S_042020 S_042020 S_042020

Zimný test fotovoltického panelu, porovnanie s letným testom

Technológie
0

V letnom dvojčísle sme uverejnili test fotovoltického panelu v ktorom som porovnával výkon, ktorý je panel schopný dodať v závislosti od toho, či na panel svieti priame slnko, alebo je mierna oblačnosť či je panel čiastočne zatienený, či je čistý alebo zaprášený. Samozrejme ma zaujímalo, koľko energie je fotovoltický panel schopný dodať v zime a tak som si počkal na zimný jasný slnečný deň. 

Na testovanie som mal k dispozícii fotovoltický panel AC-270P/156-60S od nemeckého výrobcu Axitec. Aby som bol presný, je to 60-článkový polykryštalický modul. Povrch panelu tvorí tvrdené sklo s nízkym odrazom, hrubé 3,2 mm. Pod ním je 60 článkov s rozmermi 156 mm × 156 mm (6“). Zo spodnej strany panela je kompozitná fólia. Tieto panely montuje ZSE svojim zákazníkom. Panel je schopný dodať maximálny príkon 270 W. Účinnosť panela je 18,6 %.

Priebeh a výsledky testu sú vo videu:



Testoval som na severe Slovenska v Ružomberku 22.1. 2020 počas slnečného počasia. Ako záťaž pre panel som použil tri halogénové žiarovky 12 V / 50 W, zapojené do série. Takéto zapojenie má pri 36 V odber 150 W. Vzhľadom na avizovaných 270 W panela by sa záťaž mohla zdať poddimenzovaná, ale na moje účely bola postačujúca. Znalci vlastností fotovoltických technológií určite pri zmienke o záťaži tvorenej žiarovkami zdvihli obočie a majú pravdu. Fotovoltické články majú v závislosti od svetelnej intenzity a teploty panela veľmi premenlivú impedanciu, takže s fixným odporom záťaže nemožno z panela získať maximálnu možnú energiu. Prezentované namerané údaje preto berte ako orientačné, napríklad na porovnanie s hodnotami nameranými v júni. 

Výsledky zimného testu:

Čas a poloha panelu
Napätie
Prúd
Výkon 1 panel
Výkon 8 panelov
10:00 vodorovne
9.5 V
2.2 A
21 W
168 W
11:00 vodorovne
13.6 V
2.6 A
35 W
280 W
12:00 vodorovne
16.3 V
2.9 A
47 W
376 W
12:30 vodorovne
15.7 V
2.7 A
42 W
336 W
12:30 naklonený kolmo k Slnku
24 V
3.4 A
82 W
656 W
13:00 vodorovne
13.3 V
2.6 A
35 W
280 W
14:00 vodorovne tieň
1.4 V
1 A
1.4 W
11.2 W

Na porovnanie výsledky letného testu

Čas a okolnosti
Napätie
Prúd 
Výkon 1 panel 
Výkon 8 panelov
9:00 slnečno
32.2 V
4 A
129 W
1032 W
10:00 slnečno
33.4 V
4.1 A
137 W
1096 W
11:00 slnečno
33.9 V
4.2 A
143 W
1144 W
11:00 slnečno zaprášený panel
32.7 V
4.1 A
134 W
1072 W
11:45 slnko za svetlým oblakom
15.6 V
2.8 A 
  43W
344 W
12:00 slnko za tmavým oblakom
11.6 V
2.3 A
  27 W
216 W
16:00 slnečno 
24.4 V
3.6 A
  88 W
704 W
17:20 slnečno
10.6 V
2.2 A 
  23W
184 W
17:30 slnko za svetlým oblakom
5.1 V
1.5 A
    8 W
64 W

Aby ste mali predstavu od závislosti dodávaného výkonu od intenzity slnečného žiarenia, výrobca pre panel AC-270P/156-60S udáva tieto hodnoty:

Intenzita žiarenia
Prúd Ipp
Napätie Upp
Výkon
200 W/m2
1.7 A
30,10 V 
51.2 W
400 W/m2
3.42 A
30,15 V 
103.1 W
600 W/m2
5.41 A
30,52 V 
165.1 W
800 W/m2
6.82 A
30,86 V 
210.5 W
1 000 W/m2
8.43 A
30,90 V 
260.5 W

Nakoľko väčšina inštalácií fotovoltických panelov na rodinných domoch je nainštalovaných fixne, väčšinou na strechách, či už sedlových, alebo s miernym sklonom, mal som pri letnom teste panel umiestnený vodorovne. Nakoľko Slnko je v lete na oblohe vysoko, bola táto poloha dobrým kompromisom a natočenie panelu o 45°, čím som simuloval sklon sedlovej strechy nepriniesol podstatnejšie zvýšenie výkonu.  

V zime je však Slnko pomerne nízko nad obzorom, preto som vyskúšal aj šikmú polohu a výkon, ktorý panel dodával v rovnakú dennú dobu pri rovnakých podmienkach sa oproti vodorovne položenému panelu takmer zdvojnásobil. Chcel som  otestovať ako sa na šikmo umiestnenom paneli drží sneh a ako snehový poprašok znižuje výkon panelu, no tohtoročné počasie takmer bez sneženia mi takýto test neumožňuje. 

Napätie a prúd 

Výkon dodávaný panelom je ovplyvnený intenzitou slnečného žiarenia, a v prípade ak čokoľvek vrhá v určitú dennú dobu na panely tieň, znižuje sa jeho výkon a to v mnohých prípadoch dosť podstatne. Články panelu sú totiž zapojené do sériových reťazcov a výkon, ktorý je takýto reťazec schopný dodať závisí od najviac zatieneného článku. Takže panel, ktorý má zatienenú 1/8 plochy môže v niektorých prípadoch dodať 65 – 70 % výkonu a pri inom spôsobe zatienenia menej ako 1 % nominálneho výkonu. Najviac ovplyvňuje výkon panelu pásik tieňa kolmý na dlhšiu stranu panelu, bez ohľadu na to, kde sa nachádza. Najmenej výkon ovplyvňuje pásik tieňa vrhaný rovnobežne s dlhšou stranou.  Slnko nízko nad obzorom v zimnom období vrhá dlhé tiene, takže pravdepodobnosť zatienenia časti panelu tieňom nejakého objektu, či už je to strom, komín a podobne je oveľa pravdepodobnejšia, než v lete. Aj veľmi úzky tieň tenkého predmetu vtrhnutý kolmo na dlhšiu stranu panelu môže drasticky znížiť výkon celého panelu a ak nemáte k panelom paralelne pripojené optimizéry, klesne výkon celej sústavy panelov pod 1% pôvodnej hodnoty 

Jednotlivé fotovoltické panely sú totiž zapojené do série a panel, ktorý produkuje najmenej energie ovplyvňuje zvyšok výkonu reťazca. Z toho vyplýva, že ak máte plochú mierne zošikmenú strechu orientovanú v smere východ – západ, prípadne sedlovú strechu  s rôznou orientáciou, na optimálne využitie nainštalovaných fotovoltických panelov na obidvoch stranách sedlovej strechy budete potrebovať invertor s dvomi MPP trackermi.  V takom prípade zatienený panel ovplyvní len výkon panelov na jednej strane sedlovej strechy. Lepším riešením je pripojiť ku každému solárnemu panelu zariadenie nazývané optimizér. Z hľadiska princípu je to DC/DC menič s MPP trackerom. Účinnosť meniča je 99,5%. Optimizér sa vstupnými konektormi pripojí na kladný a záporný pól panelu. Výstupné káble optimizéra sa zapoja do série a pripoja k centrálnemu invertoru. V takomto zapojení každý panel v reťazci funguje optimálne a panel, ktorý produkuje najmenej energie, už neovplyvňuje zvyšok výkonu reťazca. Aj pri rovnomernom osvetlení všetkých panelov v reťazci sa vyprodukuje v priemere o 2% viac energie, pretože optimizéry eliminujú tolerancie parametrov jednotlivých panelov. Pri paneloch na sedlovej streche je solárny systém s optimizérmi schopný dodať v priemere o 25% viac energie.

Zapojenie s optimizérmi je aj oveľa bezpečnejšie. Na konektoroch panelu osvetleného slnkom je napätie viac ako 30 V a do záťaže je panel schopný dodať prúd niekoľko ampérov v závislosti od intenzity slnečného svetla. Ak je takto do série zapojených osem panelov, výstupné jednosmerné napätie je 240 V, prípadne aj vyššie. Naproti tomu ak je k panelu pripojený optimizér, ktorý nie je pripojený k centrálnemu invertoru SolarEdge, na výstupných konektoroch optimizéru je napätie 1 V. Je to preto, aby mohli servisní technici merať, či všetky panely s optimizérmi fungujú. Na ôsmych do série zapojených paneloch s optimizérmi namerajú napätie 8V. Toto napätie je úplne bezpečné. Po pripojení reťazca panelov s optimizérmi k centrálnemu invertoru SolarEdge začne po kábloch, ktoré zároveň vedú jednosmerný prúd komunikácia invertoru s optimizérmi a optimizéry začnú dodávať adekvátne napätie. Ak sa komunikácia s invertorom s rôznych príčin preruší, na výstupoch optimizérov je len jednosmerné výstupné napätie 1V. Ocenia to nielen servisní technici pri montáži a údržbe, ale aj požiarnici pri zásahu. 

Letný test s rovnakým panelom je vo videu:



Ak to zosumarizujem, tak v tete v lete v júni na poludnie jeden fotovoltický panel dodal priamo, čiže bez meniča do odporovej záťaže tvorenej žiarovkami výkon 143 W. Obvyklá sústava ôsmych panelov, ktorá sa montuje na strechy rodinných domov dodá  1144 W. Zdôrazňujem, že výkon v reálnej inštalácii bude vyšší, pretože panely budú zapojené do MPP trackera, ktorý prispôsobuje impedanciu do ktorej panel dodáva výkon. Na relatívne porovnávanie však aj takýto približný test stačí. V lete panel dodáva signifikantný výkon od 9:00 až do 16:00, čiže počas siedmych hodín, samozrejme v závislosti, či je slnečno, alebo zamračené, aký uhol zvierajú slnečné lúče s panelom a či nie je časť niektorého panelu zatienená.  Rovnaký panel bol v zime na poludnie schopný pri polohe kolmej k smeru slnečných lúčov dodať 80 W, takže 8 panelov dokáže dodať 656 W, čiže približne polovicu letného výkonu. Navyše signifikantný výkon je fixne umiestnený panel schopný dodávať len počas troch až štyroch hodín.

Luboslav Lacko

Všetky autorove články
fotovoltika solarna energia zelená energia solarny panel fotovoltický panel

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať