Gli utenti fotovoltaici tendono a ritenere che con l'aumento delle temperature estive e delle ore di sole, la produzione di energia degli impianti fotovoltaici aumenti. Tuttavia, in realtà, gli impianti fotovoltaici “temono il caldo” e “temono il freddo”: temperature estremamente alte o basse influenzano le prestazioni della produzione di energia.
Perché la temperatura influisce sul fotovoltaico
Il principio di funzionamento dei sistemi fotovoltaici consiste nell'utilizzare l'illuminazione per generare l'effetto fotovoltaico nei semiconduttori, trasformando direttamente l'energia luminosa in energia elettrica. In generale, buone condizioni di illuminazione in estate possono effettivamente generare più energia elettrica. Tuttavia, in condizioni di alta temperatura estrema, le cose cambiano.
A causa delle caratteristiche di temperatura dei moduli stessi, l'aumento della temperatura comporta una perdita di potenza di uscita. Durante l'estate, con temperature tra i 35 e i 40°C, la temperatura sul retro del modulo può raggiungere i 50-70°C, e la temperatura di lavoro delle celle all'interno del modulo può persino superare gli 80°C. Superando la temperatura di lavoro nominale, l'efficienza di conversione fotovoltaica diminuisce proporzionalmente, influenzando così l'efficienza della produzione di energia.
Prendendo come esempio il coefficiente di temperatura della potenza dei moduli fotovoltaici pari a 0,4%/°C, se il picco di potenza del modulo è di 300W a 25°C, la perdita di picco di potenza a 80°C sarà: 0,4%/°C * (80-25)°C = 22%. Di conseguenza, la potenza massima in uscita sarà: 300W * (1-22%) = 234W. Come si può vedere, l'aumento della temperatura porta a gravi perdite di potenza in uscita, il che significa che si produrrà il 22% in meno di energia, a parità di altre condizioni.
Oltre alla diminuzione dell'efficienza, la temperatura influisce anche sulla stabilità a lungo termine delle celle fotovoltaiche. Le alte temperature accelerano il degrado dei materiali utilizzati nelle celle, portando a una riduzione della durata del sistema.
Quali aspetti della produzione fotovoltaica sono influenzati dalla temperatura?
1. Riduzione della potenza in uscita dei moduli fotovoltaici
I moduli fotovoltaici generalmente hanno tre coefficienti di temperatura: tensione a circuito aperto, potenza di picco e corrente di cortocircuito. Con l'aumento della temperatura, la potenza in uscita dei moduli fotovoltaici diminuisce. Il coefficiente di temperatura di picco dei moduli fotovoltaici è di circa -0,38% a -0,44%/°C, il che significa che all'aumentare della temperatura, la produzione di energia diminuisce. Teoricamente, per ogni grado di aumento della temperatura, la produzione di energia degli impianti fotovoltaici diminuisce di circa lo 0,44%.
Studi di ricerca reali mostrano che le celle solari in silicio cristallino a una temperatura di circa 20°C producono circa il 20% in più di potenza rispetto a quando la temperatura è di 70°C. Ciò significa che se il sito di installazione dell'impianto fotovoltaico ha condizioni di illuminazione medie, ma una temperatura annuale media relativamente bassa, la produzione di energia sarà notevolmente superiore rispetto a aree con troppa luce solare e temperature elevate.
2. Impatto sulla vita utile degli inverter e di altri componenti
Nei sistemi fotovoltaici, i moduli temono il caldo, ma anche gli inverter. Gli inverter sono composti da numerosi componenti elettronici e durante il funzionamento i principali pezzi generano calore; quindi, l'aumento della temperatura influisce notevolmente sulle prestazioni dei componenti degli inverter. In condizioni di alta temperatura, la temperatura dell'armadietto e dell'inverter, combinata con il calore generato dal funzionamento dell'apparecchiatura, supera quella esterna. In condizioni di carico quasi massimo, se non vi è un buon ambiente di dissipazione del calore, ciò accelera l'invecchiamento e il degrado dei componenti elettronici all'interno dell'apparecchiatura.
3. Formazione dell'effetto hotspot che influisce sulla vita utile dei moduli
Temperature localmente elevate possono causare la formazione di hotspot, influenzando la vita dei moduli fotovoltaici. L'effetto hotspot può danneggiare le celle solari, in quanto parte dell'energia prodotta dalle celle in esposizione alla luce può essere consumata dalle celle coperte. Questo effetto porta a una riduzione della vita utile dei moduli fotovoltaici di circa il 30%. Nel lungo periodo, ciò può portare all'invalidamento dei moduli.
Durante la stagione calda, i moduli fotovoltaici possono essere ostruiti da escrementi di uccelli, erbacce, foglie, ecc., aumentando il rischio di hotspot, dove la temperatura locale dei moduli può superare i 100°C. L'effetto hotspot riduce le prestazioni dei moduli fotovoltaici e provoca una perdita di potenza in uscita dell'intera serie di moduli.
Conclusione
La temperatura ha un impatto significativo sulle prestazioni e sulla stabilità dei sistemi fotovoltaici. La temperatura ottimale di produzione dei moduli è di 24-25°C. Sebbene a luglio e agosto ci sia la massima radiazione solare, la produzione di energia non è la più alta; i mesi con la massima produzione per un impianto fotovoltaico domestico sono aprile e maggio.
Gestire questo impatto è fondamentale per massimizzare l'output energetico e garantire la durata a lungo termine dei sistemi fotovoltaici. Comprendere la relazione tra temperatura e prestazioni fotovoltaiche e adottare misure di manutenzione può ottimizzare l'efficienza e l'efficacia dei sistemi fotovoltaici, rendendoli una fonte di energia rinnovabile più attraente.
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