Температурний коефіцієнт сонячних панелей — що потрібно знати

Більшість людей вважає, що сонячні панелі працюють найкраще влітку, коли багато сонця. Це правда лише частково. Панелі справді генерують більше енергії при яскравому світлі, але висока температура їм шкодить. У спекотний літній день панель на даху нагрівається до +65…+70 °C — і втрачає 10–15 % потужності порівняно з лабораторними умовами.

Навпаки, взимку при −20 °C напруга панелі зростає на 15–20 % вище номінальної. Це контрінтуїтивно, але саме холод — головний ризик для інвертора. Якщо стрінг із 12 панелей видає напругу вище максимально допустимої для інвертора, обладнання може вийти з ладу. Саме тому розуміння температурних коефіцієнтів — обов'язкова частина проєктування будь-якої сонячної системи.

Температурний коефіцієнт — це число, яке показує, на скільки відсотків зміниться параметр панелі при зміні температури на 1 °C відносно стандартних умов (STC = 25 °C). Коефіцієнт завжди вказаний у даташиті панелі і має одиницю виміру %/°C. Наприклад, коефіцієнт −0,27 %/°C для напруги означає: при кожному градусі нижче 25 °C напруга зростає на 0,27 %, а при кожному градусі вище 25 °C — зменшується на 0,27 %.

Знак мінус у коефіцієнті вже вбудований: коефіцієнт −0,27 %/°C означає, що при T = 0 °C різниця (0 − 25) = −25, добуток (−0,27 / 100) × (−25) = +0,0675 — напруга зростає на 6,75 %. При T = 50 °C: різниця (50 − 25) = +25, добуток (−0,27 / 100) × 25 = −0,0675 — напруга падає на 6,75 %. Формула працює однаково для всіх трьох коефіцієнтів.

У кожної сонячної панелі є три температурні коефіцієнти. Вони відрізняються за величиною і за тим, на що впливають. Розуміння кожного з них допоможе правильно спроєктувати систему.

Коефіцієнт напруги холостого ходу (Voc) — найважливіший

Типове значення: від −0,25 до −0,35 %/°C. Цей коефіцієнт визначає, наскільки зросте напруга стрінга в мороз. Він безпосередньо впливає на безпеку: якщо напруга перевищить максимум інвертора — інвертор може згоріти. При проєктуванні стрінга завжди розраховують Voc при найнижчій очікуваній температурі у вашому регіоні. Для Києва чи Харкова це −25…−30 °C.

Коефіцієнт потужності (Pmax)

Типове значення: від −0,30 до −0,45 %/°C. Показує, скільки потужності втрачає панель при нагріванні. Це найбільший коефіцієнт за абсолютним значенням. Панель із коефіцієнтом −0,35 %/°C при нагріванні до +65 °C втратить приблизно 14 % потужності. Цей коефіцієнт важливий для оцінки річного вироблення енергії, але не впливає на безпеку обладнання.

Коефіцієнт струму короткого замикання (Isc)

Типове значення: від +0,03 до +0,06 %/°C. Єдиний додатний коефіцієнт: струм трохи зростає при нагріванні. Вплив невеликий — зазвичай менше 3 % навіть у найспекотніший день. Цей коефіцієнт враховують при перевірці, чи не перевищить струм стрінга максимально допустимий вхідний струм інвертора.

Розглянемо конкретний приклад. Панель Canadian Solar CS6W-550MS (550 Вт): Voc = 49,90 В, температурний коефіцієнт Voc = −0,27 %/°C. Стрінг із 10 панелей, Voc стрінга за STC = 499 В.

Різниця між зимовою та літньою напругою стрінга — понад 120 В. Це величезний діапазон, який обов'язково потрібно враховувати. Більшість помилок при проєктуванні домашніх сонячних станцій пов'язані саме з тим, що розрахунок зробили тільки для +25 °C.

Різні технології виробництва комірок мають різні температурні коефіцієнти. Чим ближче коефіцієнт до нуля — тим менше панель реагує на температуру і тим стабільніше працює в екстремальних умовах.

Коли ми кажемо «температура +40 °C», маємо на увазі температуру повітря. Але кремнієва комірка всередині панелі нагрівається значно сильніше. Різниця між температурою повітря та температурою комірки залежить від конструкції панелі, монтажу та вітру. Виробники вказують параметр NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) — це температура комірки при стандартних умовах: 20 °C повітря, 800 Вт/м² випромінювання, вітер 1 м/с. Типове значення NOCT — 43–47 °C.

Де G — рівень сонячного випромінювання у Вт/м². При яскравому сонці (G = 1000 Вт/м²) і NOCT = 45 °C комірка нагрівається на 31 °C вище температури повітря. Тобто при +35 °C на вулиці комірка працює при +66 °C. Саме цю температуру потрібно підставляти у формулу для розрахунку літньої напруги. Взимку, коли панелі вкриті снігом або випромінювання слабке, температура комірки близька до температури повітря.

• Завжди розраховуйте стрінг для найхолоднішої температури вашого регіону, а не середньозимової. Для більшості областей України це −25…−35 °C.
• Перевіряйте не тільки максимальну напругу інвертора (Vdc max), а й діапазон MPPT. Якщо літня напруга стрінга падає нижче мінімуму MPPT — інвертор не зможе ефективно працювати.
• При виборі між PERC і TOPCon зверніть увагу на температурні коефіцієнти. TOPCon-панелі мають кращі коефіцієнти і менше втрачають у спеку — різниця може скласти 3–5 % річного вироблення в південних регіонах.
• Забезпечте вентиляцію під панелями. Зазор 10–15 см між панелями та дахом знижує температуру комірки на 5–10 °C і збільшує вироблення на 2–4 %.