PVOUT vs. Piekowe godziny słońca: Czemu wysoki poziom PSH nie oznacza dużego wydajności?

Dwa różne wskaźniki, dwa różne celu:

Wskaźnik	Co mierzy	Jednostki	Do czego go używamy
Piekowe godziny słońca (PSH)	Dzienną globalną poziomową ilość promieniowania słonecznego (Global Horizontal Irradiation, GHI) normalizowaną do standardowych warunków testowych (STC: 1000 W/m²)	godziny/dzień	Do pierwszej oceny dostępnych zasobów, dozorućego wyboru rozmiaru systemu
PVOUT (potencjal wydajności fotowoltowej)	Nettoenergię, którą system o mocy 1 kWp jest w stanie wyprodukować po uwzględnieniu wszystkich strat (spowodowanych warunkami środowiskowymi, procesami w układach semikonwokerowych oraz problemami związanych z przetwarzaniem energii)	kWh/kWp	Do prognozowania wydajności systemu, do ustalenia rozmiaru baterii i elementów fotowoltowych

Wskaźnik PSH oblicza ilość promieniowania słonecznego na poziomowej powierzchni, normalizowaną do standardowych warunków testowych (1000 W/m²). Na przykład dzień w pustyni z ilością promieniowania 7,5 kWh/m² odpowiada 7,5 „pełnym godzinom słońca” – to liczba odnosząca się do ilości dostępnej energii, a nie do jej rzeczywistej wydajności.

Wartość PVOUT jest ustalana na podstawie tej samej ilości promieniowania słonecznego, z uwzględnieniem strat generowanych przez system: nagrzewania paneli słonecznych, zanieczyszczeń, strat w inwerterach i instalacjach elektrycznych, nieskuteczności działania systemu oraz okresów jego nieczynności. PVOUT odzwierca faktyczną ilość energii wyprodukowanej; PSH natomiast reprezentuje teoretyczny potencjał zasobów słonecznych.

Anomalia w Douglas, Arizona

W suchych obszarach, jak Douglas w Arizonie, miesięczne dane o wyprodukowanej energii pokazują nieoczekiwany trend: maksymalna ilość energii wyprodukowanej w ciągu roku występuje w lipcu, a nie w sierpniu, gdy zwykle panuje największa temperatura. Najwyższy roczny poziom produkcji osiąga się zamiast tego wiosną (od marca do maja) – w okresie, gdy jeszcze nie nastąpiły największe utraty energii spowodowane upalami, kurzem i monsunami. W lipcu dochodzi do kombinacji kilku negatywnych faktorów, które wpływają na efektywność systemu.

1. Utraty mocy spowodowane zmianą temperatury komórek słonecznych Komórki słoneczne z krystalicznym siemikiem (c-Si) charakteryzują się ujemnym koeficientem temperatury, który wynosi zwykle od -0,3% do -0,5% na stopień Celsjusza. Gdy temperatura komórek przekracza 25°C (wartość referencyjną w standardowych warunkach testowych), napięcie na otwartym obwodzie (Voc) spada, a prąd krótkiego złącza (Isc) nieznacznie rośnie, ale nie jest w stanie kompensować tej utraty mocy, co skutkuje jej zmniejszeniem. Na przykład komórka pracująca przy temperaturze 65°C przekracza wartość referencyjną o 40°C; w takich warunkach utrata mocy może sięgnąć 12–20% w porównaniu z wartościami podanymi na etykiecie produktu.

2. Ograniczenie wydajności inwerterów pod wpływem wysokiej temperatury Napięcie stałego prądu (DC) jest przekazywane przez inwertery typu „string” lub centralne. W lipcu temperatura otoczenia może doprowadzić do maksymalnego obciążenia układów odprowadzania ciepła w obudowach inwerterów. Aby uniknąć przegrzania elementów takich jak tranzystory IGBT (insulowane tranzystory bipolowe), oprogramowanie inwerterów aktywuje mechanizmy ochrony przed przegrzaniem i ogranicza wydajność inwerterów w najgorętszych godzinach – dokładnie wtedy, gdy wydajność PSH (Power Supply Head) osiąga swój maksymalny poziom.

3. Monsun zmienia charakter światła. Od lipca do sierpnia południowy zachód Stanów Zjednoczonych przechodzi pod wpływ monsunu północnoamerykańskiego, co powoduje zmiany w składzie promieniowania słonecznego: wzrasta poziom rozproszonego, horizontalnego promieniowania (DHI), a spada poziom bezpośredniego, normalnego promieniowania (DNI). Łączna intensywność promieniowania słonecznego pozostaje wysoka, ale ilość promieniowania, którą można bez problemów wykorzystać, nie zmienia się.**

4. Pył przykleja się do szkła paneli słonecznych. Konwergencyjne wiatry przed nadejściem monsunowych deszczów wywołują silne burze pyłowe, które pokrywają szkła paneli delikatnymi cząsteczkami pyłu. Pierwszy deszcz przekształca ten pył w krustę błotną, którą kolejne deszcze nie są w stanie usunąć, co powoduje znaczną zwiększoną ilość zanieczyszczeń na panelach w okresach, gdy produkcja energii powinna być najwyższa.**

Czemu to jest istotne przy projektowaniu systemów oświetlenia niezależnych od sieci elektrycznej? Nasza praca dotyczy systemów oświetlenia słonecznego niezależnych od sieci elektrycznej, a dokładna analiza tych zjawisk decyduje o tym, czy światło będzie włączone nawet w najtrudniejszym miesiącu roku.

Projektowanie z uwzględnieniem najgorszego miesiąca, a nie średniego rocznego poziomu energii słonecznej: Akumulator jest często napełniany nie w pełni podczas zimy, ponieważ poziom energii słonecznej w tym miesiącu jest najniższy (według średniego rocznego poziomu). Rozmiar paneli słonecznych jest tak wybrany, aby w najkrótszym i najchmurniejszym miesiącu bilans energii mógł zostać ustanowiony samodzielnie.

Wprowadzenie korekcji wyników pomiarów pod wpływem temperatury w gorących klimatach: Coś podobnego do korekcji w wysokości od –0,3 do –0,5% na każdy stopień Celsjusza jest stosowane we wszystkich przypadkach, gdy komponenty systemu pracują w wysokich temperaturach. W zimowych klimatach efekt ten jest odwrotny: napięcie rośnie wraz ze spadem temperatury, dlatego kontrolery typu MPPT są szczególnie przydatne zimą.

Używanie danych o wydajności paneli słonecznych (PVOUT) do obliczeń, a danych o średnim rocznym poziomie energii słonecznej (PSH) do oceny możliwości realizacji projektu: Publiczne bazy danych, takie jak PVGIS i Global Solar Atlas, zawierają informacje o miesięcznej wydajności paneli słonecznych w postaci liczby kWh/kWp na danej lokalizacji, co jest konieczne do dokonania prawidłowych obliczeń. Mapy PSH pomagają sprawdzić, czy w danym obszarze w ogóle jest możliwe uzyskanie wystarczającej ilości energii słonecznej.

Uwzględnienie wpływu zanieczyszczeń na wydajność paneli: W obszarach podatnych na kurz dodaje się korekcję wyników obliczeń uwzględniającą efekty zanieczyszczeń i określa się interwale konieczne do ich czyszczenia. W projektach realizowanych wzdłuż autostrad lub w pustyniach ta korekcja często decyduje o tym, czy system będzie mógł utrzymać autonomię (nie wymagać dodatkowej energii z zewnętrznych źródeł).

Co na tej stronie nie jest opisane:

Na tej stronie wyjaśnione są dwa wskaźniki dotyczące wykorzystania zasobów energii oraz powody, dla których te wskaźniki różnią się w okresach intensywnego sezonu letniego. Strona nie obejmuje tematów takich jak prognozowanie finansowych wyników inwestycji (P50/P90), efektywność działania paneli słonecznych, metody monitoringu ich wydajności ani projektowanie systemów energetycznych połączonych z siecią elektryczną. Aby obliczyć wymagania systemu oświetlenia niezależnego od sieci, nasz kalkulator bilansu energetycznego uwzględnia miesięczne wartości promieniowania słonecznego, rozmiary paneli słonecznych oraz akumulatorów; kalkulator do obliczania wymiarów paneli służy do dokonania dalszych wyliczeń.