Moc ogniw fotowoltaicznych w pochmurny dzień

Z uwagi na natłok innych zajęć nie miałem czasu dla bloga a tu przy okazji ostatniego tematu padło ciekawe pytanie związane ze zmianą mocy ogniw wraz z pogodą.

Instalując na dachu domu elektrownie fotowoltaiczną o mocy np. 1kW użytkownik zdaje sobie zazwyczaj sprawę, że na te nominalne 1000W nie może liczyć każdego dnia.

Precyzyjnie rzecz biorąc ogniwa osiągają moc nominalną jedynie przy natężeniu promieniowania słonecznego 1000W/m2 i temperaturze otoczenia 25C (warunki normatywne). Zwłaszcza ogniwa krzemowe są wrażliwe na temperaturę i szybko tracą moc jak robi się ciepło.

Aby móc oszacować moc ogniw w zależności od pogody i zachmurzenia w pierwszej kolejności należy określić natężenie promieniowania w zależności od warunków atmosferycznych.

Zależność tą najlepiej obrazuje ten rysunek


W przypadku, gdy słońce w ogóle nie jest zakryte przez chmury natężenia sięga 1000W/m2, gdy pokrywa chmur zupełnie zasłania słońce tak, że nie da się nawet określić jego położenia natężenia spada do 100W/m2

Moc ogniw najsilniej zależy właśnie od natężenia promieniowania słonecznego w przypadku pobieżnej kalkulacji można założyć liniową zależność

1000W/m2 – 100% mocy nominalnej ogniw
600W/m2 – 60% mocy nominalnej ogniw
300W/m2 – 30% mocy nominalnej ogniw
100W/m2 – 10% mocy nominalnej ogniw

W zależności od typu ogniwa takie szacunki mogą być obarczone mniejszym lub większym błędem.

Trochę teorii
Aby powstał prąd z słońca na ogniwo musi padać promieniowanie o odpowiedniej długości fali a precyzyjnie rzecz biorąc do ogniwa muszą docierać fotony o energii równej barierze potencjału półprzewodnika (ang. band gap).

charakterystyka ogniwa monokrystalicznego oś pionowa współczynnik absorpcji oś pozioma długość fali promieniowania.

Fotony o energii mniejszej od bariery są zupełnie bezużyteczne fotony o energii większej są tylko częściowo użyteczne. Dlatego moc ogniwa nie zależy jedynie od natężenia, ale także od aktualnego spektrum promieniowania słonecznego.
Ten temat szerzej opisywałem tu.
http://solaris18.blogspot.com/2009/05/czy-rozne-typy-ogniw-fototowoltaicznych.html

Wraz ze zmianą warunków pogodowych (zachmurzenie, opady itd) zmienia się spektrum promieniowania słonecznego tzn. przy 1000W/m2, gdy niema ani jednej chmurki na niebie procentowy udział promieniowania widzialnego, podczerwonego, ultrafioletowego będzie inny niż przy pełnym zachmurzeniu i 100W/m2.

Aby precyzyjnie określić zależność mocy ogniwa od natężenia promieniowania słonecznego należy zajrzeć do charakterystyki prądowo napięciowej ogniwa

Biorąc za przykład ogniwo polikrystaliczne widać że w zależności od natężenia promieniowania słonecznego bardzo silnie zmiana się natężenia prądu a w niewielkim stopniu także napięcie. Wyznaczając punkt pracy dla poszczególnych wartości natężenia promieniowania spadek mocy będzie wyglądał następująco.

1000W/m2 – 100% mocy nominalnej ogniw
600W/m2 – 59.7% mocy nominalnej ogniw
300W/m2 – 29% mocy nominalnej ogniw
100W/m2 – 8.6% mocy nominalnej ogniw

Ogniwa krzemowe polikrystaliczne podobnie jak monokrystaliczne mają dość niską barierę potencjału i absorbują dość dobrze promieniowanie widzialne, które łatwo przenika przez chmury stąd prawie prostoliniowy spadek mocy wraz ze spadkiem natężenia promieniowania.

REKLAMA