Wpływ warunków atmosferycznych na pracę modułów fotowoltaicznych

• Autorzy: Janowicz Weronika , Mika Hanna , Woźniak Angelika , Pomorski Michał

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2023.3.2

Warianty tytułu

EN

The influence of weather conditions on performance of photovoltaic modules

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono przegląd głównych czynników atmosferycznych tj. natężenia promieniowania słonecznego, temperatury otoczenia, wiatru, opadów atmosferycznych i zanieczyszczeń oraz ich wpływ na efektywność pracy modułów fotowoltaicznych wykonanych w różnych technologiach. Zaprezentowano wybrane modele służące do określania temperatury ogniwa będącej funkcją temperatury otoczenia, natężenia promieniowania i prędkości wiatru. Na podstawie kilku modeli określono wpływ danego czynnika atmosferycznego na temperaturę ogniwa. Zaobserwowano, że zmiana temperatury otoczenia wpływa na temperaturę ogniwa w sposób liniowy, i oceniono, że zwiększenie temperatury otoczenia o 1ºC wpływa na podwyższenie temperatury ogniwa również o około 1ºC. Natężenie promieniowania słonecznego również ma liniowy wpływ na zmianę temperatury ogniwa, a jego wzrost o 100 W/m² powoduje zwiększenie temperatury ogniwa w przedziale 1,75-3,1ºC w zależności od obranego modelu. Wpływ wiatru na temperaturę ogniw nie jest liniowy i dodatkowo jest czynnikiem atmosferycznym, który powoduje pozytywny wpływ na temperaturę ogniwa, a wraz ze zwiększeniem jego prędkości o 1 m/s średni spadek temperatury ogniwa wynosił od 0,6 do 2ºC w zależności od analizowanego modelu, przy czym zazwyczaj większy spadek obserwowano przy mniejszych prędkościach wiatru. Określono również wpływ zmiany temperatury modułu na zmianę sprawności konwersji energii promieniowania słonecznego dla wybranych komercyjnie dostępnych modułów fotowoltaicznych. Zaobserwowano, że sprawność zmienia się liniowo wraz z temperaturą, a średni spadek sprawności w zależności od modelu wynosił od 0,68 do 0,73 pp. na każde 10ºC wzrostu temperatury modułu, dla natężenia promieniowania słonecznego wynoszącego 1000 W/m².

EN

This paper presents an analysis of the main weather conditions, meaning solar irradiance, ambient temperature, wind, rainfall, snow layer occurrence and pollution as well as their influence on efficiency of different kinds of solar modules. Mathematical models used to determine a solar cell temperature depending on the ambient temperature, solar irradiance and the speed of wind are presented. The impact of every factor on the photovoltaic cell temperature was established based on a few models. The results were as follows: ambient temperature affects cell temperature linearly, an increase of 1°C results in solar cell temperature’s rise of approximately 1°C. The linear dependency is also observed in influence of solar irradiance, a 100 W/m² increase causes a 1,75-3,1°C rise of a photovoltaic cell temperature, depending on the chosen model. The wind impact however is not linear and it is a weather factor causing a positive outcome for a solar cell temperature - by increasing wind speed by 1 m/s, the average decrease of the temperature of a solar cell was defined in a range from 0,6 to 2 degrees Celsius, depending on the model used to determine it and more significant decrease of temperature was observed with lower values of wind velocity. The impact of temperature change of a PV module on change in solar energy conversion’s efficiency was determined for a chosen solar module available on the market. A linear dependency between efficiency and temperature was observed. An average decrease of efficiency depending on the photovoltaic panel ranged from 0,68 to 0,73 percentage point for every 10°C increase of module’s temperature in case of solar irradiance of 1000 W/m².

Słowa kluczowe

PL

ogniwo fotowoltaiczne; temperatura ogniwa; warunki atmosferyczne; sprawność

EN

photovoltaic cell; solar cell temperature; weather conditions; efficiency

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 3
• Strony: 16--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Janowicz Weronika

• Wydział Mechaniczno-Energetyczny, Politechnika Wrocławska

autor

Mika Hanna

• Wydział Mechaniczno-Energetyczny, Politechnika Wrocławska

autor

Woźniak Angelika

• Wydział Mechaniczno-Energetyczny, Politechnika Wrocławska

autor

Pomorski Michał

• Katedra Termodynamiki i Odnawialnych Źródeł Energii, Wydział Mechaniczno Energetyczny, Politechnika Wrocławska

• https://orcid.org/0000-0003-4939-1017

Bibliografia

• [1] Informacja statystyczna o energii elektrycznej, Biuletyny miesięczne Agencji Rynku Energii S.A.
• [2] Pomorski M., Nemś A., Kolasiński P., Malecha Z., Chorowski M., Analiza wpływu magazynowania energii elektrycznej na opłacalność prosumenckiej mikroinstalacji fotowoltaicznej. Instal. 2022, nr 9, s. 26-32, DOI:10.36119/15.2022.9.2
• [3] Ćwikłowska A., Michalski M., Pomorski M., Influence of module temperature on the operating parameters of photovoltaic modules, Instal, nr 6, 16-20, 2022, doi: 10.36119/15.2022.6.2.
• [4] Marszałek K., Dyndał K., Lewińska G., Fotowoltaika, AGH, 2021
• [5] Matuszczyk P., Popławski T., Flasza J., Wpływ natężenia promieniowania słonecznego i temperatury modułu na wybrane parametry i moc znamionową paneli fotowoltaicznych, Przegląd Elektrotechniczny, vol. 1, no. 12. pp. 161-164, 2015, doi: 10.15199/48.2015.12.40
• [6] https://fotowoltaika.bruk-bet.pl/do-pobrania/
• [7] https://www.sunbenefit.pl/do-pobrania/moduly/
• [8] de Oliveira Santos L., de Carvalho P. C. M., de Oliveira Carvalho Filho, Photovoltaic Cell Operating Temperature Models: A Review of Correlations and Parameters, IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 12, no. 1, pp. 179-190, 2022, doi: 10.1109/JPHOTOV.2021.3113156.
• [9] Głuchy D., Kurz D., Trzmiel G., Wpływ wiatru i śniegu na instalacje fotowoltaiczne w Polsce, Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering, (74), 253-260, 2013
• [10] Figura R., Zientarski W., Analiza parametrów pracy modułu fotowoltaicznego, Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe, R. 17 nr 12, 602-611, 2016
• [11] Lichograj P., Zdyb A., Wpływ nasłonecznienia i wiatru na działanie krzemowych modułów polikrystalicznych, Inżynieria Ekologiczna, (50), 58-62, 2016
• [12] Kazem H. A., Chaichan M. T., Al-Waeli A. H., Sopian K. B., Effect of dust and cleaning methods on mono and polycrystalline solar photovoltaic performance: An indoor experimental study, Solar Energy, 236 (2022), 626-643, DOI:10.1016/j.solener.2022.03.009
• [13] Kazem H. A., Chaichan M. T., Al-Waeli A. H., Al-Badi R., Fayad M. A., Gholami A., Dust impact on photovoltaic/thermal system in harsh weather conditions, Solar Energy, 245 (2022), 308-321, DOI:10.1016/j.solener.2022.09.012
• [14] Gholami A., Ameri M., Zandi M., Gavagzas-Ghoachani R., Eslami S., Pierfederici S., Photovoltaic potential assessment and dust impacts on photovoltaic systems in Iran: Review Paper, IEEE Journal of Photovoltaics, 10 (3), 2020, 824-836, DOI:10.1109/JPHOTOV.2020.2978851
• [15] Del Pero C., Aste N., Leonforte F., The effect of rain on photovoltaic systems, Renewable Energy, 179 (5), 2021, 1803-1814, DOI:10.1016/j.renene.2021.07.130
• [16] Simsek E., Williams M. J., Pilon L., Effect of dew and rain on photovoltaic solar cell performances, Solar Energy Materials and Solar Cells, 222 (5): 110908, 2021, DOI:10.1016/j.solmat.2020.110908
• [17] Pawluk R. E., Chen Y., She Y., Photovoltaic electricity generation loss due to snow - A literature review on influence factors, estimation, and mitigation, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 107: 171-182, 2019, DOI:10.1016/j.rser.2018.12.031

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).