Fotowoltaika zimą i w pochmurne dni. Ile prądu generują panele przy braku słońca?

Wciąż można spotkać opinię, że instalacja fotowoltaiczna działa tylko latem. To nieprawda. Moduły PV przekształcają energię promieniowania słonecznego w energię elektryczną, a nie wykorzystują ciepła jako paliwa. Mogą więc produkować energię także w chłodne i pochmurne dni.

Jednocześnie zima jest najsłabszym okresem dla domowej fotowoltaiki. Krótki dzień, niskie położenie Słońca, zachmurzenie oraz ewentualna pokrywa śnieżna ograniczają uzysk. Wyjaśniamy, jak pracuje PV od listopada do lutego, jaki wpływ ma temperatura modułu oraz jak interpretować zimową produkcję energii.

Jak działa fotowoltaika w pochmurne dni?

Ogniwa fotowoltaiczne wykorzystują promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni modułu. W praktyce znaczenie mają dwa jego główne składniki:

• Promieniowanie bezpośrednie: dociera do modułu bezpośrednio od tarczy Słońca. Jego udział jest największy przy małym zachmurzeniu i sprzyja wysokiej mocy chwilowej instalacji.
• Promieniowanie rozproszone: powstaje, gdy światło zostaje rozproszone przez chmury, aerozole, parę wodną i składniki atmosfery. Dzięki niemu instalacja PV może produkować energię także wtedy, gdy tarcza Słońca nie jest widoczna.

W pochmurny dzień moduły nie wyłączają się automatycznie, ale ich produkcja może być wielokrotnie niższa niż podczas pełnego nasłonecznienia. Rzeczywisty uzysk zależy od rodzaju i grubości chmur, pory dnia, orientacji modułów, ich temperatury, zacienienia oraz parametrów całej instalacji.

Technologie takie jak TOPCon czy HJT mogą różnić się parametrami pracy przy niskim natężeniu promieniowania, ale sama nazwa technologii nie gwarantuje wyższego uzysku w każdych warunkach. Przed zakupem warto porównać konkretne modele modułów, ich karty katalogowe, gwarancje oraz wyniki niezależnych testów.

Dlaczego zimą uzysk jest niski?

W Polsce produkcja energii z fotowoltaiki jest silnie sezonowa. Największe uzyski przypadają zwykle na miesiące wiosenne i letnie, natomiast najniższe miesięczne wartości występują najczęściej w grudniu i styczniu. Cały okres od listopada do lutego jest wyraźnie słabszy niż wiosna i lato.

O zimowej produkcji decydują przede wszystkim długość dnia, niskie położenie Słońca nad horyzontem, częstsze zachmurzenie oraz lokalne zacienienie. Dodatkowym ograniczeniem może być śnieg zalegający na modułach.

Nie istnieje jedna poprawna tabela miesięcznych uzysków dla całego kraju. Inny wynik uzyska instalacja w północnej części Polski, inny na południu, a kolejny dach skierowany na wschód i zachód zamiast na południe. Znaczenie mają także kąt nachylenia, zacienienie, straty systemowe, rodzaj modułów oraz pogoda w konkretnym roku.

Jak sprawdzić produkcję dla własnego dachu?

1. Otwórz kalkulator PVGIS Komisji Europejskiej.
2. Wskaż dokładną lokalizację budynku.
3. Wpisz moc instalacji w kWp.
4. Ustaw kierunek modułów, kąt nachylenia oraz przewidywane straty systemowe.
5. Odczytaj średnią produkcję miesięczną i roczną, pamiętając, że wynik jest prognozą opartą na danych wieloletnich, a nie gwarancją uzysku.

PVGIS Komisji Europejskiej umożliwia oszacowanie średniej miesięcznej i rocznej produkcji instalacji PV podłączonej do sieci dla wskazanej lokalizacji. W symulacji można określić m.in. moc systemu, nachylenie i orientację modułów, technologię w uproszczonej kategorii oraz straty systemowe. PVGIS nie zastępuje projektu instalacji ani analizy indywidualnego zacienienia. ^[1]

Dane dotyczące zasobów promieniowania słonecznego i ich zmienności w Polsce udostępnia również IMGW-PIB w Atlasie Energetyki Solarnej oraz Atlasie warunków solarnych. ^[2]

Temperatura modułu a moc chwilowa

Temperatura ma realny wpływ na pracę krzemowych modułów PV. Parametry znamionowe modułu są mierzone w warunkach STC, czyli przy natężeniu promieniowania 1000 W/m², widmie AM1.5 oraz temperaturze ogniwa wynoszącej 25°C.

Wraz ze wzrostem temperatury ogniwa spada napięcie, a w konsekwencji również moc modułu. W upalny dzień temperatura powierzchni i ogniw może być znacząco wyższa niż temperatura powietrza, szczególnie przy słabym wietrze oraz montażu ograniczającym wentylację od spodu.

Współczynnik temperaturowy Pmax

W karcie katalogowej modułu znajduje się współczynnik temperaturowy mocy maksymalnej, oznaczany zwykle jako Pmax. Dla wielu nowoczesnych modułów krzemowych wynosi on w przybliżeniu od -0,25%/°C do -0,40%/°C, ale należy zawsze sprawdzić wartość dla konkretnego modelu.

Ten przykład pokazuje wpływ temperatury na moc chwilową przy założeniu identycznego napromienienia. Nie oznacza, że zimą instalacja produkuje więcej energii niż latem. Zimowe ograniczenia to przede wszystkim krótszy dzień, niższe położenie Słońca i częstsze zachmurzenie.

Śnieg na panelach: odśnieżać czy czekać?

Pokrywa śnieżna na module może silnie ograniczyć, a przy pełnym zasypaniu niemal całkowicie zatrzymać jego produkcję. Nie oznacza to jednak, że samodzielne odśnieżanie paneli na dachu jest dobrym rozwiązaniem.

Dlaczego należy zachować ostrożność?

1. Ryzyko upadku: wejście na ośnieżony lub oblodzony dach wymaga doświadczenia, odpowiedniego sprzętu i zabezpieczenia przed upadkiem z wysokości.
2. Ryzyko uszkodzenia modułu: metalowe łopaty, skrobaki i twarde szczotki mogą zarysować szkło, uszkodzić powłoki lub wywołać punktowy nacisk na moduł.
3. Ograniczona korzyść energetyczna: zimą dostępne promieniowanie i długość dnia są ograniczone, dlatego wartość energii możliwej do odzyskania w krótkim okresie może nie rekompensować ryzyka.
4. Samoistne zsuwanie śniegu: na odpowiednio nachylonych modułach śnieg często zsuwa się wraz ze zmianą temperatury, nasłonecznienia i właściwości pokrywy śnieżnej. Tempo tego procesu zależy od kąta nachylenia, rodzaju śniegu, wiatru i warunków pogodowych.

Nie należy zakładać, że główną przyczyną odśnieżania modułu jest ciepło wynikające z przepływu prądu. Zasypany panel wytwarza bardzo mało energii. Jeśli odśnieżanie jest niezbędne z przyczyn technicznych lub bezpieczeństwa, powinno odbywać się zgodnie z instrukcją producenta i z zachowaniem zasad pracy na wysokości.

Śnieg zsuwający się z modułów może spaść nagle. Warto uwzględnić to przy planowaniu przejść, wejść do budynku, miejsc postojowych, rynien oraz stref, w których przebywają domownicy.

Śnieg, albedo i moduły bifacjalne

Śnieg dobrze odbija promieniowanie słoneczne. To zjawisko, nazywane wysokim albedo, może zwiększyć produkcję modułów bifacjalnych, które wykorzystują światło padające zarówno na przednią, jak i tylną stronę ogniw.

• Trawa i gleba: zwykle odbijają stosunkowo niewielką część promieniowania.
• Ciemne pokrycia dachowe: charakteryzują się niskim albedo.
• Świeży śnieg: może odbijać znaczną część promieniowania, zwiększając ilość światła docierającą do tylnej strony modułu.

Skala dodatkowego uzysku z modułów bifacjalnych zależy od wysokości montażu, prześwitu pod modułem, rodzaju podłoża, odległości między rzędami, zacienienia tylnej strony i geometrii konstrukcji. Wyraźniejszy efekt jest możliwy w instalacjach gruntowych, na carportach lub konstrukcjach podwyższonych niż w typowej instalacji dachowej, w której tylna strona modułu znajduje się blisko połaci dachu.

Nie należy zatem zakładać jednego, stałego „bifacial gain” dla każdej instalacji. Wynik powinien być określony w symulacji projektowej uwzględniającej warunki konkretnej konstrukcji.

Fotowoltaika i pompa ciepła zimą

W sezonie grzewczym zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła często rośnie wtedy, gdy produkcja PV jest najniższa. W wielu domach instalacja fotowoltaiczna nie pokryje bieżącego poboru pompy ciepła w całości podczas mroźnego i pochmurnego dnia.

Skala różnicy zależy od standardu energetycznego budynku, temperatury zewnętrznej, parametrów pompy, sposobu ogrzewania, przygotowania ciepłej wody użytkowej, liczby mieszkańców oraz mocy i orientacji instalacji PV. Sama powierzchnia domu nie pozwala rzetelnie oszacować zimowego zużycia energii.

• Net-billing i depozyt prosumencki: wartość energii wprowadzonej do sieci jest ewidencjonowana na depozycie prosumenckim zgodnie z zasadami określonymi w ustawie o odnawialnych źródłach energii. Depozyt może służyć do rozliczania zobowiązań z tytułu zakupu energii elektrycznej. Nie jest fizycznym magazynem energii ani rozliczeniem kWh za kWh. ^[3]
• Sterowanie zużyciem: autokonsumpcję można zwiększać, uruchamiając przygotowanie c.w.u. lub wybrane tryby pracy pompy w okresach produkcji PV.
• SG Ready i system zarządzania energią: interfejs SG Ready umożliwia sterowanie wybranymi funkcjami pompy ciepła, ale nie oznacza automatycznie bezpośredniej komunikacji każdego falownika z każdą pompą. Sygnał może pochodzić z systemu EMS/HEMS, dodatkowego regulatora, licznika energii albo kompatybilnego falownika. Zależy to od dokumentacji obu urządzeń i sposobu wykonania instalacji.

W dobrze zaprojektowanym systemie sterowanie powinno podnosić wykorzystanie własnej produkcji bez nadmiernego pogarszania komfortu mieszkańców i bez pracy urządzeń poza zaleceniami ich producentów.

Jak ograniczyć zimowe straty uzysku?

1. Zaprojektuj poprawny string: liczba modułów, ich napięcie i prąd muszą odpowiadać parametrom wejściowym falownika. Przy niskiej temperaturze napięcie obwodu otwartego modułów rośnie, dlatego projekt nie może przekroczyć maksymalnego napięcia DC falownika. Przy wysokiej temperaturze napięcie w punkcie mocy maksymalnej spada, więc string musi pozostawać w zakresie MPPT. Niskie napięcie startowe może pomóc falownikowi rozpocząć pracę przy słabym świetle, ale nie zastąpi poprawnego projektu ani odpowiedniego napromienienia.
2. Ogranicz zacienienie: przed montażem przeanalizuj cień od kominów, drzew, sąsiednich budynków oraz elementów dachu. Zimą długie cienie mogą istotnie wpływać na produkcję.
3. Dobierz układ modułów do dachu: przy różnych połaciach lub częściowym cieniu rozważ odpowiedni podział na niezależne MPPT. Optymalizatory i mikroinwertery warto oceniać indywidualnie, porównując ich funkcje, koszt i warunki gwarancji.
4. Zadbaj o geometrię instalacji: dla instalacji gruntowych i dachów płaskich kąt nachylenia, odległości między rzędami oraz wysokość konstrukcji wpływają na zimowe zacienienie, zsuwanie śniegu i dostęp światła do modułów.
5. Monitoruj produkcję: porównuj uzysk z prognozą dla swojej instalacji i analizuj nagłe spadki. Mogą wskazywać na śnieg, zacienienie, zabrudzenie, problem z falownikiem lub usterkę połączeń.

Najczęściej zadawane pytania

Czy fotowoltaika produkuje energię w nocy przy świetle Księżyca?

Światło Księżyca jest odbitym światłem słonecznym o bardzo małym natężeniu. Ogniwo PV może wytworzyć pod jego wpływem śladowy sygnał elektryczny, ale jest on praktycznie nieużyteczny. Zwykle nie zapewnia mocy potrzebnej do rozpoczęcia pracy falownika ani do zasilania urządzeń domowych.

Czy deszcz myje panele fotowoltaiczne?

Deszcz może usunąć luźny kurz i część powierzchniowych zabrudzeń, szczególnie na modułach zamontowanych pod kątem. Nie zawsze usuwa jednak ptasie odchody, osady mineralne, tłuste zabrudzenia lub silnie przylegający brud. Stan instalacji warto oceniać wizualnie oraz na podstawie danych z monitoringu.

Jeżeli moduły wymagają czyszczenia, należy stosować się do instrukcji producenta. Nie używaj agresywnych detergentów, narzędzi mogących zarysować szkło ani metod wymagających ryzykownego wejścia na dach.

Czy falownik może być zasypany śniegiem?

Stopień ochrony IP65 lub IP66 oznacza odporność urządzenia na pył i wodę w warunkach określonych przez normę, jeżeli konkretny model ma taką klasę IP. Nie oznacza jednak, że falownik można przykrywać śniegiem lub ograniczać jego wentylację. Zachowaj wolną przestrzeń wokół urządzenia i stosuj się do instrukcji producenta dotyczącej montażu, temperatury pracy oraz chłodzenia.

Czy niższa temperatura zwiększa produkcję zimą?

Niska temperatura może zwiększać moc chwilową chłodnego modułu, jeżeli dociera do niego odpowiednio dużo promieniowania. Zimą całkowity uzysk pozostaje jednak zazwyczaj niższy niż latem, ponieważ dzień jest krótszy, a Słońce znajduje się niżej nad horyzontem.

Źródła i dokumenty

1. Komisja Europejska, Joint Research Centre: PVGIS — Grid-connected PV — narzędzie i opis metody szacowania średniej miesięcznej oraz rocznej produkcji energii w instalacjach PV podłączonych do sieci.
2. IMGW-PIB: Atlas Energetyki Solarnej AES-PL — dane dotyczące zasobów promieniowania słonecznego oraz ich przestrzennej i czasowej zmienności w Polsce.
3. ISAP: Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii — podstawy prawne rozliczeń prosumentów i depozytu prosumenckiego.
4. IMGW-PIB: Atlas warunków solarnych — mapy promieniowania całkowitego i bezpośredniego dla Polski.

Rzeczywista produkcja instalacji PV może różnić się od symulacji. Wpływają na nią m.in. lokalna pogoda, zacienienie, orientacja i nachylenie modułów, temperatura, zabrudzenia, śnieg, straty przewodów, parametry falownika oraz jakość wykonania instalacji. Wymagania montażowe, parametry modułów i falownika należy zawsze sprawdzać w aktualnej dokumentacji producenta.