Соларите не спят през зимата: Студът им помага, но облаците режат производството

Ключови думи: слънчеви панели, фотоволтаици, соларна енергия, батерии, сметки за ток

Слънчевите панели произвеждат електричество и посред зима, включително при облачно време, а ниските температури дори подобряват работата на фотоволтаичните клетки - големият спад през студените месеци идва от недостига на слънчева енергия, не от студа. Това потвърждават данните на Съвместния изследователски център на Европейската комисия и американското Министерство на енергетиката. През декември и януари денят е кратък, Слънцето остава ниско над хоризонта, сенките се удължават, а облачността ограничава количеството радиация, което достига до панелите. Затова една добре проектирана система продължава да работи, но месечният добив остава чувствително под летния.

Причината се крие в самия принцип на фотоволтаичната технология. Клетките преобразуват енергията на светлината в електричество и не се нуждаят от висока температура на въздуха, за да работят. Националната лаборатория за възобновяема енергия на САЩ посочва температурен коефициент при кристалния силиций приблизително от -0,4% до -0,5% за всеки градус повишаване на температурата на клетката, макар конкретната стойност да зависи от модела. Това означава, че при еднаква слънчева радиация по-хладният панел отдава по-висока мощност от силно нагретия.

Вижте още във Флагман.бг: Ето как соларни панели свалят сметките за ток на блока

Номиналната мощност на един модул стандартно се определя при температура на клетката 25 градуса и слънчево облъчване 1000 вата на квадратен метър. Ако клетките се нагреят до 60 градуса, каквито стойности се достигат върху покрив през горещ летен ден, температурната загуба при силициев модул вече става осезаема. При коефициент -0,4% на градус разликата спрямо стандартните условия е около 14% само от повишената температура, ако останалите параметри останат непроменени. Обратният ефект се проявява през студен и ясен зимен ден - ниската температура подпомага напрежението на клетките, но не може да компенсира липсата на достатъчно слънчева радиация.

Именно тук се крие причината зимата да остава слабият сезон за домашната фотоволтаична система. Европейската платформа PVGIS изчислява производството според местоположението, слънчевата радиация, температурата, вятъра, типа на модула, неговия наклон и ориентация. Публикувани за София разчети на база PVGIS показват отчетлива сезонна разлика - при една и съща фиксирана система декемврийското производство е приблизително една трета от това през най-силните летни месеци. Съотношението не трябва да се приема като универсално за всеки български покрив, защото Бургас, Сандански, София и планинските райони имат различен слънчев ресурс, климат и местни препятствия.

Облачността също не изключва инсталацията. Част от слънчевата радиация достига земната повърхност след разсейване от атмосферата, облаците и водните пари, като специалистите я определят като дифузна радиация. Панелите приемат и тази светлина, затова електропроизводството продължава дори когато слънчевият диск не се вижда. При плътна облачност мощността пада рязко и стойности от порядъка на 10% - 25% от производството при благоприятни условия се срещат в практически оценки, но резултатът се изменя според дебелината на облаците, вида на системата и моментната осветеност.

Още във Флагман.бг: Липсва опростена процедура за поставяне на фотоволтаик на балкона

Мъглата действа по сходен начин - намалява пряката радиация и оставя по-голям дял разсеяна светлина. Дъждът също свива моментното производство, докато облаците стоят над системата, но валежът има полезен страничен ефект върху замърсени панели. Американското Министерство на енергетиката отбелязва, че при обичайни условия естествените валежи често са достатъчни за премахване на част от натрупания прах. При лепкави замърсявания, птичи остатъци, листа или продължителни сухи периоди е необходима отделна оценка, защото естественото измиване невинаги връща напълно чистата повърхност.

Снегът е по-сериозно препятствие, когато покрие плътно стъклото и прекъсне достъпа на светлина до клетките. Министерството на енергетиката на САЩ посочва, че повечето снежни натрупвания върху наклонени фотоволтаични системи се стопяват или свличат, но при тежки снеговалежи производството се ограничава, а конструкцията поема допълнително натоварване. По-големият наклон ускорява свличането, като техническите препоръки отчитат видима полза при наклони около 30 - 35 градуса, а при по-стръмни конструкции снегът се задържа още по-трудно. Конкретният ъгъл все пак трябва да бъде изчислен според мястото, покрива, ветровото натоварване и целогодишното производство, а не да се избира само заради зимата.

Ръчното чистене на снежна покривка крие по-голям риск, отколкото изглежда. Американските федерални препоръки не насърчават отстраняването на сняг и лед, освен ако няма сериозна причина, тъй като лопати и твърди инструменти могат да повредят стъклото, рамката или кабелите. Качването върху заледен покрив създава и очевиден риск за човека, който се опитва да възстанови няколко часа производство. При наложително почистване се препоръчват меки инструменти и работа без натиск върху модулите, а при трудно достъпни покриви задачата следва да остане за обучени специалисти.

Вижте във Флагман.бг: Ураганният вятър в Приморско отнесе и соларни панели

Ниското зимно слънце прави ориентацията и засенчването още по-важни. Комин, дърво или съседна сграда, които почти не пречат през юни, могат да хвърлят продължителна сянка върху масива през декември, когато слънчевите лъчи идват под значително по-малък ъгъл. При традиционен стрингов инвертор силното засенчване на част от системата влияе върху работата на свързаните модули, докато оптимизаторите и микроинверторите дават по-добър контрол върху отделни панели и ограничават част от загубите при неравномерно осветяване. Тези устройства не създават допълнителна слънчева енергия, а управляват по-ефективно наличната при конкретната конфигурация.

Изборът между монокристални панели, TOPCon, HJT и други съвременни конструкции също има значение, но надписът върху технологията не е достатъчен за прогноза как системата ще се държи през януари. По-полезни показатели са реалната ефективност на конкретния модул, температурният му коефициент, поведението при ниска осветеност, гарантираното деградиране във времето и конфигурацията на целия масив. Два покрива с еднаква номинална мощност могат да имат различно производство заради ориентация, сенки, инвертор, кабелни загуби, замърсяване и температура. Европейската комисия включва именно такива параметри в PVGIS, вместо да оценява добива само според броя и мощността на панелите.

Флагман.бг писа по темата: Държавната програма подкрепи фотоволтаици и батерии за домакинствата

Батерията решава различен проблем - тя не увеличава произведената от панелите енергия, а премества част от нея към часовете, когато домакинството има нужда от ток. През зимата това е особено важно, защото слънчевото производство приключва рано, докато вечерното потребление на осветление, отоплителни уреди и техника нараства. Правилно оразмерената система за съхранение позволява част от дневния излишък да остане в дома вместо веднага да бъде отдаден към мрежата. Европейската PVGIS разполага с отделен модел за системи с батерии, който отчита производството, потреблението, размера на акумулатора и периодите, в които той достига пълен или празен заряд.

Не всяко домакинство обаче печели икономически от добавянето на голяма батерия. Ако дневното потребление съвпада с часовете на фотоволтаично производство, значителна част от енергията се консумира директно и скъп акумулатор би удължил срока за възвръщане на инвестицията. При семейство с ниско потребление през деня и висок разход вечер съотношението се променя и съхранението придобива по-голяма стойност. Зареждането на батерия от електрическата мрежа при по-ниска тарифа и разреждането й в по-скъпи часове също зависи от техническите възможности на инвертора, договора за електроснабдяване, действащите тарифи и начина на управление на системата.

Вижте още във Флагман.бг: Как фотоволтаици и батерии могат да променят сметката за ток на дома

Твърдението, че зимното производство непременно покрива базовите нужди на всяко домакинство, също е прекалено категорично. Резултатът зависи от мощността на инсталацията и консумацията - малка покривна система в мрачен декемврийски ден може да произведе далеч по-малко от необходимото за отопление, бойлер, готвене и останалите консуматори. При друга къща с голям масив, добра южна експозиция и ниско дневно потребление ситуацията ще изглежда различно. Затова при инвестиционния разчет годишният профил на потребление е поне толкова важен, колкото номиналните киловати на покрива.

Същото важи и за обещанията за приходи от излишната електроенергия. В България възможността токът да бъде отдаван и реализиран към мрежата зависи от режима на присъединяване, измерването, статута на производителя и конкретните договорни условия, затова не съществува една универсална схема, при която всеки собственик автоматично продава излишъка на гарантирана изгодна цена. При система, предназначена основно за собствено потребление, икономическият ефект често идва от това колко скъпа мрежова електроенергия е заместена в момента на производство. Преди инвестиция разчетът трябва да отдели собственото потребление, излишъка, евентуалното съхранение и условията за реализация на остатъчната енергия.

Практическата подготовка за зимата започва още при проектирането. Струва си да бъдат проверени сенките през декември, състоянието на покрива, допустимото снежно и ветрово натоварване, наклонът, отводняването, кабелите и очакваното месечно производство, вместо системата да се оценява само по годишна цифра. Панелите трябва да се следят чрез данните на инвертора, защото необичаен спад спрямо сходни дни може да покаже засенчване, дефект или друг проблем. За конкретен български адрес PVGIS на Европейската комисия позволява да се изчислят средното производство по месеци, слънчевата радиация и очакваните системни загуби според мощността, технологията, наклона и ориентацията на модулите.