Gubici solarne elektrane: oblačnost i visoka temperatura

Solarna elektrana ne radi na toplotu, već na svetlost. To zvuči očigledno, ali je upravo tu izvor najčešće zablude — da je najtopliji dan ujedno i najproizvodniji. Snaga napisana na panelu izmerena je pod laboratorijskim uslovima koji se na krovu gotovo nikada ne poklope, a dva najveća razloga zbog kojih je stvarna snaga manja jesu oblačnost, koja smanjuje količinu svetlosti, i visoka temperatura, koja smanjuje sposobnost panela da tu svetlost pretvori u struju.

Nazivna snaga važi pod laboratorijskim uslovima

Snaga panela — na primer 460 ili 590 W — određuje se pod takozvanim standardnim uslovima ispitivanja: sunčevo zračenje od 1.000 W po kvadratnom metru i temperatura same ćelije od 25 °C. To su uslovi vedrog letnjeg podneva, ali sa panelom koji je hladan kao da je dan prolećni.

U stvarnosti ta dva uslova retko idu zajedno. Kada je zračenje najjače, paneli su vreli, a kada su hladni, Sunce je obično slabije. Zato je trenutna snaga elektrane gotovo uvek ispod nazivne, i to je očekivano ponašanje, a ne kvar.

Oblačnost: manje svetlosti, manje energije

Proizvodnja solarnog panela gotovo srazmerno prati količinu sunčevog zračenja koje pada na njega. Oblaci tu količinu smanjuju, ali je ne svode na nulu: i kada Sunce nije vidljivo, do panela stiže rasuto, difuzno zračenje koje se odbija od oblaka i atmosfere. Zbog toga elektrana proizvodi i po oblačnom danu, samo znatno manje.

Pri slabom svetlu paneli rade i sa nešto nižom efikasnošću nego pri punom Suncu, a invertor pri maloj snazi pretvara energiju sa većim relativnim gubicima. Oba efekta su mala u odnosu na sam pad zračenja, ali doprinose tome da tmuran dan daje tek mali deo proizvodnje vedrog.

Zanimljiv je i suprotan slučaj. Na ivicama oblaka, kada se Sunce probije između njih, svetlost odbijena od oblaka kratko se sabira sa direktnom, pa zračenje može na nekoliko sekundi ili minuta da pređe vrednost vedrog dana. Invertori su projektovani da takve kratke vrhove podnesu.

Temperatura: toplota ne proizvodi struju, već joj smeta

Toplota u panelu ne proizvodi struju — struju proizvodi svetlost, a toplota taj proces samo otežava. Kod fotonaponskih ćelija viša temperatura znači niži napon, a time i manju snagu. Koliko se snaga smanjuje, pokazuje temperaturni koeficijent snage iz tehničkog lista panela. Kod panela PERC tehnologije on iznosi oko −0,35 % po stepenu, kod TOPCon panela oko −0,30 %, a kod HJT panela oko −0,25 %.

Presudno je da se ne računa temperatura vazduha, već temperatura same ćelije, a ona je na jakom Suncu znatno viša. Na krovu je ćelija tipično oko 25 °C toplija od okolnog vazduha, a u toplotnim talasima i sa slabom ventilacijom razlika je i veća. Dan od 35 °C tako znači panel od oko 60 °C — 35 stepeni iznad uslova pod kojima je merena nazivna snaga.

Sa grafikona se vidi i obrnut efekat: po hladnom, vedrom zimskom danu panel može kratko da da i nešto više od nazivne snage. To najbolje pokazuje da elektrana radi na svetlost — hladan i sunčan dan joj odgovara bolje od vrelog. To je ujedno jedan od razloga zbog kojih se invertor i zaštitna oprema dimenzionišu sa rezervom.

Zašto je leto ipak najproizvodnije

Temperaturni gubici ne znače da elektrana leti proizvodi manje. Leti je Sunce više, dani su duži, a vedrih dana ima više, pa ukupna letnja proizvodnja višestruko nadmašuje zimsku uprkos gubicima od vrućine. Leto nije proizvodno zbog toplote, već zbog obilja svetlosti — toplota samo smanjuje koliko se od te svetlosti iskoristi.

Najbolji odnos svetlosti i temperature po pravilu imaju vedri prolećni dani — Sunce je već jako, a vazduh još svež. Zato proizvodnja u maju i junu često deluje „bolje" nego u najtoplijim danima jula i avgusta, iako je julski zbir obično među najvećima u godini.

Šta smanjuje gubitke od temperature

Najveći uticaj ima ventilacija. Paneli montirani sa razmakom od podloge hlade se strujanjem vazduha ispod njih, dok paneli priljubljeni uz krov ili ugrađeni u krovni pokrivač rade osetno toplije. Isto važi i za gusto postavljene nisko nagnute sisteme na ravnim krovovima, kod kojih vazduh teže struji.

Drugi činilac je tehnologija panela. Paneli sa manjim temperaturnim koeficijentom — TOPCon i naročito HJT — gube manje snage po stepenu, pa je razlika najizraženija u toplim krajevima i na slabije provetrenim montažama. Pri izboru panela zato ne treba gledati samo nazivnu snagu, već i ovaj podatak iz tehničkog lista.

Na samu oblačnost nije moguće uticati, ali je moguće izbeći dodatne gubitke koji joj se pridružuju: senčenje od okolnih objekata i drveća, prljavštinu na panelima i pogrešno dimenzionisan invertor, koji pri slabom svetlu radi daleko ispod svog optimalnog opsega.

Da li ove gubitke treba oduzimati od proračuna proizvodnje

Ne treba, ako se proizvodnja procenjuje na osnovu stvarnih prosečnih podataka. Vrednost od oko 1.200 kWh godišnje po kilovatu instalisane snage, koja se koristi za procenu u uslovima Srbije, dobijena je iz višegodišnjih podataka o zračenju i merenja na postojećim elektranama, pa već sadrži i oblačne dane i vrele letnje sate.

Gubitke od oblačnosti i temperature treba imati na umu pri tumačenju dnevne proizvodnje, a ne pri godišnjem proračunu. Dan kada elektrana radi sa četvrtinom snage ili vrelo popodne kada je snaga za desetak procenata ispod nazivne nisu znak kvara, već deo običnog rada koji je u godišnji prosek već uračunat.

Zaključak

Oblačnost smanjuje količinu svetlosti koja stiže do panela, a visoka temperatura smanjuje efikasnost kojom se ta svetlost pretvara u struju. Prvi gubitak može da bude veliki — po potpuno oblačnom danu proizvodnja pada na desetak do dvadesetak procenata vedrog dana — dok drugi, u najtoplijim satima, iznosi oko deset do petnaest procenata.

Nijedan od njih ne dovodi u pitanje isplativost sistema, jer su oba uračunata u prosečne godišnje vrednosti proizvodnje. Kroz dobru ventilaciju montaže i izbor panela sa manjim temperaturnim koeficijentom gubici od toplote mogu se svesti na najmanju meru. A ono što treba zapamtiti jeste da solarna elektrana radi na svetlost, a ne na temperaturu — najbolji su joj vedri i sveži dani, a ne najtopliji.