Temperatura paneli fotowoltaicznych: dlaczego liczy się szczelina pod modułami

Każdego lata powtarza się ta sama scena. Słońce praży, dach wygląda na idealne miejsce do produkcji, a w aplikacji monitoringu widnieje dzień słabszy niż chłodniejszy i bardziej pochmurny dzień w maju. Większość właścicieli wzrusza ramionami i zrzuca winę na upał. Mają rację połowicznie. Ciepło rzeczywiście kosztuje moc i żaden produkt tego nie zmieni. Ale istotna część ciepła zgromadzonego w instalacji dachowej nie pochodzi z pogody — to uwięzione powietrze w przestrzeni kilku centymetrów, do której nikt nie zaglądał od dnia uruchomienia.

Wszystko poniżej dotyczy dachów skośnych z wyraźnie zdefiniowaną dolną krawędzią modułu, bo do takich zastosowań przeznaczony jest PV Protector®. Instalacje na dachach płaskich z balastem, farmy gruntowe i agrofotowoltaika zachowują się termicznie inaczej i nie są przedmiotem tego artykułu.

Temperatura paneli fotowoltaicznych: dwa mnożniki

Pojęcie temperatura paneli fotowoltaicznych obejmuje w rzeczywistości dwa odrębne zjawiska, a właściciele instalacji myślą zwykle tylko o pierwszym.

Pierwszym jest fizyka ogniwa. Krzem traci moc wraz ze wzrostem temperatury. Opracowanie PVEducation na temat wpływu temperatury na ogniwa słoneczne szacuje spadek mocy maksymalnej na poziomie około 0,4–0,5 % na każdy °C dla krzemu. Dla konkretnych modułów wiążąca wartość znajduje się w karcie katalogowej: to współczynnik temperaturowy Pmax. Nowoczesne moduły mają zwykle wartość korzystniejszą niż ogólna wartość podawana dla samego ogniwa. Wystarczy sprawdzić raz, bo to właśnie ten współczynnik zamienia stopnie w utracone kilowatogodziny.

Drugim czynnikiem jest temperatura, którą moduł faktycznie osiąga. Nie jest to temperatura powietrza ani wartość wyznaczona wyłącznie przez pogodę. Moduł w powietrzu o temperaturze 30 °C nie jest modułem o temperaturze 30 °C. Pochłania promieniowanie, zamienia jego część na energię elektryczną, a resztę oddaje jako ciepło przez szybę i przez tylną powierzchnię. To, jak dobrze oddaje ciepło od tyłu, zależy wyłącznie od tego, czy powietrze może tam krążyć.

Właśnie na ten drugi czynnik można wpłynąć. I to on pogarsza się przez lata, gdy nikt nie patrzy.

Szczelina za modułami nie jest ozdobą

Szyny montażowe nie tylko trzymają moduły — trzymają je w oddaleniu od pokrycia dachu. Dzięki temu ciepłe powietrze unosi się za instalacją, a przy dolnej krawędzi napływa chłodniejsze. To komin, który działa, ponieważ jest otwarty z obu stron.

Skala tego zjawiska nie jest kwestią opinii. Szeroko stosowany model temperatury modułu opracowany przez Sandia National Laboratories szacuje temperaturę modułu na podstawie natężenia promieniowania, temperatury otoczenia i prędkości wiatru za pomocą współczynników dopasowanych empirycznie — i publikuje osobną parę współczynników dla każdego sposobu montażu. Dla modułu szkło-szkło model przyjmuje a = −3,47 i b = −0,0594 przy konstrukcji wolnostojącej oraz a = −2,98 i b = −0,0471 przy montażu blisko połaci.

Po zastosowaniu tych opublikowanych współczynników przy natężeniu 1000 W/m² i wietrze 1 m/s model umieszcza moduł wolnostojący około 29 °C powyżej temperatury otoczenia, a moduł zamontowany blisko połaci około 48 °C powyżej. Trzeba dodać dwa zastrzeżenia, w przeciwnym razie łatwo o nadużycie tej liczby. Po pierwsze: to wynik modelu opisujący całe klasy montażu, a nie pomiar wykonany na konkretnym dachu. Po drugie: nie mówi nic o gniazdach ptaków. To, co wynika z tego publicznego i udokumentowanego źródła, to fakt, że swoboda ruchu powietrza za modułem jest zmienną pierwszego rzędu dla jego temperatury pracy — przy tym samym słońcu i tego samego dnia.

Jak w ten obraz wpisuje się gniazdo

Gniazdo nie powstaje w przypadkowym miejscu. Ptaki wybierają ciepłą, osłoniętą i bezwietrzną wnękę pod dolną krawędzią instalacji właśnie dlatego, że jest ciepła, osłonięta i bezwietrzna — czyli wybierają dokładnie tę objętość, którą konstrukcja stworzyła dla wentylacji.

Kierunek oddziaływania nie budzi wątpliwości. Materiał gniazdowy, pióra i nagromadzone odchody zajmują tylną szczelinę powietrzną, a wszystko, co ją zajmuje, ogranicza ruch powietrza, na który instalacja została zaprojektowana. Nikt natomiast nie poda uczciwie liczby. Nie istnieje opublikowany pomiar w rodzaju „gniazdo podnosi temperaturę modułu o X °C”, ponieważ odpowiedź zależy od ilości ubitego materiału, jego położenia, wielkości instalacji, kąta nachylenia dachu i wiatru danego popołudnia. Kto podaje precyzyjną wartość, ten szacuje.

Można natomiast rozumować o tym, gdzie efekt się koncentruje. Zatkanie rzadko jest równomierne. Jeden lub dwa moduły bezpośrednio nad zadomowionym gniazdem znajdują się nad zablokowaną wnęką, podczas gdy reszta instalacji oddycha normalnie — a to daje raczej lokalne ognisko ciepła niż równomierny spadek w całym systemie. Dlatego pojedynczy string trwale odstający od sąsiednich zasługuje na sprawdzenie, a nie na machnięcie ręką. Które gatunki najczęściej zajmują tę przestrzeń, opisujemy w artykule o ptakach na panelach fotowoltaicznych.

Usunięcie gniazda to najpierw kwestia prawna

To punkt, który zaskakuje właścicieli, i powód, dla którego „wejdźmy na dach i wyczyśćmy” jest złą radą.

Na poziomie unijnym dyrektywa 2009/147/WE, zwana dyrektywą ptasią, ustanawia ogólny system ochrony dziko występujących gatunków ptaków, obejmujący zakaz umyślnego niszczenia lub uszkadzania gniazd i jaj. Każde państwo członkowskie wdraża te ramy do prawa krajowego, a w Polsce stosowanie przepisów w konkretnej sprawie prowadzi przez regionalną dyrekcję ochrony środowiska właściwą dla danego terenu.

W praktyce jedno pytanie zamienia się w trzy. Czy gniazdo jest zajęte? Jaki gatunek je zbudował — i czy w ogóle da się to ustalić z drabiny? Oraz co odpowiada właściwy organ na tym terenie?

Praktyczna zasada dla właściciela mieści się w dwóch zdaniach. Pusta wnęka to decyzja utrzymaniowa. Zajęte gniazdo to kwestia prawna, a bezpieczna odpowiedź brzmi: poczekać do końca okresu lęgowego i potwierdzić sprawę z właściwym organem, zanim ktokolwiek czegokolwiek dotknie. Przesunięcie półdniowej pracy kosztuje niewiele. Pomyłka co do gatunku kosztuje znacznie więcej.

Raz oczyścić, a potem utrzymać drożność

Oczyszczenie przywraca wentylację, ale nie sprawia, że wnęka przestaje być atrakcyjna. Ptaki wracają w miejsca, które się sprawdziły, a instalacja oczyszczona we wrześniu bez żadnej innej zmiany znów jest dostępna w marcu. W tej pętli utknęła większość właścicieli — każdy jej obrót oznacza kolejny koszt dostępu, kolejne lato z pogorszoną wentylacją i kolejne pytanie o dopuszczalny termin prac.

Cykl przerywa dopiero trwałe zamknięcie obwodu instalacji. PV Protector® robi to za pomocą trzech zaprojektowanych do tego elementów. Perimeter Segments są wykonane z HDPE ze stabilizatorami UV 944 i 622 i zamykają otwartą krawędź pod modułami; dostępne są w dwóch wysokościach: 150 mm (Standard) i 200 mm (Extended). C-Clips, formowane z PC+ABS stabilizowanego na UV, zatrzaskują segmenty na ramach modułów 30, 35 i 40 mm — bez narzędzi, bez wiercenia w ramie, a więc bez pytań o gwarancję modułu. Opaski Cable Ties z PA66 stabilizowanego na UV utrzymują segmenty na miejscu wzdłuż całej krawędzi. System objęty jest 10-letnią gwarancją zgodnie ze specyfikacją producenta i przeznaczony jest wyłącznie na dachy skośne z wyraźną dolną krawędzią modułu.

Zamysł konstrukcyjny liczy się tu tak samo jak lista materiałów: obwód zostaje zamknięty przed ptakami, a droga wentylacji pozostaje drogą wentylacji. Celem jest pusta wnęka, a nie uszczelniona spoina.

Co właściciel może sprawdzić bez wchodzenia na dach

Najbardziej użyteczna część diagnostyki odbywa się na ziemi albo przed ekranem.

- Porównywać porównywalne. Zestawcie pogodny dzień sierpnia z pogodnym dniem sierpnia z poprzedniego roku, a nie z majem. Różnica rok do roku przy podobnym nasłonecznieniu mówi znacznie więcej niż różnica sezonowa. - Szukać stringa, który odstaje. Równomierny letni spadek to pogoda. String trwale poniżej sąsiadów wskazuje na coś lokalnego: zacienienie, zabrudzenie albo zablokowaną wnękę. - Sfotografować okap z poziomu gruntu. Telefon na pełnym zoomie albo lornetka pokażą materiał gniazdowy, odchody i pióra przy dolnej krawędzi, bez konieczności wchodzenia na dach. - Obserwować linię dachu o świcie. Powtarzające się przyloty i odloty w tym samym punkcie to najwyraźniejszy sygnał, że wnęka jest zamieszkana, a nie tylko zabrudzona. - Zlecić badanie termowizyjne, jeśli dane pozostają nietypowe. Inspekcja w podczerwieni znajduje strefy ciepła, które monitoring jedynie sygnalizuje; jak takie działania mieszczą się w rocznym budżecie utrzymania, pokazujemy w analizie kosztów O&M. - Planować prace według sezonu, a nie według faktury. Okno na oczyszczenie i zamknięcie obwodu wyznacza lokalny kalendarz lęgowy; dlaczego warto zdążyć przed latem, opisaliśmy osobno.

Ciepło to fizyka, zatkana wnęka to decyzja

Sierpnia nie da się ochłodzić, a współczynnika temperaturowego modułów nie da się zmienić. Do rozstrzygnięcia pozostaje wyłącznie to, czy szczelina wentylacyjna, za którą zapłaciła konstrukcja montażowa, pozostanie drożna, czy przez dekadę cichych lat wypełni się materiałem gniazdowym. Pierwsze to klimat. Drugie to utrzymanie — i tylko ono się kumuluje, bo każdy rok z zajętą wnęką oznacza jednocześnie gorszą wentylację i odkładaną kwestię prawną.

Raz zinwentaryzujcie spód instalacji, oczyśćcie go we właściwym momencie sezonu i porządnie zamknijcie obwód — potem pytanie już nie wraca.

Aby dobrać ochronę przed ptakami dla instalacji na dachu skośnym lub omówić warunki dla instalatorów i dystrybutorów, skontaktujcie się z zespołem PV Protector®.