Hoge opbrengst van zonnepanelen bij hoge temperaturen?

1-08-2019 | Nieuws

Rotterdam, 1 augustus 2019

De effecten van warmte op zonneprojecten

Op Donderdag 25 juli zijn in Nederland door het KNMI record-temperaturen van boven de 40 ºC gemeten. Je zou verwachten dat op dit soort onbewolkte hete dagen recordproducties op onze zonnecentrales worden gerealiseerd. Helaas is dit niet het geval.

Photovoltaïsche (PV) zonnepanelen zetten zonlicht om in elektriciteit. Hoe meer zonlicht hoe meer productie dus. Dit is niet altijd waar, omdat zonlicht niet alleen bestaat uit zichtbaar licht maar ook uit infrarood licht, wat veel warmte met zich meedraagt. Zonnepanelen werken goed bij veel licht, maar de prestaties gaan achteruit wanneer ze warm worden.

Het effect van warmte op zonnepanelen

Fabrikanten van zonnepanelen testen de modules onder zogenaamde standaard test condities, met een temperatuur van 25 ºC en een instraling van 1.000 watt per vierkante meter. Op zeer zonnige dagen kan rond de middag de instraling in de praktijk boven de 1.000 watt per m² uitkomen. Dit betekent dat er meer stroom en dus energie (bij gelijkblijvende spanning) uit het zonnepaneel komt dan de zogenaamde nameplate capacity van het paneel. Helaas leidt deze hoge instraling ook tot opwarming van het paneel, wat een negatief effect heeft op de prestaties.

De stroom (I) welke een zonnepaneel genereert is een functie van de hoeveelheid zonlicht welke op het paneel komt. Hoe meer zonlicht, hoe meer stroom. De bruikbare elektriciteit uit het paneel is het product van de stroom (I) en spanning (U). Wanneer de temperatuur van een cel van een zonnepaneel boven de 25 graden Celcius uitkomt, wordt de stroom een klein beetje hoger maar neemt de spanning snel af. Het resultaat is dat er minder energie (P) uit het paneel komt.

De meest gebruikte kristallijn PV modules hebben een temperatuur-coëfficiënt van -0.4 tot -0.5 procent per graden celcius. Dit betekent dat bij iedere graad boven de 25, de energie uit het paneel met ca. een half procent afneemt. Bij 50 ºC zal een 250 Watt paneel  met een temperatuur-coëfficiënt van -0.4 minder dan 225 Watt produceren. Bij het kiezen van een type zonnepaneel is het dus belangrijk om naar de temperatuurkarakteristieken van de modules te kijken. Lagere coëfficiënten leidt tot minder verliezen bij hoge temperaturen.

In onderstaand diagram is het effect van temperatuur op spanning goed te zien. De paarse lijn laat de spanning van een zonnepaneel zien over de dag. Je ziet hoe de zwarte lijn (omgevingstemperatuur) invloed heeft op de spanning.  Hoe warmer de modules, hoe lager de spanning. In deze grafiek zien we een spanning van ca. 600V in de ochtend, welke zakt naar 525V, een afname van 12%. Aannemende dat de stroom gelijk bleef (instraling was gelijk), zou dit een opbrengstverlies van 12% betekenen als gevolg van hoge temperaturen.

 

De invloed van warmte op de omvormers.

Helaas blijft het niet bij verliezen in de panelen en de bekabeling, ook de omvormers kunnen last hebben van te hoge temperaturen. Dit is een onderwerp waar veel minder over bekend is. De effecten bij omvormers zijn anders dan bij de panelen, hoewel het in beide gevallen gaat om halfgeleiders welke efficientie verliezen bij toenemende temperaturen.

Bij het omzetten van gelijkstroom (DC) naar wisselstroom (AC) komt er in de omvormer warmte vrij. Dit komt vanzelfsprekend bovenop de omgevingstemperuur van de omvormers. De omvormer leidt de opgewekte warmte af met behulp van ventilatoren en/of koellichamen. Hierdoor blijft de temperatuur in de omvormer beneden eventueel schadelijke niveaus. Om de temperatuur op niveau te houden zal de omvormer bij bepaalde temperaturen de hoeveelheid energie welke wordt omgezet reduceren. Dit is het zogenaamde de-raten van de omvormers. Dit is een gecontroleerde beperking van de energie-omzetting om oververhitting van de gevoelige halfgeleiders in de omvormers te voorkomen. Onderstaande grafiek laat zien hoe de-rating van een omvormer er in de praktijk uitziet. Bij 45-50 graden Celsius neemt de output van de omvormer lineair af.

Deze de-rating van de omvormer kan leiden tot significante productieverliezen. Het is daarom van belang om bij het ontwerp van een installatie rekening te houden met het op de juiste manier plaatsen van de omvormers:

1.     Installeer omvormers op koele locaties (schaduwzijde gevel is beter dan op het dak)

2.     Zorg voor voldoende ventilatie wanneer de omvormers binnen worden geplaatst

3.     Vermijd direct zonlicht. Gebruik reeds aanwezige schaduw of plaats kappen bij de omvormers

4.     Houd voldoende ruimte aan tussen de omvormer en naastgelegen objecten (andere omvormer, zekeringskast, wanden etc.)

5.     Zorg voor extra ruimte om de omvormers heen wanneer er verwacht wordt dat er hoge temperaturen in de ruimte kunnen optreden

6.     Installeer de omvormers dusdanig dat ze geen warme lucht van naastgelegen omvormers opnemen

 

Dr. Asterios Bouzoukas

O&M manager Lionpeak Asset Management

Share This