Ile prądu produkują panele fotowoltaiczne zimą?

Moc paneli fotowoltaicznych jest ustalana na podstawie testu w laboratorium w bardzo dobrych warunkach oświetlenia. W praktyce jednak, natężenie promieniowania słonecznego, czyli ilość światła, jaka pada na powierzchnię modułu PV jest na ogół znacznie niższe.

Ile prądu produkują panele fotowoltaiczne zimą? Jak sprawdzić, czy panel ma dobrą wydajność przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego? Poniżej znajdziesz odpowiedzi na te pytania, a także wyniki testów, dotyczących wydajności paneli fotowoltaicznych zimą.

Zobacz, jakie są prognozy cen prądu na 2027 r. na podstawie cen giełdowych, po jakich sprzedawcy prądu kupują dzisiaj energię elektryczną z dostawą w 2027 r. (tzw. kontrakty na dostawę prądu w 2027 r.).

Co to jest światło rozproszone?

W pochmurny dzień światło rozproszone dostarcza na ogół 10–25% prądu w porównaniu ze słonecznym dniem. Na przykład, podczas gdy panel o mocy 400 W w idealnych warunkach wytwarza około 400 watów, przy silnym zachmurzeniu jego moc może spaść do zaledwie 40–100 watów.

Światło rozproszone to takie, które napotyka na przeszkody lub zostało odbite przed dotarciem do panelu solarnego. Różni się to od bezpośredniego światła słonecznego, które przemieszcza się po linii prostej od słońca. Do typowych przyczyn powstawania światła rozproszonego należą zachmurzenie, mgła, zanieczyszczenie powietrza, cień rzucany przez drzewa lub budynki oraz sezonowe zmiany związane z położeniem słońca. W pogodny dzień natężenie promieniowania słonecznego może wynosić około 1000 W/m², ale przy niewielkim zachmurzeniu natężenie promieniowania rozproszonego może zmaleć do np. 300–500 W/m². W warunkach silnego zachmurzenia wartość ta może spaść jeszcze bardziej do 50–100 W/m².

Panele fotowoltaiczne są badane (tzn, ich moc jest ustalana) w tzw. standardowych warunkach testowych (STC), które zakładają 1000 W/m² promieniowania bezpośredniego.

Co to znaczy niskie natężenie promieniowania słonecznego?

W polskich warunkach klimatycznych, niemal 70% energii dociera w zakresie natężenia promieniowania słonecznego poniżej 500 W/m2. Jak już wspomniano wcześniej – warunki dla których ustalana jest moc modułu fotowoltaicznego to 1.000 W/m2.

Dlaczego tak dużo godzin moduły pracują przy słabym świetle? Wynika to z faktu, iż nie tylko zimą jest niższe natężenie promieniowania słonecznego. Taka sytuacja ma miejsce również wiosną i latem, każdego dnia rano i wieczorem, gdy kąt padania promieni słonecznych jest niekorzystny. Co więcej, im bardziej moduł jest ustawiony w kierunku innym niż południowy, tym większy udział godzin pracy przy słabym świetle, i tym większe znaczenie ma jego sprawność w takich warunkach.

Jednak nawet gdy jest całkowite zachmurzenie i nie ma słońca, instalacja fotowoltaiczna produkuje prąd, który powstaje z promieniowania rozproszonego. W skali roku promieniowanie rozproszone dostarcza znaczną ilość energii, czasami porównywalną do ilości pochodzącej z promieniowania bezpośredniego.

Dlatego wydajność paneli fotowoltaicznych przy słabym światle ma znaczenie dla wielkości produkcji prądu i opłacalności inwestycji.

Przy wysokich wartościach natężenia promieniowania słonecznego, panele fotowoltaiczne osiągają wysokie sprawności konwersji światła w prąd elektryczny. Jednak dla niższych wartości natężenia promieniowania słonecznego, ta sprawność znacznie maleje.

Przykład. Weźmy moduł solarny o mocy 400Wp i sprawności 22%. Załóżmy, iż przy natężeniu promieniowania słonecznego w wysokości 200 W/m2, moduł wytwarza 75W, zamiast spodziewanych 80W.

W ten sposób sprawność spada do 20,63%. Inaczej mówiąc, panel fotowoltaiczny przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego traci 6,2% sprawności w stosunku do konwersji przy natężeniu 1000 W/m2.

Jaka jest sprawność paneli przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego?

Jak sprawdzić sprawność modułu fotowoltaicznego przy słabym świetle? Najlepsi producenci umieszczają w kartach katalogowych informacje w na ten temat, np.:

Z wykresu można odczytać, iż przy natężeniu promieniowania słonecznego w wysokości 200 W/m2, sprawność modułu zmaleje do ok 96%.

Inni producenci umieszczają mniej czytelne informacje na ten temat, np. w postaci wykresu moc-napięcie:

Z powyższego wykresu trudno precyzyjnie odczytać wartości, ale zakładając, że przy 200W/m2, moc maksymalna wynosi 70W, to sprawność w tym przypadku spadła do 92% (70W/76W = 92%).

Zobacz, ile kosztuje instalacja fotowoltaiczna, z magazynem energii i bez, w zależności od wielkości.

Wydajność różnych rodzajów paneli PV przy słabym oświetleniu

Technologia w jakiej wykonane zostały ogniwa fotowoltaiczne, ma wpływ na wydajność produkcji prądu przy słabym oświetleniu. Poniżej krótkie porównanie technologii TOPCon oraz HJT.

Panele fotowoltaiczne TOPCon

Ogniwa PV wykonane w technologii TOPCon charakteryzują się nieco lepszymi właściwościami przy niskim natężeniu promieniowania, w porównaniu ze starszą technologią PERC. Technologia TOPCon ogranicza rekombinację (zobacz co to jest ogniwo fotowoltaiczne) w porównaniu z technologią PERC, co przekłada się na lepszą wydajność zarówno w pełnym słońcu, jak i przy niskim natężeniu promieniowania.

Panele fotowoltaiczne HJT

Moduły fotowoltaiczne HJT oferują korzyści wykraczające poza technologię TOPCon podczas pracy przy słabym świetle. Uważane są za jedną z najlepszych technologii do pracy przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego, ich wadą natomiast jest wyższa cena. Z tego powodu należy przeanalizować, czy zwiększona wydajność produkcji prądu przy rozproszonym świetle uzasadnia wyższe koszty. Pod względem technologicznym – w połączeniu z bardzo niskim współczynnikiem temperaturowym – wydają się jednak być najlepsze, szczególnie w pochmurne dni.

Jeden z przytoczonych poniżej testów potwierdza zalety modułu HJT w porównaniu do m. in. TOPCon.

Moc modułu fotowoltaicznego przy słabym świetle

A jaki jest wpływ sprawności modułu fotowoltaicznego na moc przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego? Aby to zobaczyć porównamy dwa moduły fotowoltaiczne: REC Alpha 395W oraz Jinko Tiger All Black 395W.

Moduł REC Alpha 395W wyprodukuje średniorocznie 430 kWh rocznie, natomiast moduł Jinko Tiger 395W średniorocznie 416 kWh.

W zależności od natężenia promieniowania słonecznego wygląda to tak:

W zakresie wysokiego natężenia promieniowania, produkcja energii elektrycznej w obu przypadkach jest niemal identyczna. Natomiast czym słabsze światło, tym miększe różnice. Pomimo tego, iż przy natężeniu 100 W/m2 panele wytwarzają bardzo niewielką moc, to liczba godzin, kiedy natężenie wynosi pomiędzy 0 a 100 W/m2 wynosi 1.375 rocznie. Natomiast liczba godzin dla zakresu natężenia pomiędzy 900 a 1 000 W/m2 to 160 godzin.

Dodatkowo, im bardziej położenie modułów będzie się różniło od idealnego, czyli kierunek południowy i kąt nachylenia 35⁰, tym większy będzie udział występowania niskiego natężenia promieniowania słonecznego.

Gdyby po kilku latach eksploatacji okazało się, iż produkcja prądu z paneli PV nie pokrywa zapotrzebowania, gdyż w domu wzrosło zużycie (pojawił się nowy członek rodziny, albo zakupiono np. suszarkę do ubrań), można dokonać rozbudowy instalacji fotowoltaicznej.

Zobacz porównanie cen najpopularniejszych falowników hybrydowych.

Rola falownika podczas pracy fotowoltaiki przy słabym świetle

Falownik ma również wpływ na wydajność instalacji przy słabym natężeniu promieniowania słonecznego. Kluczowe jest napięcie startowe falownika. Niektóre falowniki działają już przy bardzo niskich napięciach, inne „budzą się” dopiero przy wysokim napięciu.

Należy jednak pamiętać o jednej ważnej kwestii. Napięcie modułów nie zależy bezpośrednio od natężenia promieniowania słonecznego. Nawet przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego, wynoszącym około 400 W/m², panele PV mogą osiągać napięcie zbliżone do nominalnego. Oznacza to, że napięcie przy słabym oświetleniu nie jest aż tak ważne. Ważniejsze jest raczej to, ile modułów należy połączyć szeregowo w jednym łańcuchu.

Jednak pośrednio napięcie startowe ma znaczenie również przy słabym oświetleniu. Dzieje się tak wtedy, gdy falownik zmienia punkt pracy (algorytm MPPT wyszukuje punkt pracy maksymalnej) i wówczas może się okazać, iż nowy punkt znajduje się przy niższym napięciu. A taka sytuacja, występuje dość często w przypadku częściowego zacienienia i / lub słabego oświetlenia. W tym przypadku zakres napięcia pracy falownika ma znaczenie. Dotyczy to zwłaszcza instalacji wschód-zachód.

Dlaczego wydajność paneli fotowoltaicznych w zimie ma znaczenie?

Wydajność paneli fotowoltaicznych zimą ma znaczenie nie tylko dlatego, że okres jesienno-zimowy stanowi połowę roku, ale również dlatego, że podobne warunki pracy występują m. in. wiosną i latem rano i wieczorem, czyli jak już pisałem wcześniej, 70% energii dociera w zakresie natężenia promieniowania słonecznego poniżej 500 W/m2.

W okresie wiosenno-letnim, prąd produkowany rano i wieczorem jest znacznie więcej warty, gdyż na ogół jest zużywany na bieżąco w domu. A nawet jeśli nie jest wykorzystywany na bieżąco, cena odsprzedaży prądu z fotowoltaiki rano i wieczorem jest znacznie większa niż w ciągu dnia, w szczególności w południe.

Niektóre panele fotowoltaiczne mogą uzyskiwać podobną ilość produkcji prądu w ciągu dnia, ale różnić się rozkładem produkcji, tzn. jedne wyprodukują więcej prądu rano i wieczorem, a inne więcej prądu w południe. Korzyści ze zwiększonej produkcji rano i wieczorem opisałem już w poprzednim akapicie. Natomiast moduły produkujące więcej prądu w południe, gdy produkcja i tak jest duża i większość prądu jest odsprzedawana do sieci, nie mają tak korzystnego wpływu na opłacalność instalacji PV. Co więcej, często w szczycie produkcji, falownik „utnie” część produkcji, gdyż jego moc jest na ogół mniejsza od mocy paneli solarnych.

Zobacz porównanie cen paneli fotowoltaicznych, oraz na co zwrócić uwagę przy ich wyborze.

Porównanie wydajności paneli fotowoltaicznych przy słabym świetle

Niektórzy instalatorzy lub sprzedawcy modułów solarnych przeprowadzili testy porównawcze paneli fotowoltaicznych. Najczęściej testowanymi panelami były Aiko Solar, prawdopodobnie z powodu intensywnej promocji swoich wyrobów.

Test w Australii – Aiko Solar vs. Canadian Solar

Australijski instalator porównał wydajność paneli Aiko i Canadian Solar m. in. w warunkach słabego natężenia światła, w tym wypadku chodzi o produkcję prądu rano i wieczorem.

Test wykazał, że panele Canadian uzyskały lepsze rezultaty we wczesnych godzinach porannych i późnym popołudniem, kiedy zapotrzebowanie na energię jest zazwyczaj większe. Przewaga Aiko ujawniała się przede wszystkim w południe, kiedy produkcja energii słonecznej często osiąga maksimum, a energia jest albo przekazywana do sieci, albo ograniczana przez falownik. Dla większości właścicieli instalacji fotowoltaicznych lepsza wydajność w godzinach szczytowego zapotrzebowania ma większą wartość niż nieznaczny wzrost wydajności w południe.

Test w Austrii

Jedna z hurtowni w Austrii porównała wydajność czterech paneli fotowoltaicznych podczas pracy przy słabym świetle – test trwał ok. 45 minut. Wyniki przedstawiają się następująco:

Grand Sunergy GSM 440W HJT – średnia uzyskana moc to 32,4% mocy nominalnej,
Aiko Neostar 2S+ 460 W BC – średnia uzyskana moc to 30,7% mocy nominalnej,
Bluesun 450W TOPCon – średnia uzyskana moc to 29,0% mocy nominalnej,
Sunergy SUN 475 TOPCon – średnia uzyskana moc to 28,6% mocy nominalnej.

W rezultatach uwzględniono różnice mocy pomiędzy panelami. Co ciekawe, różnice w wydajności podczas pracy przy słabym świetle są dość znaczne, a zdecydowanie najlepiej wypadły panele PV w technologii HJT. Natomiast różnica w wydajności pomiędzy najlepszym a najgorszym panelem wyniosła niemal 4 punkty procentowe.

Test w Niemczech

Dystrybutor fotowoltaiki w Niemczech porównał wydajność czterech paneli solarnych podczas pracy we wrześniowe popołudnie, uzyskując następujące wyniki:

Aiko Gen 2 500W – 7,8% mocy nominalnej (39W)
Ja Solar 460 W – 8,0% mocy nominalnej (37W)
Jolywood 450 W – 8,7% mocy nominalnej (39W)
Trina Solar 445 W – 7,2% mocy nominalnej (32W)

Tutaj różnice są mniejsze, niż w teście przeprowadzonym w Austrii, niemniej są one również widoczne.

W polskich warunkach warto zatem zwracać uwagę na parametr wydajności przy słabym świetle, gdyż wpłynie on na ilość prądu z paneli fotowoltaicznych zimą.

Pytania i odpowiedzi

Czy fotowoltaika produkuje prąd w zimie?

Panele fotowoltaiczne produkują prąd nawet w temperaturach poniżej zera. Produkcja jest niższa ponieważ, jest większe zachmurzenie i krótsze dni. Panele mogą pracować do temperatury ok. minus 40⁰C, przy niższej temperaturze mogą ulec uszkodzeniu (np. skruszy się klej trzymający puszkę przyłączeniową).

Ile prądu produkuje fotowoltaika 1 kW w zimie?

Instalacja fotowoltaiczna zimą (styczeń) wyprodukuje ok. 10 razy mniej prądu niż latem (czerwiec). Panele o mocy 1 kW ustawione na południe generują latem ok. 7 kWh, natomiast zimą 0,6 – 0,7 kWh prądu dziennie.

Poniżej produkcja prądu z fotowoltaiki w poszczególnych miesiącach na przestrzeni lat (2018 r. oraz 2026 r. są niepełne):

Zobacz porównanie cen najpopularniejszych magazynów energii. Oprócz cen znajdziesz tam również informacje o koszcie magazynowania energii, długości gwarancji, itp.

Podsumowanie

• Przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego maleje sprawność paneli fotowoltaicznych.
• Ponad 70% czasu moduły pracują przy słabym świetle (poniżej 500 W/m2).
• Wysoka sprawność modułu solarnego przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego umożliwia znaczne zwiększenie produkcji prądu.