Fale upałów nawiedzające Europę coraz częściej zwracają uwagę na problem, który towarzyszy fotowoltaice od lat: obfite nasłonecznienie może jednocześnie wypychać temperaturę modułów PV powyżej poziomu, przy którym pracują one najefektywniej. Moduły krzemowe tracą zwykle od 0,4% do 0,65% wydajności na każdy stopień Celsjusza powyżej 25 C.
Hiszpański przykład spadku produkcji
Šarūnas Stanaitis, dyrektor generalny firmy technologicznej Inion Software, przywołuje dane operacyjne z elektrowni słonecznych w kilku krajach Europy. Jak wskazuje, w okresach ekstremalnych upałów generacja była niższa. Podczas fali upałów w Hiszpanii między 20 a 30 czerwca jedna z monitorowanych instalacji wyprodukowała 20 czerwca 1,26 MWh, podczas gdy kilka dni wcześniej wynik oscylował w granicach 1,4–1,6 MWh.
Koszt główną barierą
Spencer Kong z chińskiego producenta modułów Aiko zwraca uwagę, że klienci coraz większą wagę przywiązują do bezpieczeństwa termicznego i jakości modułów w związku z rosnącą liczbą fal upałów. Mimo szeroko zakrojonych badań największą przeszkodą w upowszechnieniu zarządzania ciepłem w komercyjnych elektrowniach PV pozostaje jednak cena.
Systemy pasywne i aktywne
Technologie chłodzenia można podzielić na dwie grupy. Rozwiązania pasywne – żebra, radiatory, hydrożele, materiały zmiennofazowe czy powłoki – odprowadzają ciepło bez dostarczania energii. Systemy aktywne wykorzystują pompy, wentylatory lub inne urządzenia do cyrkulacji powietrza bądź cieczy.
Sakhr Mohammed Sultan Al-Shaibani z Instytutu Badań nad Energią Słoneczną przy Narodowym Uniwersytecie Malezji, współautor naukowego przeglądu technologii chłodzenia, podkreśla, że rozwiązania aktywne i hybrydowe pozwalają uzyskać większe obniżenie temperatury, a w sprzyjających warunkach także wyższą produkcję energii. Inteligentne sterowanie może dodatkowo poprawić ich działanie, uruchamiając pompy lub wentylatory tylko wtedy, gdy chłodzenie przynosi wymierną korzyść.
„Systemy pasywne i możliwe do modernizacji mają przewagę, ponieważ wymagają niewiele lub wcale dodatkowej energii, a zwykle składają się z mniejszej liczby elementów i wymagają niższej obsługi” – tłumaczy Al-Shaibani.
Inteligentny zraszacz i hydrożele
Zespół naukowców z algierskiego Uniwersytetu Kasdi Merbah opracował inteligentny system zraszania wodą, który włącza się po przekroczeniu ustalonego progu temperatury modułu. Po kilku dniach testów poprawił on wydajność modułu nawet o 28,8% (w ujęciu względnym), obniżając jego temperaturę o ponad 20 C. Współautor badań Mahmoud Bourouis zaznacza jednak, że konieczne są dalsze prace nad długoterminowym wpływem jakości wody na szkło PV – w tym nad osadzaniem się minerałów i zabrudzeniami – a także nad trwałością pomp i dysz.
Inną drogą są hydrożele pochłaniające wodę i uwalniające ją przez parowanie w miarę nagrzewania się modułu. W testach laboratoryjnych lekki hydrożel opracowany w tajlandzkim Instytucie Nauki i Technologii Vidyasirimedhi obniżył temperaturę ogniw o 23 C i zwiększył wydajność o 12,3%. Twórcy – Pichaya Pattanasattayavong, Daniel Crespy i Jutamas Sukaim – dostosowali formułę i zastosowali szkielet strukturalny, wydłużając uwalnianie wody z 2,5 do czterech godzin w stałej temperaturze 70 C. Żel utrzymuje wodę przez cały dzień i uzupełnia ją nocą z wilgoci atmosferycznej.
Gdzie leży prawdziwy biznes
Jeff Newmiller z firmy DNV Group zauważa, że rozwiązania zwiększające napromieniowanie zwykle dają więcej mocy, niż odbiera jej towarzyszący wzrost temperatury. Jego zdaniem funkcja chłodzenia, która nie przekona projektantów, finansujących i konsultantów, zwykle nie trafia do realizacji.
Najmocniejszy biznesplan mają więc systemy oferujące dodatkowe korzyści. Niemiecki producent Sunmaxx w modułach PVT odbiera ciepło z paneli i wykorzystuje je w instalacjach z pompami ciepła. Naukowcy z FH Aachen opracowali z kolei sterowany temperaturą system zraszania dla fotowoltaiki pływającej. Nico Oellers, współtwórca rozwiązania razem z Joachimem Göttsche, wskazuje, że prawdziwa wartość tkwi w połączonych funkcjach – jeśli system dodatkowo czyści moduły, usuwa śnieg i pełni funkcję przeciwpożarową, jego opłacalność nie zależy już tylko od zysku z chłodzenia. Wstępne testy sugerują, że regularne zraszanie odstrasza ptaki i ogranicza zabrudzenia na instalacjach pływających.
Źródło: pv magazine EN
