Ile wiemy o degradacji paneli fotowoltaicznych?

O wynikach badań nad spadkiem produktywności paneli fotowoltaicznych oraz wpływie warunków technicznych i klimatycznych na degradację paneli PV opowiada w rozmowie z portalem Gramwzielone.pl dr inż. Piotr Olczak z Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN.

Piotr Pająk, Gramwzielone.pl: Na czym polega degradacja paneli fotowoltaicznych? Jak w jej wyniku może spadać początkowa moc paneli fotowoltaicznych w całym cyklu życia instalacji PV?

Piotr Olczak: Praktycznie każde urządzenie techniczne podlega degradacji, nie inaczej jest z panelami fotowoltaicznymi, które pracują często w niesprzyjającym środowisku zewnętrznym. Zakłada się, że obecnie montowane w Polsce panele fotowoltaiczne będą pracować maksymalnie około 30 lat. Zakłada się także zmniejszenie ich wydajności energetycznej wraz z upływem lat. W związku z tym inwestorzy (także domowi) stają przed dylematami związanymi z odpowiednim doborem wielkości instalacji. Fakt zmniejszania wartości produktywności paneli PV stawia przed inwestorami pytanie, w jaki sposób dobrać wielkość instalacji PV. Precyzyjną odpowiedź na nie dodatkowo utrudnia zmienność warunków pogodowych w skali rok do roku oraz zmienność w zakresie potrzeb energetycznych firm i mieszkańców, także na przestrzeni lat.

REKLAMA

W wyniku degradacji osiągalna produktywność paneli fotowoltaicznych w warunkach polskich może się zmniejszyć od 5 do 15 proc. w ciągu 20 lat eksploatacji. Oznacza to spadek średniej produktywności paneli PV z np. 1000 kWh na każdy 1 kWp mocy zainstalowanej w pierwszym roku do 900 kWh w 20. roku pracy. Przy czym ten przykład obliczeniowy zawiera założenie identycznych warunków pogodowych, co w rzeczywistości jest jednak bardzo mało prawdopodobne. Warunki pogodowe wpływają zarówno na produktywność energetyczną instalacji fotowoltaicznych, jak i na degradację paneli PV. Ma to miejsce zarówno przy wysokich, jak i niskich wartościach temperatury powietrza zewnętrznego. Dodatkowo znaczenie ma możliwość chłodzenia pasywnego paneli PV oraz warunki wilgotnościowe.

Jakie czynniki wpływają na degradację modułów w naszych warunkach klimatycznych? Jak wygląda ona w porównaniu z degradacją w innych częściach świata? Jak moduły starzeją się w klimacie nadmorskim, a jak w pustynnym?

– Na degradację modułów fotowoltaicznych w naszych warunkach klimatycznych mają wpływ głównie temperatura i wilgotność powietrza. Wysokie wartości temperatury często idą w parze z wysokimi wartościami napromieniowania – co można obserwować w krajach południowych, takich jak Włochy czy Grecja, jak również w miesiącach letnich w Polsce. Porównując warunki klimatyczne Polski z innymi krajami, warto nadmienić, że w klimacie nadmorskim (wpływ korozji), jak i w pustynnym panele PV szybciej ulegają degradacji niż w tych panujących na naszych szerokościach geograficznych. Przy czym w tym drugim wypadku produkcja energii przez panele PV w całym cyklu życia jest stosunkowo wysoka w porównaniu np. z możliwościami produkcji energii w krajach takich jak Polska.

Dodatkowo w kontekście degradacji paneli fotowoltaicznych znaczenie ma sposób montażu, co wpływa na pasywne chłodzenie czy zbieranie się kurzu i zabrudzeń. W wynikach badań naukowych można zauważyć, że im starszy panel PV, tym mniejsza dynamika wpływu degradacji.

O przeprowadzonych przez Pana badaniach degradacji modułów pisały czołowe media poświęcone fotowoltaice. Na czym polegały te badania, jaki był ich cel?

– Badania degradacji modułów PV, o których Pan wspomina, miały na celu sprawdzenie uzysków z instalacji fotowoltaicznej w rzeczywistej pracy przy warunkach podobnych do panujących w Polsce. Wykonałem to poprzez porównanie rzeczywistej produktywności paneli fotowoltaicznych z wartościami obliczonymi na podstawie parametrów paneli PV i danych pogodowych na przestrzeni analizowanych lat (2005–2021). Natomiast proste porównywanie produktywności paneli rok do roku skutkowałoby błędem w zakresie różnych wartości napromieniowania słonecznego.

Jak malała produktywność badanych przez Pana instalacji w okresie badania?

– W badanej instalacji spadek w zakresie produktywności paneli PV nastąpił w zakresie 0,12 do 0,2 proc. na rok. Oznacza to przykładowo spadek produktywności np. od 1000 kWh/kWp/rok do około 970 kWh/kWp/rok po 15 latach i był to stosunkowo niski spadek produktywności w porównaniu do wyników innych badań.

REKLAMA

Analiza została przeprowadzona z uwzględnieniem warunków pracy instalacji. Dodatkowo na przestrzeni lat wystąpiły np. awarie inwerterów (w sumie 8 na 10 zainstalowanych urządzeń) – w takiej sytuacji im szybsza jest reakcja właściciela instalacji, tym krótsza przerwa w produkcji energii elektrycznej. Obecne rozwiązania oparte np. na komunikacji WiFi czy GSM pozwalają skuteczniej monitorować produkcję, a także sytuację wyłączeń lub awarii inwerterów niż w instalacjach zakładanych kilkanaście lat temu. W celu osiągnięcia dokładnego pomiaru spadku produktywności samych paneli PV różnice w zakresie produktywności wynikające z awarii inwerterów nie były brane pod uwagę.

Należy mieć na uwadze, że w badanej instalacji podłączonej do kilku inwerterów na produktywność znacząco wpłynęły te moduły spośród 364 zainstalowanych paneli PV, które uległy największej degradacji.

Panele w badanej instalacji były ustawione pod stosunkowo małym kątem – 20 stopni. Czy nachylenie paneli i ich ukierunkowanie względem kierunku południowego ma jakiś wpływ na tempo degradacji? Jakie mogą być tutaj zależności?

– Ustawienie paneli fotowoltaicznych ma wpływ na wiele elementów, w tym na stopień degradacji. Głównie wpływa ono na uzyskiwane wartości temperatury paneli oraz ich naturalne chłodzenie. Zmiana konfiguracji kątowej paneli PV w stosunku do konfiguracji dachu wynikać może z wielu względów, w tym ekonomicznych: inwestycyjnych (np. konieczność zamontowania stelaża) bądź związanych z dostosowaniem potencjalnej produkcji do ścieżek cenowych energii elektrycznej.

Nie bez znaczenia w warunkach polskich jest możliwość wyłączeń inwerterów ze względu na wzrosty napięcia (powyżej 253 V). Te wyłączenia są pośrednio związane z ustawieniem kątowym paneli PV – dla paneli zwróconych na wschód i zachód wyłączenia inwerterów mają marginalny wpływ lub nie występują.

Dodatkowe zależności wynikające z kąta posadowienia paneli PV mogą być związane też np. z wpływem deszczu na zmywanie oraz wpływem na naturalne procesy chłodzenia (promieniowanie, konwekcje, wpływ wiatru).

Badał Pan instalację wykonaną na początku XXI wieku. Od tego czasu technologia fotowoltaiczna mocno się rozwinęła. Na ile degradacja modułów wyprodukowanych 15 lat temu może się różnić od degradacji modułów, które są produkowane obecnie?

– Najbezpieczniejsza odpowiedź jest taka, że będzie można to sprawdzić za kilkanaście lat. W Polsce w rzeczywistych instalacjach takie badanie może być utrudnione ze względu na wspominany wpływ wyłączeń inwerterów. Zjawisko to nie pozwala na prosty pomiar produkcji energii elektrycznej przez panele PV. Mam oczywiście na myśli mikroinstalacje prosumenckie, a nie laboratoryjne.

Porównując dane określane przez producentów paneli PV na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat, możemy z wysokim prawdopodobieństwem stwierdzić, że w przyszłości stopień degradacji modułów nie będzie znacząco różny od zakładanego obecnie. Niemniej jednak istnieją pewne czynniki, które świadczą o potencjalnym spadku stopnia degradacji, jak np. rozwój technologii PV oraz doświadczenia producentów paneli PV z przeszłości. Nie bez znaczenia jest także rozwój współpracy badawczej.