Lato, słońce, energia ze słońca – a co dzieje się zimą? Instalacje fotowoltaiczne również zimą niezawodnie produkują energię elektryczną, choć z mniejszym uzyskiem, ponieważ słońce znajduje się niżej na niebie, a dni są krótsze. Jednak wbrew powszechnemu przekonaniu, niska temperatura i śnieg mogą mieć nawet pozytywny wpływ na wydajność. W naszym poradniku dowiesz się jak działa fotowoltaika zimą, jak przygotować instalację do warunków zimowych i optymalnie wykorzystać własną energię słoneczną w tym okresie – do ogrzewania lub w połączeniu z magazynem energii.
Dlaczego fotowoltaika działa również zimą
Mniej godzin słońca, mniejszy uzysk. Dlaczego instalacja PV wytwarza mniej energii elektrycznej w miesiącach zimowych?
Z jednej strony jest to spowodowane mniejszą ilością promieniowania słonecznego (promieniowania całkowitego) …
Nachylenie osi ziemi powoduje, że zimą słońce na półkuli północnej znajduje się niżej na niebie. Pozycja słońca jest bardziej „płaska”, a promienie słoneczne nie uderzają w moduły prostopadle, lecz pod ostrym kątem. Mniej promieniowania bezpośredniego prowadzi do ogólnie mniejszej produkcji energii na metr kwadratowy. Ponadto intensywność promieniowania zimą się zmniejsza, ponieważ światło pokonuje większą odległość przez atmosferę ziemską, gdy słońce jest nisko. Część promieniowania jest pochłaniana przez chmury, kurz, parę wodną i inne cząstki.
… z drugiej strony przez krótsze dni i trudniejsze warunki pogodowe:
W okresie zimowym dni są znacznie krótsze, a to powoduje skrócenie warunków bezpośredniego nasłonecznienia. Podobnie, zimowe warunki pogodowe – więcej chmur, mgła i śnieg – przyczyniają się do osłabienia promieniowania słonecznego.
Jednakże: Instalacje PV wykorzystują też tak zwane promieniowanie dyfuzyjne, tj. promieniowanie, które nie pochodzi bezpośrednio ze słońca, ale jest rozpraszane przez cząsteczki powietrza lub cząsteczki wody w atmosferze. Dzięki temu rozproszonemu promieniowaniu produkcja energii elektrycznej w instalacji fotowoltaicznej pozostaje stabilna w pochmurne zimowe dni, aczkolwiek z mniejszą wydajnością.
W jaki sposób niska pozycja słońca zimą wpływa na wykonanie instalacji fotowoltaicznej?
Instalacje PV o orientacji wschód-zachód dają znacznie mniejszy uzysk w miesiącach zimowych – listopadzie, grudniu i styczniu – ponieważ promieniowanie słoneczne nie pada pod optymalnym kątem: Słońce wschodzi później i jest odsunięte dalej na południe. W projekcie instalacji trzeba też uwzględnić położenie geograficzne i ukształtowanie terenu. Granice mgły, góry, lasy lub okoliczne budynki wpływają na czas nasłonecznienia, a maksymalny uzysk zimą osiąga się jedynie w południe.
W związku z tym moduły powinny być ustawione bardziej stromo ze względu na mniejszy kąt padania. Podczas gdy instalacje montowane na dachu o nachyleniu modułów od 10 do 30 stopni są idealne latem, stelaże o stromych kątach montażu lub instalacje elewacyjne z modułami zamontowanymi wysoko na budynku przynoszą wyraźne korzyści zimą. Te ostatnie są również mniej podatne na dłuższe cienie lub częściowe zacienienie w okresie zimowym.
Dodatkowe obszary, takie jak ogrodzenia lub ogrodowe mury, można również optymalnie wykorzystać do montażu modułów w pionie. Kolejną zaletą jest to, że śnieg prawie nie zalega na modułach w instalacjach elewacyjnych, a szron topnieje szybciej – jest to praktyczne rozwiązanie szczególnie dla obszarów, w których pada sporo śniegu.
Wydajność nawet zimą: Pionowe instalacje PV optymalnie wykorzystują niski kąt padania promieni słonecznych.
Ile energii wytwarza instalacja fotowoltaiczna zimą?
Od okolic marca do października wydajna fotowoltaika w naszych szerokościach geograficznych pozwala uzyskać wysoki odsetek samowystarczalności energetycznej, w szczególności w miesiącach letnich, przy czym trzeba spodziewać się dużej nadwyżki energii. Instalacja PV ustawiona w kierunku południowym osiąga latem uzysk dzienny, który odpowiada od pięciu do sześciu razy większym wymiarom. W instalacji o mocy 10 kWp oznacza to około 50 do 60 kWh dziennie.
Natomiast zimą uzysk jest znacznie niższy z powodów, które już opisaliśmy. O tej porze roku instalacja dachowa wytwarza zaledwie około 10% tej wartości. W przypadku instalacji o mocy 10 kWp jest to około jednej kilowatogodziny dziennie. Z kolei instalacja elewacyjna skierowana na południe o tej samej wielkości może produkować około 10 kWh dziennie. Takie uzyski dotyczą przede wszystkim trzech miesięcy – listopada, grudnia i stycznia. Miesięczne uzyski między kwietniem a wrześniem są zwykle bardzo wysokie, dlatego średni roczny uzysk instalacji fotowoltaicznej jest nadal doskonały.
| 8 kWp | Orientacja | Wschód-zachód 30° | Południe 30° | Elewacja południowa 90° (2023) |
|---|---|---|---|---|
| Styczeń | Uzysk PV | 210 kWh (ze śniegiem < 100 kWh) | 380 kWh | 450 kWh |
| Luty | Uzysk PV | 370 kWh (ze śniegiem < 200 kWh) | 580 kWh | 600 kWh |
| Marzec | Uzysk PV | 680 kWh (ze śniegiem < 420 kWh) | 920 kWh | 790 kWh |
Samowystarczalność energetyczna zimą? Zależy od zużycia.
Możliwość zaspokojenia całego zapotrzebowania na energię w zimnej porze roku za pomocą samej instalacji fotowoltaicznej wydaje się mało realna. Nadmierne zwymiarowanie własnej instalacji PV musi być opłacalne przez cały rok. Należy wziąć pod uwagę różne czynniki, takie jak system grzewczy. Na przykład dom jednorodzinny z ogrzewaniem na pellet i zużyciem około 8 kWh dziennie może osiągnąć wysoki stopień samowystarczalności (do 90%) w zimie przy dobrej lokalizacji i orientacji, a nawet w przypadku domu energooszczędnego z instalacją PV o mocy 10 kWp można oczekiwać maksymalnie 20% samowystarczalności zimą, ponieważ dzienne zapotrzebowanie na energię elektryczną dla samej pompy ciepła wynosi 10–40 kWh.
Wskazówki dotyczące planowania maksymalnego uzysku z fotowoltaiki zimą
- Idealne połączenie orientacji południe i wschód-zachód z trzema łańcuchami
- Zoptymalizuj kąt nachylenia modułów pod kątem niskiej pozycji słońca – dla maksymalnych uzysków zimą optymalne jest nachylenie na dachu wynoszące 20–50°. W przypadku regulowanych systemów montażu zalecane jest sezonowe dopasowanie.
- Rozważ pionową instalację fotowoltaiczną / instalację elewacyjną ustawioną w kierunku południowym, zwłaszcza w śnieżnych obszarach
- Zamontuj dwustronne moduły fotowoltaiczne – mogą one wykorzystywać światło z obu stron; tu właśnie wchodzi w grę tzw. efekt albedo – czyli odbicie od jasnych powierzchni, takich jak śnieg.
- W razie potrzeby wybierz instalację PV o nieco większych parametrach (w zależności od zużycia energii przez pompę ciepła + 3–5 kWp) – uwzględnij bilans roczny!
Czy wiesz, że…?
Czy instalacje fotowoltaiczne rzeczywiście działają lepiej przy niskich temperaturach?
Tak, instalacje PV mają tendencję do lepszego działania w niższych temperaturach, ponieważ temperatura otoczenia ma bezpośredni wpływ na współczynnik sprawności ogniw fotowoltaicznych.
O wydajności modułów fotowoltaicznych decyduje tzw. współczynnik temperaturowy. Wskazuje on, o jaką procentową wartość wzrasta lub maleje moc modułu na stopień Celsjusza w porównaniu do standardowych warunków testowych (=25°C). Moduły fotowoltaiczne są w większości wykonane z krystalicznego krzemu i mają ujemny współczynnik temperaturowy, wynoszący około -0,3 do -0,5% na stopień Celsjusza. Dokładnie o tę wartość procentową moc modułu zmniejsza się z każdym stopniem Celsjusza, który przekracza temperaturę testową 25°C.
Dlaczego tak się dzieje? Wraz ze wzrostem temperatur spada napięcie, a natężenie prądu tylko nieznacznie wzrasta. Moc elektryczna ogólnie się zatem zmniejsza, ponieważ jest to iloczyn napięcia i natężenia prądu. I odwrotnie, oznacza to, że moc wzrasta, gdy tylko temperatury spadają. Przy niskich temperaturach napięcie modułów pozostaje wyższe, a ogólna moc się zwiększa. Słoneczne, zimne dni mogą być zatem bardziej produktywne niż gorące dni latem.
Jak przygotować instalację fotowoltaiczną na zimę?
Po pierwsze: regularna konserwacja i staranne monitorowanie instalacji fotowoltaicznych są podstawowymi warunkami wstępnymi dla najlepszych uzysków i długiej żywotności. Jeśli więc zawsze będziesz mieć oko na swoją instalację PV, zarówno w aplikacji monitorującej online, jak i bezpośrednio na dachu, możesz szybko reagować na nieprawidłowości i problemy techniczne nie będą Cię zaskakiwać nawet zimą. Rada: Krótka profesjonalna kontrola późną jesienią się opłaca, wszak system rozpocznie sezon zimowy z czystą powierzchnią i pełną wydajnością.
Śnieg na modułach fotowoltaicznych – co robić?
Śnieg na modułach = brak energii ze słońca? Tak i nie. Nawet przy luźnej warstwie śniegu o grubości kilku centymetrów moduły mogą nadal wytwarzać energię elektryczną ze światła rozproszonego. Ze względu na ciepło własne modułów fotowoltaicznych i większy kąt nachylenia, śnieg i lód topnieją i zsuwają się samoistnie. Moduły zwykle czyszczą się same.
Jeśli jednak na dachu znajduje się pokrywa śnieżna o grubości ponad 15 centymetrów, światło słoneczne nie będzie w stanie przenikać do modułów fotowoltaicznych. W tym przypadku należy dokładnie rozważyć zalety i wady odśnieżania: Ile energii jest tracone i jakie są związane z tym koszty energii elektrycznej?
Jeśli chodzi o straty kosztowe przez krótki czas, można celowo zaakceptować tę sytuację, zamiast zatrudniać profesjonalną firmę do usuwania śniegu. W wyższej położonych obszarach o stałym wysokim obciążeniu śniegiem lub w przypadku zagrożenia spowodowanego ekstremalnie mokrym, ciężkim śniegiem, zaleca się odśnieżanie w celu zmniejszenia obciążenia. W tym przypadku również obowiązuje zasada: Na dach wpuszczaj tylko profesjonalistów ze specjalnym wyposażeniem, ryzyko wypadku jest zbyt duże dla laików. W razie potrzeby dostępne obszary systemu można oczyścić z podłoża, używając miękkich narzędzi, takich jak szczotka z delikatnym włosiem lub elementami teleskopowymi. Nigdy nie używaj soli drogowej – cząsteczki soli uszkadzają moduły fotowoltaiczne i powodują utratę wydajności.
Jak optymalizować zużycie energii na potrzeby własne w okresie zimowym:
1. Korzystanie z magazynu energii: Nadmierna energia słoneczna jest przechowywana w akumulatorze w ciągu dnia i przygotowana na później; w miesiącach zimowych z niewielką lub zerową nadwyżką energii fotowoltaicznej i zmiennymi taryfami, dobrym pomysłem jest ładowanie akumulatora niedrogim prądem sieciowym, a następnie używanie go, gdy jego koszt ponownie wzrośnie.
2. Ogrzewanie i ciepła woda dzięki fotowoltaice: Własna energia ze słońca może być wykorzystywana również zimą do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody. Regulatory zużycia, takie jak Fronius Ohmpilot, już teraz wykorzystują niewielkie ilości nadmiaru energii PV do sterowania prętem grzejnym w kotle lub zbiorniku buforowym i utrzymywania w nim wysokiej temperatury wody. W połączeniu z instalacją PV praca pompy ciepła też jest bardziej wydajna: pompa ciepła nie musi się włączać i wyłączać tak często. Odciąża to cały system ogrzewania w gospodarstwie domowym i tym samym wydłuża jego żywotność.
3. Inteligentne zarządzanie energią: Dzięki narzędziu do monitorowania, takiemu jak Fronius Solar.web, można zawsze kontrolować wydajność i zużycie, a nawet na ukryte pożeracze energii w gospodarstwie domowym oraz dokonywać ukierunkowanych korekt, z którymi fotowoltaika będzie działać z jeszcze większą wydajnością.
Inteligentne narzędzia do zarządzania energią oparte na sztucznej inteligencji, takie jak Fronius Energy Cost Assistant, stale analizują oczekiwaną produkcję, zużycie i bieżące ceny energii elektrycznej i optymalnie dostosowują strategię magazynowania akumulatora. Pozwala to na efektywne wykorzystanie zasobów energetycznych i oszczędzanie na kosztach energii elektrycznej.
4. Dostosowanie zużycia w czasie: Jeśli energochłonne odbiorniki, takie jak pralki, zmywarki itp., działają dokładnie wtedy, gdy instalacja PV wytwarza dużo energii słonecznej – zimą głównie około południa – ma to pozytywny wpływ na zużycie energii na potrzeby własne. Poza tym przesunięcia obciążenia i zmiany we własnych zachowaniach związanych ze zużyciem energii są też widoczne w portfelu.
5. Ładowanie samochodu elektrycznego: Nawet jeśli uzysk i nadwyżka z fotowoltaiki są niższe zimą niż latem, ładowanie samochodu elektrycznego z wykorzystaniem własnej energii PV ma sens: tutaj również ważne jest, aby dostosować czasy ładowania w ciągu dnia do godzin południowych, w których jest najwięcej słońca. Inteligentne skrzynki ładujące umożliwiają dynamiczne ładowanie nadwyżką energii PV i automatyczne korzystanie ze zmiennych taryf w nocy, gdy energia elektryczna jest tańsza.
Rada: Zoptymalizowana pod kątem instalacji PV stacja ładowania Fronius Wattpilot Flex może automatycznie przełączać się między ładowaniem 1- i 3-fazowym, a tym samym wykorzystywać nawet najmniejsze nadwyżki PV w wysokości 1,38–22 kW, dzięki czemu promienie słoneczne nie pozostaną niewykorzystywane nawet zimą.
Podsumowanie: czy fotowoltaika sprawdza się również zimą?
W krótsze dni zimowe instalacje PV na naszych szerokościach geograficznych wytwarzają znacznie mniej energii elektrycznej niż latem. Jednak dzięki odpowiedniemu planowaniu systemu – na przykład z instalacją elewacyjną skierowaną na południe lub wyższymi kątami nachylenia modułu – słońce może być wykorzystywane nawet zimą w najlepszy możliwy sposób. Inteligentne narzędzia do zarządzania energią pomagają w wydajnej integracji magazynów energii, skrzynek do ładowania pojazdów elektrycznych i regulatorów zużycia z całym systemem energetycznym, jednocześnie zwiększając stopień zużycia energii na potrzeby własne. Tym samym pewien stopień samowystarczalności jest możliwy nawet podczas chłodnej pory roku.
