The simultaneous effect of the operating temperature and solar radiation on the efficiency of photovoltaic panels

The proper designing of PV systems requires the use of advanced building energy simulation techniques. It allows to design the best position of the PV array, as well as the right quantity of produced energy in different cases. On the other hand the PV efficiency is not only a constant value but changes according to temperature and solar radiation. This paper is devoted to estimate the simultaneous effect of both weather factors on PV efficiency. The task was achieved by numerical simulation and ESP-r software. Computer simulations have been carried out with the use of the Typical Meteorological Year data for Warsaw (52°N 21°E). The greatest influence of temperature on the efficiency of solar energy conversion was observed for crystalline silicon cells. The influence of the boundary conditions assumed in the study is ignored for amorphous silicon cells in the summer period and regardless of the material type in the winter period.

Fotowoltaika jest najbardziej popularnym systemem konwersji energii promieniowania słonecznego na prąd elektryczny. Energia elektryczna produkowana przez systemy PV może być spożytkowana na potrzeby danego użytkownika, zaś jej ewentualna nadwyżka sprzedana bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej. Prawidłowe zaprojektowanie systemu PV wymaga użycia zaawansowanych technik symulacji energetycznych budynków. Pozwalają one na wybór najlepszego usytuowania oraz dają prawidłową informacje na temat możliwej do uzyskania ilości energii. Z innej jednak strony, systemy PV nie posiadają stałej wydajności a jest ona zależna od temperatury pracy oraz docierającego do ogniwa promieniowania słonecznego. Wpływ temperatury na wydajność ogniw PV jest dobrze znana z literatury przedmiotu. Artykuł ten ma natomiast na celu oszacowanie jednoczesnego wpływu temperatury i promieniowania na wydajność ogniw. Główny cel osiągnięty został poprzez obliczenia symulacyjne z zastosowaniem zaawansowanego narzędzia obliczeniowego, programu ESP-r. Obliczenia przeprowadzono dla danych meteorologicznych Warszawy. Uwzględniono zarówno promieniowanie bezpośrednie jak i rozproszone. Wyznaczono ilość wyprodukowanej energii dla wybranych tygodni oraz wpływ temperatury i promieniowania słonecznego na wydajność ogniw PV. Największy wpływ temperatury na wydajność konwersji energii słonecznej zaobserwowano latem dla ogniw wykonanych z krzemu krystalicznego. Dla ogniw wykonanych z krzemu amorficznego w okresie lata oraz bez względu na rodzaj materiału w okresie zimy wpływ temperatury dla przyjętych warunków obliczeniowych był pomijany. Istotny natomiast był wpływ zmieniającego się natężenia promieniowania, którego spadek znacznie obniża zdolność konwersji fotoelektrycznej zarówno w okresie zimy jak i lata.