KWh Analytics, фирма по страхованию климата и управлению рисками в области возобновляемых источников энергии, опубликовала индекс солнечной генерации за 2022 год. Оказалось, что системы, установленные с 2015 года, в целом не оправдали ожиданий на 7–15 %, с некоторыми региональными различиями.
Как же можно предотвратить такую низкую производительность?
Наклон и ориентация.
Угол наклона панелей влияет на то количество солнечного излучения, которое получает система в течение года. Наклон в сторону экватора позволяет максимизировать падающее излучение и увеличить производительность всей системы.
Для производства энергии также важно максимально использовать угол падения солнечных лучей. Угол падения - это угол наклона поверхности панели по отношению к солнечным лучам. Он влияет на количество солнечного света, проходящего через стекло на передней панели.
Такие потери, которые называются модификатор угла падения, обычно составляют от 3% до 4,5%. Для понимания влияния модификатора угла падения используется модель ДеСото.
Основной причиной потери энергии в некоторых регионах является загрязнение, скопление пыли и мусора на поверхности панели. При продолжительной сухой погоде эти факторы могут привести к 5% потерь. В регионах с большим количеством пыли, этот показатель может составлять на 1-2% больше; а в местах, расположенных вблизи крупных транспортных магистралей, потери обычно составляют еще +1%. В регионах с круглогодичными дождями потери от загрязнения около 2%.
Согласно параметрам производительности Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL), типичные потери от загрязнений составляют 3-6%. Модель NREL показала, что одна ежегодная чистка системы с потерей загрязнения 1,9% снижает потери до 1,5%. Две чистки в год могут снизить средние потери до 1,3%, а три чистки - до 1,2%.
Следующая производственная проблема - это птичий помет, который замазывает одну или две ячейки и плохо смывается дождем. В модулях без обходных диодов полная блокировка даже одной или двух ячеек может привести отказу всего модуля, поэтому лучше быстро очищать птичий помет вручную.
Еще один фактор потерь - снежные нагрузки. Для систем с фиксированным наклоном потери составляют 10-30%. Снеговые факторы трудно точно смоделировать в годовом исчислении, поэтому рекомендуется проводить ежемесячные измерения.
Еще один критически важный аспект производительности системы - затенение. Это как засорение трубы, которая идет к батарее. Когда один элемент находится в тени, то снижается подача тока во всей цепи. В панели встроены обходные диоды, которые позволяют массиву "пропустить" затененную ячейку, но при этом теряется энергия, которая могла быть получена от этой ячейки.
Чтобы избежать потерь из-за затенения можно использовать силовую электронику на уровне модуля (MLPE) или микроинверторы.
Климатические потери.
Также влияет на производительность температурный коэффициент, который измеряется как процентное снижение энергоотдачи на каждый градус Цельсия, превышающий контрольную точку в 25 градусов Цельсия.
Некоторые кровельные материалы поглощают больше тепла, чем другие, и это влияет на эксплуатационные характеристики. Угол наклона панелей может влиять температуру, например, плоские панели обычно нагреваются сильнее. Большое значение имеет тип панелей: тонкопленочные панели имеют более низкий температурный коэффициент, чем монокристаллические или поликристаллические.
Модули в системах с несовпадающими или длинными нитями могут потерять еще 0,01-3% от общего объема производства, обычно 2%. Несоответствие модулей с жесткими допусками по мощности приводит к еще 1% потерь в системе.
Светоиндуцированная деградация происходит, когда электрические характеристики кристаллических кремниевых солнечных элементов изменяются под воздействием света. Потери составляют от 0,5% до 1,5% и происходят в течение первых нескольких часов после облучения новой панели.
Потери номинальной мощности модуля представляют собой потери, связанные с разницей в заявленной мощности модуля по сравнению с его фактическими характеристиками при стандартных условиях испытаний. Для современных модулей эта информация не актуальна, так как результаты стандартных испытаний соответствуют реальным показателям.
Однако некоторые поставщики могут указывать диапазон характеристик, называемый "допустимой мощностью", который выражается в плюс-минус процентах. Например, панель мощностью 250 Вт с указанным допуском по мощности +/- 5% может производить от 237,5 Вт до 262,5 Вт.
Потери в проводниках.
Потери в проводах обычно составляют еще 2% потерь в системе. Если для проекта используются провода с большим сечением и на коротких участках, то эти потери составляют около 1%.
Некоторые компоненты могут вызвать падение напряжения в цепях, включая соединения, предохранители и резисторы. Разница в длине или размере кабеля в параллельных цепях также может вызывать падение напряжения.
Исследование NREL смоделировало потери в соединениях, которые могут нести еще 0,5% потерь. Соединители проводов и шунтирующие диоды имеют физические недостатки, которые вызывают сопротивление, что приводит к небольшим перепадам напряжения.
Эффективность инвертора измеряет, насколько эффективно энергия постоянного тока преобразуется в энергию переменного тока. Производители инверторов указывают максимальный КПД для работы в идеальных условиях и взвешенный КПД для работы в различных условиях.
Важно обращать внимание на взвешенную эффективность, потому что эффективность инвертора меняется в зависимости от его мощности. Большинство инверторов достигает пика при нагрузке около 20% и немного снижается по мере того, как нагрузка достигает максимального входного номинального значения.
Клиппинг инвертора часто возникает в системах в разгар солнечного дня. Если выход постоянного тока превышает количество постоянного тока, которое может преобразовать инвертор, происходит потеря клиппирования.
Общедоступная модель производительности системы PVWatts по умолчанию считает, что потери доступности системы составляют 3%. Фотоэлектрические системы с установленными датчиками эксплуатации и технического обслуживания или предупреждения о неисправностях имеют потери доступности всего 0,5%. Доступность включает в себя отключения или отказы инверторов, перебои в сети и другие события, которые приводят к отключению.
Тепловое расширение и сжатие, ультрафиолетовое излучение и повреждения частицами, переносимыми ветром, со временем снижают производительность системы. Производственные гарантии от производителей солнечных панелей обеспечивают консервативную оценку производства в условиях деградации панелей с течением времени.