Основні причини втрат енергії при виробництві сонячної енергії та способи їх запобігання.
KWh Analytics, фірма зі страхування клімату та управління ризиками в галузі відновлюваних джерел енергії, опублікувала індекс сонячної генерації за 2022 рік. Виявилося, що системи, встановлені з 2015 року, загалом не виправдали очікувань на 7–15 %, із деякими регіональними відмінностями.
Як же можна запобігти такій низькій продуктивності?
Нахил та орієнтація.
Кут нахилу панелей впливає на кількість сонячного випромінювання, яке отримує система протягом року. Нахил у бік екватора дозволяє максимізувати падаюче випромінювання та збільшити продуктивність усієї системи.
Для виробництва енергії також важливо максимально використовувати кут падіння сонячних променів. Кут падіння - це кут нахилу поверхні панелі по відношенню до сонячних променів. Він впливає на кількість сонячного світла через скло на передній панелі.
Такі втрати, які називаються модифікатором кута падіння, зазвичай становлять від 3% до 4,5%. Для розуміння впливу модифікатора кута падіння використовується модель ДеСото.
Основною причиною втрати енергії в деяких регіонах є забруднення, скупчення пилу та сміття на поверхні панелі. За тривалої сухої погоди ці фактори можуть призвести до 5% втрат. У регіонах з великою кількістю пилу цей показник може становити на 1-2% більше; а місцях, розташованих поблизу великих транспортних магістралей, втрати зазвичай становлять ще +1%. У регіонах із цілорічними дощами втрати від забруднення близько 2%.
Відповідно до параметрів продуктивності Національної лабораторії поновлюваної енергії (NREL), типові втрати від забруднень становлять 3-6%. Модель NREL показала, що одне щорічне чищення системи із втратою забруднення 1,9% знижує втрати до 1,5%. Дві чищення на рік можуть знизити середні втрати до 1,3%, а три чищення - до 1,2%.
Наступна виробнича проблема - це пташиний послід, який замазує один або два осередки і погано змивається дощем. У модулях без обхідних діодів повне блокування навіть одного або двох осередків може привести відмову всього модуля, тому краще швидко очищати пташиний послід вручну.
Ще один фактор втрат – снігові навантаження. Для систем із фіксованим нахилом втрати становлять 10-30%. Снігові фактори важко точно змоделювати у річному обчисленні, тому рекомендується проводити щомісячні виміри.
Ще один критично важливий аспект продуктивності системи – затінення. Це як засмічення труби, що йде до батареї. Коли один елемент знаходиться в тіні, то знижується подача струму у всьому ланцюзі. У панелі вбудовані обхідні діоди, які дозволяють масиву "пропустити" затінений осередок, але при цьому втрачається енергія, яка могла бути отримана від цього осередку.
Щоб уникнути втрат через затінення, можна використовувати силову електроніку на рівні модуля (MLPE) або мікроінвертори.
Екологічні втрати.
Також впливає на продуктивність температурний коефіцієнт, який вимірюється як процентне зниження енерговіддачі на кожний градус Цельсія, що перевищує контрольну точку 25 градусів Цельсія.
Деякі покрівельні матеріали поглинають більше тепла ніж інші, і це впливає на експлуатаційні характеристики. Кут нахилу панелей може впливати на температуру, наприклад, плоскі панелі зазвичай нагріваються сильніше. Велике значення має тип панелей: тонкоплівкові панелі мають нижчий температурний коефіцієнт, ніж монокристалічні або полікристалічні.
Модулі в системах з несхожими або довгими нитками можуть втратити ще 0,01-3% загального обсягу виробництва, зазвичай 2%. Невідповідність модулів із жорсткими допусками за потужністю призводить до ще 1% втрат у системі.
Світлоіндукована деградація відбувається, коли електричні характеристики кристалічних кремнієвих сонячних елементів змінюються під впливом світла. Втрати становлять від 0,5 до 1,5% і відбуваються протягом перших кількох годин після опромінення нової панелі.
Втрати номінальної потужності модуля є втрати, пов'язані з різницею заявленої потужності модуля в порівнянні з його фактичними характеристиками за стандартних умов випробувань. Для сучасних модулів ця інформація не є актуальною, оскільки результати стандартних випробувань відповідають реальним показникам.
Однак деякі постачальники можуть вказувати діапазон характеристик, званий "допустимою потужністю", що виражається у плюс-мінус відсотках. Наприклад, панель потужністю 250 Вт із зазначеним допуском потужністю +/- 5% може виробляти від 237,5 Вт до 262,5 Вт.
Втрати у провідниках.
Втрати у дротах зазвичай становлять ще 2% втрат у системі. Якщо для проекту використовуються дроти з великим перетином і на коротких ділянках, ці втрати становлять близько 1%.
Деякі компоненти можуть спричинити падіння напруги в ланцюгах, включаючи з'єднання, запобіжники та резистори. Різниця в довжині або розмірі кабелю в паралельних ланцюгах може викликати також падіння напруги.
Дослідження NREL змоделювало втрати у сполуках, які можуть зазнавати ще 0,5% втрат. З'єднувачі проводів та шунтуючі діоди мають фізичні недоліки, які викликають опір, що призводить до невеликих перепадів напруги.
Ефективність інвертора вимірює, наскільки ефективно енергія постійного струму перетворюється на енергію змінного струму. Виробники інверторів вказують максимальний ККД для роботи в ідеальних умовах та зважений ККД для роботи в різних умовах.
Важливо зважати на виважену ефективність, тому що ефективність інвертора змінюється залежно від його потужності. Більшість інверторів досягає піку при навантаженні близько 20% і трохи знижується в міру того, як навантаження досягає максимального номінального вхідного значення.
Кліпінг інвертора часто виникає в системах у розпал сонячного дня. Якщо вихід постійного струму перевищує кількість постійного струму, яке може перетворити інвертор, відбувається втрата кліпування.
Загальнодоступна модель продуктивності системи PVWatts за умовчанням вважає, що втрати доступності системи становлять 3%. Фотоелектричні системи із встановленими датчиками експлуатації та технічного обслуговування або попередження про несправності мають втрати доступності лише 0,5%. Доступність включає відключення або відмови інверторів, перебої в мережі та інші події, які призводять до відключення.
Теплове розширення та стиск, ультрафіолетове випромінювання та пошкодження частинками, що переносяться вітром, з часом знижують продуктивність системи. Виробничі гарантії від виробників сонячних панелей забезпечують консервативну оцінку виробництва за умов деградації панелей з часом.