Zimą zainteresowanie wydajnością instalacji fotowoltaicznych wyraźnie rośnie. Krótkie dni, częste zachmurzenie i ujemne temperatury sprawiają, że wielu właścicieli systemów PV zaczyna kwestionować sens inwestycji. Spada produkcja energii, autokonsumpcja maleje, a pobór prądu z sieci rośnie. Pojawia się więc pytanie – czy fotowoltaika w ogóle działa zimą w sposób użyteczny, czy jest to technologia skrojona wyłącznie pod letnie miesiące?
Odpowiedź nie jest ani czarno-biała, ani intuicyjna. Zima rzeczywiście oznacza niższą produkcję energii, ale przyczyny tego stanu rzeczy są często błędnie interpretowane. Co więcej, niska temperatura sama w sobie jest dla paneli zjawiskiem korzystnym.
Temperatura a sprawność ogniw fotowoltaicznych
Ogniwa krzemowe reagują na temperaturę w sposób odwrotny, niż mogłoby się wydawać. Im wyższa temperatura pracy ogniwa, tym niższe jego napięcie i niższa sprawność konwersji energii słonecznej na energię elektryczną.
Warunki testowe STC, w których określa się moc znamionową paneli, zakładają temperaturę ogniwa na poziomie 25 stopni Celsjusza. Tymczasem w letni, bezchmurny dzień powierzchnia panelu na dachu może nagrzewać się do 60-70 stopni. Taka różnica temperatur powoduje spadek mocy nawet o kilkanaście lub kilkadziesiąt procent względem wartości katalogowej.
Zimą sytuacja wygląda odwrotnie. Przy temperaturach bliskich zera lub ujemnych napięcie generowane przez ogniwa rośnie, a sprawność konwersji poprawia się. Oczywiście nie oznacza to, że zimą panele produkują więcej energii niż latem, ale sam mróz nie jest czynnikiem ograniczającym pracę instalacji.
Nowoczesne moduły fotowoltaiczne są projektowane do bezpiecznej pracy w temperaturach rzędu -40 stopni Celsjusza. Ujemne temperatury nie powodują degradacji ogniw ani nie skracają ich żywotności.
Dlaczego zimą produkcja spada mimo korzystnej temperatury
Kluczowym ograniczeniem zimowej produkcji nie jest chłód, lecz ilość dostępnego promieniowania słonecznego.
W Polsce długość dnia w czerwcu przekracza 16 godzin, natomiast w grudniu spada do około 8 godzin. Oznacza to dwukrotnie krótsze okno czasowe na generację energii.
Drugim elementem jest niskie położenie słońca nad horyzontem. Promienie padają pod ostrzejszym kątem, muszą przejść przez grubszą warstwę atmosfery i docierają do powierzchni ziemi z mniejszą intensywnością. Dodatkowo rośnie udział zacienień powodowanych przez budynki, drzewa i elementy krajobrazu.
W efekcie w miesiącach zimowych instalacja o mocy 1 kWp produkuje często jedynie 20-40 kWh energii, podczas gdy w miesiącach letnich ta sama instalacja generuje 200-240 kWh.
To różnica rzędu dziesięciu razy.
Sezonowość jako cecha wpisana w fotowoltaikę
Fotowoltaika jest technologią silnie sezonową. Zdecydowana większość rocznej produkcji przypada na okres od wiosny do wczesnej jesieni. W polskich warunkach około 70-80 procent energii powstaje między kwietniem a wrześniem.
Zimą instalacja nadal pracuje, ale pełni raczej rolę uzupełniającą niż podstawową. Z punktu widzenia opłacalności kluczowy staje się więc bilans roczny, a nie pojedyncze miesiące.
Jeżeli system został poprawnie dobrany do zapotrzebowania budynku, letnie nadwyżki energii kompensują zimowe niedobory.
Śnieg na panelach – realny wpływ na produkcję
Pokrywa śnieżna ogranicza dopływ światła do ogniw, a przy całkowitym zasypaniu modułu produkcja praktycznie zanika. Wbrew obawom nie jest to jednak zjawisko długotrwałe.
Panele montuje się zazwyczaj pod kątem 25-40 stopni. Taki spadek sprawia, że po ustaniu opadów i przy pierwszym nasłonecznieniu śnieg zaczyna się samoistnie zsuwać. Dodatkowo moduły w trakcie pracy lekko się nagrzewają, co przyspiesza ten proces.
W skali roku straty energii spowodowane zalegającym śniegiem wynoszą zazwyczaj kilka procent.
Czy warto odśnieżać instalację
Ręczne usuwanie śniegu bywa kuszące, ale wiąże się z ryzykiem.
Powierzchnia panelu pokryta jest hartowanym szkłem z powłoką antyrefleksyjną. Nieprawidłowe narzędzia lub zbyt agresywne czyszczenie mogą powodować mikrozarysowania i mikropęknięcia, które w dłuższym czasie przyczyniają się do degradacji modułu.
Drugim aspektem jest bezpieczeństwo osób pracujących na dachu w warunkach zimowych.
W praktyce, przy instalacjach dachowych, najrozsądniejszym rozwiązaniem jest pozostawienie śniegu do naturalnego zsunięcia.
Zachmurzenie i światło rozproszone
Ogniwa fotowoltaiczne nie wymagają bezpośredniego nasłonecznienia, aby produkować energię. Reagują również na światło rozproszone, które dociera do powierzchni ziemi przez chmury.
Podczas pełnego zachmurzenia produkcja może spaść do 10-30 procent wartości osiąganych przy bezchmurnym niebie, ale nie spada do zera. Każdy jasny dzień zimowy oznacza pewien poziom generacji energii.
Moc katalogowa a rzeczywista praca paneli
Wielu użytkowników porównuje zimową produkcję z mocą podaną na tabliczce znamionowej paneli, co prowadzi do rozczarowań.
Moc znamionowa określana jest w warunkach laboratoryjnych. W rzeczywistości panele pracują w tzw. warunkach NOCT, które lepiej odzwierciedlają realne środowisko pracy.
Typowo oznacza to, że rzeczywista chwilowa moc modułu jest o kilkanaście do kilkudziesięciu procent niższa od wartości katalogowej. Zimą różnica ta dodatkowo pogłębia się przez niską intensywność promieniowania.
Roczny bilans energetyczny jako klucz do opłacalności
Przeciętna instalacja fotowoltaiczna w Polsce produkuje rocznie około 950-1100 kWh energii z każdego zainstalowanego kilowata mocy.
Choć zimą udział produkcji jest niewielki, suma energii z całego roku pozwala znacząco obniżyć rachunki za prąd.
W systemach przyłączonych do sieci nadwyżki letnie są oddawane do operatora i rozliczane w ramach net-billingu. Zimą użytkownik korzysta z energii pobranej z sieci, finansowanej częściowo ze środków uzyskanych za sprzedaż letnich nadwyżek.
Mechanizm ten sprawia, że nawet przy niskiej zimowej produkcji instalacja pozostaje ekonomicznie uzasadniona.
Kąt nachylenia i orientacja paneli
Standardowe nachylenie 30-35 stopni jest kompromisem między warunkami letnimi i zimowymi. Zwiększenie kąta poprawiłoby uzyski zimowe, ale jednocześnie obniżyłoby produkcję latem.
W praktyce stałe ustawienie modułów okazuje się najbardziej racjonalnym rozwiązaniem dla instalacji dachowych.
Fotowoltaika zimą w szerszym systemie energetycznym
Coraz częściej instalacje PV funkcjonują jako element większego ekosystemu.
Połączenie fotowoltaiki z magazynem energii, pompą ciepła i inteligentnym sterowaniem zużyciem pozwala lepiej wykorzystywać każdą wyprodukowaną kilowatogodzinę.
Zimą oznacza to ograniczenie poboru prądu w godzinach szczytu i większą stabilność energetyczną gospodarstwa domowego.
Podsumowanie
Fotowoltaika zimą działa. Nie w takiej skali jak latem, ale stabilnie i przewidywalnie.
Mróz nie niszczy paneli i nie obniża ich sprawności. Prawdziwym ograniczeniem jest ilość światła słonecznego oraz krótki dzień.
Opłacalność instalacji należy oceniać w skali roku, a nie pojedynczych miesięcy. Przy poprawnym doborze mocy i rozsądnym modelu rozliczeń fotowoltaika pozostaje jednym z najskuteczniejszych sposobów obniżania kosztów energii również w polskich warunkach klimatycznych.