Jak działa fotowoltaika zimą i ile prądu produkuje, gdy słońca jest mniej?

Panele fotowoltaiczne pracują przez cały rok, o ile tylko dociera do nich jakakolwiek ilość światła, nawet tego rozproszonego przez chmury. Całkowite wyłączenie systemu w tym czasie jest ekonomicznie nieuzasadnione. Nawet w pochmurne, zimowe dni instalacja generuje napięcie i produkuje energię, która w pierwszej kolejności pokrywa bieżące zapotrzebowanie domu (tzw. autokonsumpcja).

Dzięki pracy paneli, urządzenia działające w trybie czuwania, lodówka czy router Wi-Fi mogą być zasilane darmową energią ze słońca, zamiast pobierać prąd z sieci. W skali miesiąca przekłada się to na konkretne oszczędności, mimo że produkcja jest znacznie niższa niż latem. Zima to w systemach rozliczeń czas, kiedy zazwyczaj korzysta się z nadwyżek wyprodukowanych w słoneczne miesiące lub środków zgromadzonych w depozycie prosumenckim. Nie zmienia to jednak faktu, że każda kilowatogodzina wyprodukowana na bieżąco w grudniu czy styczniu pomniejsza rachunek, dlatego system powinien pozostać włączony.

Aby zrozumieć specyfikę zimowej produkcji, warto przyjrzeć się fizyce ogniw krzemowych. Panuje powszechne przekonanie, że panele potrzebują ciepła, by produkować prąd. W rzeczywistości jest odwrotnie - wysoka temperatura obniża sprawność modułów (powoduje spadek napięcia), podczas gdy mróz wpływa na nie korzystnie. Ogniwa fotowoltaiczne pracują najwydajniej w niskich temperaturach, ponieważ przewodnictwo półprzewodników jest wtedy lepsze, a straty na rezystancji mniejsze. Zimą napięcie na łańcuchach paneli jest często wyższe niż latem.

Skoro fizyka sprzyja produkcji w chłodzie, dlaczego uzyski są małe? Problemem nie jest temperatura, lecz drastyczny niedobór światła słonecznego. Zimą słońce operuje nisko nad horyzontem, przez co promienie muszą przebyć dłuższą drogę przez atmosferę, tracąc na intensywności. Co ciekawe, w mroźne, bezchmurne dni może wystąpić zjawisko tzw. albedo. Śnieg leżący wokół instalacji (np. w ogrodzie lub na sąsiednim dachu) działa jak lustro, odbijając promienie słoneczne, które dodatkowo oświetlają panele. W takich momentach, dzięki połączeniu mrozu i dodatkowego światła z odbicia, instalacja może osiągać bardzo wysoką, chwilową moc.

Choć instalacja pracuje, to produkcja w miesiącach zimowych jest nieporównywalnie niższa niż w półroczu letnim. Szacuje się, że okres ten odpowiada zaledwie za około 10-25% rocznego uzysku energii całej instalacji. Najsłabszymi miesiącami w Polsce są zazwyczaj grudzień i styczeń. Przykładowo, instalacja o mocy 5 kWp, która w lipcu potrafi wyprodukować 600-700 kWh, w grudniu może dostarczyć zaledwie 100-150 kWh, a przy bardzo niesprzyjającej aurze nawet mniej.

Na tak drastyczny spadek wydajności wpływa splot kilku niekorzystnych czynników, które kumulują się w tym okresie roku:

• dzień trwa tylko przez 7-8 godzin, a to fizycznie ogranicza czas pracy falownika;
• kąt padania promieni, który sprawia, że energia docierająca do powierzchni modułu jest znacznie słabsza;
• zachmurzenie i mgły blokujące promieniowanie bezpośrednie, pozostawiające jedynie słabe światło rozproszone.

Problemem jest także pokrywa śnieżna. Zalegający na panelach śnieg tworzy fizyczną barierę i odcina dopływ fotonów do ogniw.

Eksperci w większości przypadków odradzają ręczne usuwanie śniegu, chyba że ma się do paneli łatwy i bezpieczny dostęp (np. instalacja na gruncie). Praca na oblodzonym, spadzistym dachu jest niebezpieczna dla zdrowia i życia, a potencjalny zysk z produkcji energii rzadko rekompensuje to ryzyko. Ponadto mechaniczne usuwanie lodu i zmrożonego śniegu niesie ryzyko porysowania szyby hartowanej lub uszkodzenia powłoki antyrefleksyjnej.

Warto pamiętać, że panele podczas pracy delikatnie się nagrzewają. W połączeniu z ich gładką powierzchnią i nachyleniem dachu sprawia to, że śnieg często zsuwa się z nich samoistnie przy pierwszej odwilży. Jeśli jednak gruba warstwa białego puchu utrzymuje się tygodniami, a Ty masz bezpieczny dostęp do modułów, możesz delikatnie usunąć jego nadmiar miękką szczotką, uważając, by nie szorować po powierzchni szkła.

Chociaż zima jest okresem postoju dla domowej elektrowni, nie martw się tym. Fotowoltaika jest inwestycją długoterminową, a jej opłacalność ocenia się w perspektywie całego roku, gdzie letnie nadwyżki z nawiązką rekompensują zimowe niedobory.