Wykorzystywanie promieni słonecznych do wytwarzania energii elektrycznej uważane jest dziś za technologię przyszłości. Biorąc pod uwagę fakt, że w ciągu godziny Słońce dostarcza Ziemi więcej energii niż potrafimy zużyć jej w ciągu całego roku, wydaje się to całkiem zrozumiałe i opłacalne. Czy tak samo jest w przypadku paneli fotowoltaicznych, które należą obecnie do najszybciej rozwijającego się sektora OZE w Polsce? Ile energii są w stanie wyprodukować?
Chcąc obliczyć ilość energii promieniowania słonecznego, którą udało się przetworzyć za pomocą instalacji fotowoltaicznej w energię elektryczną, należy zapoznać się z wartością mocy nominalnej. Jest to wypadkowa sprawności ogniw i rozmiaru panelu fotowoltaicznego. Wartość nominalna wyrażana jest w watach i określa moc jaką może wygenerować moduł fotowoltaiczny podczas pracy w standardowych warunkach testowych (STC). Informacje o mocy nominalnej znaleźć można w znajdującej się na odwrocie panelu tabliczce znamionowej oraz karcie katalogowej produktu.
Standardowe warunki testowe (STC – Standard Test Condition) to warunki laboratoryjne, w których badane są parametry paneli fotowoltaicznych – wynoszą odpowiednio 25°C w przypadku temperatury i 1000 W/m² jeśli chodzi o promieniowanie słoneczne. Aby ustalić moc modułu fotowoltaicznego na podstawie parametru STC, należy przetestować go w podanych warunkach. Przyjmuje się, że promieniowanie słoneczne o wartości 1000 W/m² uzyskiwane jest w godzinach południowych podczas bezchmurnego nieba.
Jest to jednak duże uproszczenie, ponieważ rzeczywiste nasłonecznienie jest zmienne. Dodatkowo warunki STC określono na potrzeby testów w laboratoriach i fabrykach w celu sprawdzenia i klasyfikacji paneli według ich mocy.
Jest to zasadne ze względu na ustalenie warunków pomiarów powtarzalnych na całym świecie w celu porównania mocy paneli. Nie jest natomiast poprawne kierowanie się tym parametrem w celu określenia osiąganej przez instalację mocy chwilowej, ponieważ zależna jest ona od temperatury rzeczywistej dachu i paneli. Z naszych pomiarów wynika, że temperatura paneli zazwyczaj przekracza 50 stopni Celsjusza, a zatem dużo wyższa niż w podczas badań STC.
Ile energii produkują panele w ciągu godziny, dnia i roku?
Jeśli moc nominalna panelu w standardowych warunkach testowych wynosi 345Wp, oznacza to, że w ciągu jednej godziny uzyskać można 345Wh energii elektrycznej. Jest to zbyt duże uproszczenie, ponieważ warunki nasłonecznienia, kąt padania promieni słonecznych, temperatura ogniw i wiatr, który chłodzi panele, są zmienne. Z punktu widzenia prosumenta, najlepiej obliczyć jednak ilość energii, którą wytwarza cały łańcuch paneli fotowoltaicznych.
Oszacowanie ilości wygenerowanej energii elektrycznej w ciągu doby, wymaga przeliczenia na podstawie danych klimatycznych lub rzeczywistych danych z poprzednich lat z podobnej instalacji w okolicy. Wtedy należy podzielić ilość wyprodukowanej energii w danym miesiącu przez ilość dni miesiąca.
W ten sam sposób można oszacować ilość energii, którą rocznie wyprodukuje nasza instalacja fotowoltaiczna. Uzyskany wynik przyda się do oszacowania oszczędności wynikających z fotowoltaiki. Wystarczy pomnożyć wartość rocznej produkcji energii w instalacji przez cenę prądu tj. wszystkich składników zmiennych zależnych od kilowatogodziny (kWh). Należy mieć na uwadze, że na cenę kilowatogodziny (kWh) prądu składa się koszt energii i przesyłu (dystrybucji). Dzięki instalacji fotowoltaicznej oszczędzamy na obu tych składnikach. Dostępne jest oczywiście bilansowanie energii, dzięki któremu energię z lata możemy wykorzystać w zimie, ale jest to opisane w osobnym artykule. Jeżeli rocznie instalacja zbilansuje zużycie, pozostaną tylko symboliczne opłaty abonamentowe za licznik i przyłącze. Opłaty te dla domów jednorodzinnych różnią się w zależności od zakładu energetycznego i w PGE wynoszą przykładowo około 8 zł miesięcznie a w Energa około 20 zł miesięcznie.
Od czego zależy wartość wygenerowanej mocy?
Moc chwilowa inaczej szczytowa (tłumaczona z języka angielskiego peak-szczyt/szczytowa) oznaczana skrótem kWp w karcie katalogowej określana jest w laboratorium w warunkach standardowych (skrót STC – Standard Test Conditions).
Warunki STC to naświetlenie: 1000W/m2, temperatura ogniwa: 25 stopni Celsjusza, masa powietrza: 1,5 kg/m3 zgodnie z normą EN 60904-3.
W ofertach instalacji określa się moc instalacji w jednostkach, które używa się do tego celu, czyli kWp. Określenie mocy kWp nie jest tożsame z osiąganą mocą przez falownik wyrażaną w kW.
Dodatkowo w ofertach określa się prognozowaną produkcję roczną określoną w kilowatogodzinach (kWh). Z naszego doświadczenia i z danych gromadzonych z rzeczywistych instalacji od 2015 do 2020 roku, a nie z obliczeń, wynika, że instalacja o mocy 5kWp powinna wyprodukować ok. 4800 do 5300kWh rocznie. Jest to najważniejszy parametr do monitorowania efektywności rzeczywistej i prawidłowego funkcjonowania instalacji, a nie laboratoryjnej sprawności. Sprawność w warunkach STC można sprawdzić w kilku certyfikowanych laboratoriach, również w Polsce.
Każdy rok jest inny pod względem temperatury, opadów i nasłonecznienia. Najlepiej obrazuje to wykres z jednej z naszych instalacji. Poniżej przedstawiamy instalację o mocy 10kWp w Prażmowie w województwie mazowieckim i dane zebrane przez nas od 2015 do 2020 roku.
Poniżej przedstawiamy zdjęcia z instalacji o mocy 10kWp w województwie mazowieckim pokazujące jak w idealny słoneczny lipcowy dzień wygląda rzeczywista produkcja energii.
Instalacja, z której pochodzi wykres, skierowana jest na południe z lekkim odchyleniem na zachód, a dach nachylony jest pod kątem 45 stopni i pokryty jest dachówką ceramiczną. Osiągana moc wynosząca nieco powyżej 80% mocy nominalnej, wyrażona w kWp przedstawia normalne zachowanie instalacji w temperaturze otoczenia wynoszącej około 28 stopni Celsjusza. Z naszych pomiarów wynika, że w takich warunkach dach osiąga temperaturę 45 stopni Celsjusza, a panele około 55 stopni Celsjusza. Jak widać warunki rzeczywiste odbiegają od warunków STC, ale najważniejsza jest produkcja roczna, która oscyluje w okolicy 1000 kilowatogodzin na 1kWp mocy paneli skierowanych na południe. Możliwe jest oczywiście rozmieszczenie paneli na wschód i zachód, co jest bardzo korzystne ze względu na zwiększenie energii zużywanej od razu w budynku, a nie wypływającej do sieci. Instalacje skierowane na wschód i zachód produkują natomiast około 850 do 900 kilowatogodzin na 1kWp mocy paneli.
Obecnie większość dostępnych na rynku paneli fotowoltaicznych wykonanych na bazie krzemu ma wymiary około 1,7 m wysokości i 1,0 m szerokości. To standardowe wymiary, które funkcjonują już od lat. Z kolejnymi latami wprowadzane są nowe technologie i moc paneli z danej powierzchni rośnie. Jeszcze w 2015 r. sprawność standardowych paneli firmy SHARP, które wykorzystywaliśmy na instalacjach wynosiła 250Wp. Dziś stosowany przez nas standardowo panel Trina Solar TSM-340DE06M.08(II) charakteryzuje się mocą 340Wp. Popularną praktyką producentów sprzed kilku lat było wykonywanie większych paneli o wymiarach około 2,0 m wysokości i 1,0 m szerokości o mocach około 400Wp. Są one jednak mniej poręczne przy transporcie i montażu na domach jednorodzinnych. Korzystniejsze są natomiast przy montażu na konstrukcjach na gruncie na farmach fotowoltaicznych. Obecnie dużą popularnością cieszy się stosowanie w panelach większych ogniw np. typu M6, co zwiększa wymiary panelu do około 1,8 m wysokości i 1,1 m szerokości i umożliwia to osiągnięcie mocy na poziomie 375Wp. Obecnie dwumetrowe panele osiągają moc 450Wp.
Jako ciekawostkę możemy dodać, że już w 2015 roku montowaliśmy najsprawniejsze panele dostępne w tamtym czasie na rynku. Były to panele wysokiej klasy producenta BenQ model SunForte PM096B00 o bardzo wysokiej mocy, jak na tamte czasy, wynoszącej 327Wp. Należy zaznaczyć, że dopiero w 2019 roku moc ta stała się standardową mocą paneli monokrystalicznych w technologii half-cut. W 2015 roku kilowat mocy paneli BenQ 327Wp był ponad trzy razy droższy niż obecnie kilowat paneli renomowanej firmy JA Solar model JAM60S10-345/MR o mocy 345Wp.
W których miesiącach można wygenerować najwięcej energii?
Dane gromadzone dzięki podglądowi online pracy instalacji, umożliwiają nam określenie ilości energii, którą będzie w stanie wygenerować instalacja.
Instalacje, które wykonujemy bezpośrednio po montażu podłączamy do Internetu, aby umożliwić Klientom podgląd w czasie rzeczywistym produkcji energii z własnej instalacji. Monitoring online parametrów pracy jest także potrzebny nam, jako instalatorom do badania prawidłowości pracy instalacji. Dane historyczne są także bardzo przydatne do prognozowania produkcji energii w danym miesiącu czy roku. Na bazie naszej referencyjnej instalacji i danych z sześciu lat pracy da się określić średnią wartość produkcji w danym miesiącu.
Miesięczna ilość energii wyprodukowanej z instalacji fotowoltaicznej o mocy 10kWp na domu jednorodzinnym z dachem skośnym położonego w Prażmowie województwie mazowieckim w ujęciu procentowym wynosi średnio dla danego miesiąca:
- styczeń – 2,6%
- luty – 4,4%
- marzec – 8,1%
- kwiecień – 12,3%
- maj – 13,1%
- czerwiec – 13,6%
- lipiec – 11,9%
- sierpień – 13,2%
- wrzesień – 9,6%
- październik – 6,2%
- listopad – 3,0%
- grudzień – 2,0%
Jak widać cztery zimowe miesiące stanowią jedynie 12,0% rocznej produkcji energii, co odpowiada mniej więcej jednemu miesiącowi letniemu.
Instalacja została wykonana przez nasza firmę w 2015 roku i składa się z 40 modułów polikrystalicznych SHARP o mocy 250Wp. Jako jedyna dostępna w tamtym czasie w Polsce seria ND-R250A5 została wyprodukowana w Japonii. Sercem systemu jest falownik niemieckiej firmy SMA – SMA Sunny Tripower 10kW. System został zabezpieczony przeciwprzepięciowo od strony prądu stałego DC zabezpieczeniami francuskiej firmy Citel, które stosujemy bez zmian również obecnie, ze względu na wysoką jakość. Instalacja pracuje od początku bezawaryjnie.
Powyższa instalacja od 2015 roku produkuje rocznie średnio 11 280 kWh, czyli 11,28 MWh. W najlepszym 2018 roku wyprodukowała rekordową ilość 12 152kWh. Na podstawie trzydziestoletnich danych klimatycznych IMGW-PIB (Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy) obliczyliśmy spodziewaną roczną produkcję energii z instalacji fotowoltaicznej 10kWp, która została przedstawiona w ofercie Klientowi. Oszacowana na podstawie tych danych wartość wynosiła 9 500 kWh, ale produkcja rzeczywista znacząco przebiła te szacunki.
Średnia miesięczna ilość energii wyprodukowanej od 2015 do 2020 z instalacji fotowoltaicznej o mocy 10kWp wynosiła:
- styczeń – 289 kWh
- luty – 498 kWh
- marzec – 917 kWh
- kwiecień – 1391 kWh
- maj – 1476 kWh
- czerwiec – 1534 kWh
- lipiec – 1342 kWh
- sierpień – 1485 kWh
- wrzesień – 1084 kWh
- październik – 701 kWh
- listopad – 338 kWh
- grudzień – 225 kWh
Dane pochodzą z wykonanej przez nas instalacji. Zapraszamy do kontaktu!
Zamów bezpłatny Audyt.
