È convinzione comune tra gli utenti del fotovoltaico che le alte temperature e le lunghe ore di sole in estate aumentino la produzione di energia dell'impianto, e che più alta è la temperatura, maggiore è la produzione. Ma in realtà le centrali fotovoltaiche "temono il caldo" e "temono il freddo", le alte e le basse temperature estreme possono influire sulle prestazioni della produzione di energia fotovoltaica.
Perché la temperatura ha un impatto sul fotovoltaico
Il principio dei sistemi fotovoltaici consiste nello sfruttare l'effetto fotovoltaico prodotto dalla luce che colpisce un semiconduttore per convertire l'energia luminosa direttamente in elettricità. In generale, le buone condizioni di luce in estate producono più elettricità. Tuttavia, il caldo estremo è una storia diversa.
A causa delle caratteristiche termiche del modulo stesso, un aumento della temperatura comporta una perdita di potenza in uscita. In estate, quando la temperatura raggiunge i 35-40°C, il lato posteriore del modulo può raggiungere i 50-70°C e la temperatura della giunzione di lavoro delle celle nel modulo può anche superare gli 80°C. Quando si supera la temperatura di esercizio nominale, l'efficienza di conversione fotovoltaica diminuisce proporzionalmente, influenzando così l'efficienza di generazione dell'energia.
Prendiamo come esempio il coefficiente di temperatura della potenza del modulo fotovoltaico 0,4%/°C, la potenza di picco del modulo a 25°C è di 300W, quindi la perdita di potenza di picco a 80°C = 0,4%/°C * (80-25)°C = 22%, la potenza di picco in uscita = 300W * (1-22%) = 234W. Pertanto, si può notare che l'aumento della temperatura porterà a una grave perdita di potenza in uscita del modulo, mentre le altre condizioni rimangono invariate. Ciò significa che verrà generato il 22% di energia in meno.
Oltre alla perdita di efficienza, la temperatura influisce anche sulla stabilità a lungo termine della cella fotovoltaica. Le alte temperature possono accelerare la degradazione dei materiali utilizzati nelle celle, con conseguente riduzione della durata del sistema.
Quali aspetti del fotovoltaico sono influenzati dalla temperatura
1. Provoca una riduzione della potenza di uscita del modulo fotovoltaico
I moduli fotovoltaici hanno generalmente tre coefficienti di temperatura: tensione a circuito aperto, potenza di picco e corrente di corto circuito. Quando la temperatura aumenta, la potenza di uscita del modulo fotovoltaico diminuisce. Il coefficiente di temperatura di picco dei moduli FV è approssimativamente compreso tra -0,38 e 0,44%/°C, vale a dire che all'aumentare della temperatura diminuisce la potenza dei moduli FV. In teoria, per ogni grado di aumento della temperatura, la potenza dell'impianto fotovoltaico diminuisce di circa lo 0,44%.
In studi pratici, è stato dimostrato che le celle solari in silicio cristallino producono circa il 20% di energia in più a una temperatura di circa 20 gradi rispetto a 70 gradi. In altre parole, se il luogo in cui è installato l'impianto fotovoltaico presenta condizioni di luce media, ma la temperatura media annua è relativamente bassa, la sua produzione di energia è molto più elevata rispetto alle aree in cui la luce è troppo forte e la temperatura è troppo alta.
2. Incide sulla durata di vita dell'inverter e di altre parti.
Negli impianti fotovoltaici, i moduli fotovoltaici temono il calore e lo stesso vale per l'inverter. L'inverter è composto da molti componenti elettronici e i componenti principali generano calore durante il funzionamento. L'aumento della temperatura ha un grande impatto sulle prestazioni dei componenti dell'inverter; la temperatura ambiente della scatola del convertitore e dell'inverter in condizioni di alta temperatura, più il calore emesso dal funzionamento dell'apparecchiatura, è molto più alta della temperatura esterna e, senza un buon ambiente di dissipazione del calore, accelererà il decadimento e l'invecchiamento dei componenti elettronici dell'apparecchiatura in condizioni di funzionamento a quasi pieno carico.
3. La formazione di punti caldi influisce sulla durata dei componenti.
Le temperature locali eccessive possono produrre punti caldi che compromettono la durata del modulo fotovoltaico. L'effetto hot-spot danneggia in qualche misura le celle solari: una parte dell'energia generata dalle celle solari illuminate viene probabilmente consumata dalle celle ombreggiate; l'effetto hot spot nelle centrali fotovoltaiche porta direttamente a una riduzione del 30% della durata di vita dei moduli fotovoltaici, che a lungo andare può causare il fallimento del modulo.
Durante la stagione delle alte temperature, i moduli fotovoltaici sono ombreggiati da escrementi di uccelli, erbacce, foglie, ecc. e sono soggetti all'effetto hot spot, quando la temperatura locale dei moduli fotovoltaici può raggiungere oltre i 100°C. L'effetto hot spot riduce le prestazioni del modulo fotovoltaico, con conseguente perdita di potenza in uscita per l'intera stringa di moduli fotovoltaici.
Conclusione
La temperatura ha un impatto significativo sulle prestazioni e sulla stabilità degli impianti fotovoltaici. La temperatura ottimale dei moduli per la produzione di energia è di 24-25 gradi C. Anche se la radiazione solare è massima in luglio e agosto, la produzione di energia non è massima. I mesi di massima produzione di energia per gli impianti fotovoltaici domestici sono aprile e maggio.
È importante gestire questo effetto per massimizzare la produzione di energia e garantire l'affidabilità a lungo termine dell'impianto fotovoltaico. Comprendendo la relazione tra temperatura e prestazioni del fotovoltaico, è possibile adottare una serie di misure di manutenzione degli impianti fotovoltaici per ottimizzarne l'efficienza e l'efficacia, rendendoli una fonte di energia rinnovabile più interessante.
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