Výkon fotovoltických panelov v zimnom období je jednou z najčastejších tém pri rozhodovaní o inštalácii solárnej elektrárne. Mnohí majitelia domov majú obavy, že fotovoltika v zime takmer nefunguje alebo že jej prínos je zanedbateľný. Realita je však podstatne komplexnejšia. Fotovoltické panely v zime vyrábajú elektrinu, no ich výkon je ovplyvnený viacerými fyzikálnymi, klimatickými a prevádzkovými faktormi.
Pre správne pochopenie zimného výkonu fotovoltiky je dôležité rozlišovať medzi okamžitým výkonom panelov a celkovou výrobou elektriny počas zimných mesiacov.
Výkon fotovoltických panelov v zime: Ako fungujú fotovoltické panely v zime?
Fotovoltické panely premieňajú slnečné žiarenie na elektrickú energiu. Na rozdiel od solárnych kolektorov na ohrev vody nepotrebujú teplo, ale svetlo. To znamená, že samotná nízka teplota výkon panelov neznižuje, práve naopak.
Z pohľadu fyziky
- fotovoltické články majú vyššiu účinnosť pri nižších teplotách
- chladné prostredie znižuje elektrické straty
- panely môžu mať vyšší okamžitý výkon než v horúčavách
Zimný problém fotovoltiky teda nie je teplota, ale množstvo dopadajúceho slnečného žiarenia.
Hlavné faktory ovplyvňujúce výkon v zime
Výkon fotovoltických panelov v zimných mesiacoch ovplyvňuje kombinácia viacerých faktorov, ktoré sa navzájom kumulujú.
Najdôležitejšie faktory
- kratšia dĺžka dňa
- nižší uhol dopadu slnečných lúčov
- častejšia oblačnosť
- snehová pokrývka
- orientácia a sklon panelov
Práve súbeh týchto faktorov spôsobuje, že zimná výroba je výrazne nižšia než letná.
Kratší deň a nižšia intenzita slnka
V zime je slnko nad obzorom podstatne kratší čas než v lete. Zároveň sa pohybuje nižšie nad horizontom, čo znižuje intenzitu dopadajúceho žiarenia.
Dôsledky pre fotovoltiku
- menej hodín výroby denne
- nižší špičkový výkon počas dňa
- posun výroby do kratšieho časového okna
Aj pri jasnom zimnom dni je celková denná výroba citeľne nižšia než v lete.
Vplyv oblačnosti a zimného počasia
Zimné obdobie je charakteristické vyšším výskytom oblačnosti, hmly a zrážok. Tieto javy výrazne znižujú množstvo priameho slnečného žiarenia.
Pri oblačnosti
- panely vyrábajú elektrinu aj z difúzneho svetla
- výkon však môže klesnúť na 10 až 30 % nominálneho výkonu
- výroba je nestabilná a kolísavá
Aj zamračený zimný deň však neznamená nulovú výrobu.
Sneh na fotovoltických paneloch
Sneh je špecifickým faktorom zimného obdobia. Ak panely zakryje súvislá vrstva snehu, výroba elektriny môže dočasne klesnúť na minimum.
Dôležité sú však tieto skutočnosti
- panely sú zvyčajne inštalované pod uhlom
- sneh sa často zosúva samovoľne
- tmavý povrch panelov urýchľuje topenie snehu
- po odhrnutí snehu výkon okamžite naskakuje
Krátkodobé zasneženie má menší vplyv než dlhodobá oblačnosť.
Význam sklonu a orientácie panelov
Sklon panelov má v zime výraznejší vplyv než v lete. Panely optimalizované len na letnú výrobu nemusia v zime pracovať efektívne.
Zimne výhodnejší je
- väčší sklon panelov
- orientácia čo najviac na juh
- minimalizácia tienenia
Strmší sklon pomáha
- lepšiemu dopadu nízkeho zimného slnka
- rýchlejšiemu zosúvaniu snehu
Pre celoročnú výrobu sa často volí kompromis medzi letným a zimným nastavením.
Koľko elektriny vyrobí fotovoltika v zime
V našich klimatických podmienkach sa výroba fotovoltického systému v zime výrazne líši od leta.
Orientačný podiel výroby
- november až február približne 15 až 25 % ročnej výroby
- december býva najslabší mesiac
- január a február už vykazujú mierny nárast
Napríklad systém s ročnou výrobou 10 MWh vyrobí v zime rádovo jednotky MWh.
Porovnanie zimnej a letnej výroby
Rozdiel medzi letnou a zimnou výrobou je zásadný a treba s ním počítať už pri návrhu systému.
Letné obdobie
- dlhé dni
- vysoká intenzita žiarenia
- vysoké prebytky energie
Zimné obdobie
- krátke dni
- nižší výkon
- výroba často nestačí na pokrytie spotreby
Fotovoltika preto v zime znižuje spotrebu zo siete, ale ju úplne nenahrádza.
Vplyv nízkych teplôt na účinnosť panelov
Nízke teploty majú na samotné panely pozitívny vplyv.
Výhody chladu
- vyššie napätie článkov
- nižšie elektrické straty
- vyššia okamžitá účinnosť
Pri jasnom mrazivom dni môžu panely krátkodobo dosahovať veľmi dobrý výkon vzhľadom na podmienky.
Fotovoltika v zime a batériové úložisko
Batéria v zime funguje inak než v lete. Keďže výroba je nižšia, batéria sa často nenabije do plnej kapacity.
Zimná realita batérie
- slúži skôr na krátkodobé vyrovnávanie výroby
- neumožňuje viacdňovú sebestačnosť
- zvyšuje mieru využitia vlastnej energie
Batéria zvyšuje komfort, no v zime nezabezpečí energetickú nezávislosť.
Ako zvýšiť využiteľnosť fotovoltiky v zime
Aj keď zimu nemožno zmeniť, existujú spôsoby, ako maximalizovať prínos fotovoltiky.
Odporúčané opatrenia
- optimalizácia sklonu panelov
- minimalizácia tienenia
- pravidelná kontrola zasneženia
- presun spotreby do denného času
- kombinácia s inými zdrojmi energie
Rozumné riadenie spotreby dokáže výrazne zvýšiť využiteľnosť vyrobenej energie.
Kombinácia fotovoltiky s inými technológiami
Fotovoltika v zime funguje najlepšie ako súčasť širšieho energetického konceptu.
Časté kombinácie
- fotovoltika a tepelné čerpadlo
- fotovoltika a akumulácia tepla
- fotovoltika a inteligentné riadenie spotreby
Takýto systém znižuje celkové náklady na energiu počas celého roka.
Najčastejšie mýty o fotovoltike v zime
Okolo zimného výkonu koluje viacero mýtov.
Najčastejšie omyly
- fotovoltika v zime nefunguje
- panely potrebujú teplo
- sneh úplne znehodnocuje systém
- v zime nemá fotovoltika zmysel
V skutočnosti fotovoltika v zime vyrába menej, ale stále má významný prínos.
Záver
Výkon fotovoltických panelov v zime je prirodzene nižší než v letných mesiacoch, no to neznamená, že fotovoltika je v zime nefunkčná. Nízke teploty dokonca zvyšujú účinnosť panelov, zatiaľ čo hlavnými obmedzeniami sú kratšie dni, nižší uhol slnka a oblačnosť.
Správne navrhnutý fotovoltický systém berie zimné podmienky do úvahy už pri dimenzovaní a očakávaniach. Fotovoltika nie je sezónne riešenie, ale celoročný nástroj na znižovanie spotreby elektriny, ktorý má význam aj počas zimy.
