizacji rzeczywistych i naniesiono w warunkach laboratoryjnych aby porównać je z procesem zachodzącym w warunkach rzeczywistych
- oszacowano krytyczny poziom zanieczyszczeń, dla którego spadek wydajności modułów PV jest na tyle duży, iż należy wykonać czyszczenie modułów PV
- opracowano i wykonano czujnik zanieczyszczenia
Wyniki
Najbardziej interesujące dla użytkowników instalacji fotowoltaicznych są badania, które przeprowadzone w warunkach rzeczywistych (bądź takich, które dobrze te warunki odzwierciedlają). W ramach prac prowadzonych na Politechnice Gdańskiej badano zarówno wpływ zanieczyszczeń przygotowanych w warunkach laboratoryjnych, jak i w warunkach rzeczywistych. W przypadku tych drugich ciekawe wyniki dotyczą spadku natężenia prądu zwarcia i napięcia obwodu otwartego dla testowanego modułu PV.
Przykładowo dla testowego modułu, który pracował w warunkach rzeczywistych i nie był poddawany procesowi mycia, zmiana prądu zwarcia Isc w kresie od 01.01.2019 do 01.06.2022 została przedstawiona na rysunku 1 [1].
Rys. 1. Zmiany prądu zwarcia Isc modułu testowego na przestrzeni 3,5 roku [1]
Zmianę napięcia obwodu otwartego dla tego samego modułu i w tym samum okresie pokazano na rysunku 2.
Rys. 2. Zmiany napięcia obwodu otwartego Voc modułu testowego na przestrzeni 3,5 roku [1]
Pierwszy wniosek wynikający z uzyskanych wyników jest taki, iż napięcie Voc modułu PV w niewielkim stopniu zależy od zanieczyszczeń jakie się pojawiają na jego powierzchni. Jest to związane z faktem, iż zanieczyszczenia ograniczają ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ogniw PV w module. Napięcie ogniwa jest co prawda zależne od ilości promieniowania ale zależność ta jest dobrze widoczna wtedy, gdy światła jest naprawdę mało. Inaczej jest w przypadku prądu ogniwa. Ten jest zależny liniowo od ilości promieniowania. Dlaczego zatem zmiana wartości prądu na rysunku 1 nie ma charakteru liniowego? Wynika to z faktu, iż okresowo zwiększone opady atmosferyczne zmywają część zanieczyszczeń z powierzchni modułu PV.
Podsumowanie
Najważniejszym wnioskiem z przeprowadzonych badań jest pokazanie, że największy spadek wydajności modułów PV następuje w pierwszych dwóch latach eksploatacji i jest związany ze sposobem osadzania się zabrudzeń. Ponadto badania wykazały, że zależność degradacji parametrów może mieć zarówno charakter liniowy jak i wielomianowy.
Czy zatem należy myć moduły PV? Jak często to robić? Moduły warto myć okresowo jeżeli zależy nam na tym aby nasza instalacja wyprodukowała jak najwięcej energii. Dodatkowo, jeśli nie jesteśmy pewni, jaki charakter mają zanieczyszczenia i ile ich jest na powierzchni modułu warto ten parametr monitorować na przykład za pomocą specjalnego czujnika. O tym jak należy myć moduły w kolejnym artykule („Jak myć moduły PV”).
- W artykule wykorzystano materiały z pracy doktorskiej Małgorzaty Rudnickiej pt. „Zacienienie jako krytyczny warunek dokładności modelowania wydajności energii instalacji fotowoltaicznych” Praca została zrealizowana na Politechnice Gdańskiej pod kierunkiem prof. dr hab. Ewy Klugman-Radziemskiej.
