Môže slnečná batéria nabíjať pri zamračenom počasí?

Ako ovplyvňuje zamračenie nabíjanie solárnych batérií

Veda: Rozptýlené žiarenie a zníženie výkonu fotovoltických panelov

Solárne panely vyrábajú elektrickú energiu, keď premieňajú častice slnečného svetla, tzv. fotóny, na elektrický prúd. Keď sa objavia oblaky, priame slnečné svetlo sa rozptyľuje a vzniká tak tzv. difúzne svetlo – v podstate slnečné svetlo, ktoré je rozptýlené a nie je tak intenzívne. Hoci solárne články dokážu zachytiť väčšinu druhov viditeľného svetla vrátane niektorých infračervených vĺn, toto difúzne svetlo poskytuje podľa štúdií NREL z roku 2023 len približne 15 až 25 percent energie oproti slnečným dňom. Menej fotónov znamená nižšie napätie zo strany panelov, čo prirodzene vedie k poklesu celkovej výroby energie. Čím horšie je zamračenie, tým väčší dopad na výkon solárnych systémov.

• Ľahké oblaky umožňujú prenos svetla 50–70 %
• Silné búrkové oblaky znížia prenos na len 5–15 %

Regulátory nabíjania pomáhajú udržať účinnosť optimalizáciou prevodu napätia, ale rýchlosť nabíjania solárnych batérií nevyhnutne klesá so znižovaním vstupnej energie.

Reálne údaje: Straty účinnosti merané NREL a v reálnych inštaláciách

Národná laboratórium pre obnoviteľnú energiu (NREL) potvrdzuje, že výkon FV sa bežne zníži o 20–50 % za zamračeného počasia a až o 65 % pri silnom zamračení v rámci bytových inštalácií v USA (Ročná technologická základňa NREL, 2022). Tieto straty predlžujú dobu nabíjania a zvyšujú zaťaženie batérie:

Prolongované cyklovanie v čiastočne nabitom stave urýchľuje degradáciu – najmä u oloveno-kyslých batérií, kde strata kapacity môže dosiahnuť až 40 % ročne pri prerušovanom prívode energie (Ponemon Institute, 2023). Nabíjacie regulátory MPPT túto situáciu zmierňujú zvýšením výnosu energie o 10–25 % oproti PWM systémom, hoci nemôžu eliminovať oneskorenia spôsobené počasím.

Kľúčové komponenty, ktoré určujú výkon za zamračeného počasia

Regulátory nabíjania: Prečo MPPT prevyšuje PWM za podmienok nízkeho osvetlenia

MPPT regulátory výrazne prevyšujú PWM zariadenia, pokiaľ ide o výkon pri slabom osvetlení, a poskytujú približne o 20 až 30 percent viac využiteľnej energie v zamračené dni. Zatiaľ čo PWM regulátory sa držia pevne nastavenej batériovej napätia, MPPT verzie neustále hľadajú optimálny pomer medzi napätím a prúdom a zachytávajú čo najviac energie, aj keď je k dispozícii len slabé alebo rozptýlené slnečné svetlo. Laboratórne testy zistili, že MPPT regulátory udržiavajú účinnosť približne 94 %, aj keď je silná oblačnosť, oproti približne 70 % u svojich PWM protikusov. To robí zásadný rozdiel pre každého, kto sa spolieha na solárne batérie, aby pokračoval v prevádzke, keď slnko nejasne svieti.

Chemické zloženie batérií: LiFePO4 oproti olovu-kyselinovým pri prerušovanom solárnom prívode

Batérie s lítovo-železným fosfátom alebo LiFePO4 veľmi dobre fungujú so solárnymi systémami, ktoré majú kolísavý vstup. Tieto batérie zvyčajne ponúkajú účinnosť okolo 95 až 98 percent a prijímajú náboj aj pri nižších prúdových úrovniach. Udržiavajú si stabilné napätie aj vtedy, keď sú iba čiastočne nabité, čo je u tradičných oloveno-kyselinových batérií problematické. Oloveno-kyselinové verzie majú tendenciu k poklesu napätia a vzniku sulfatácie vždy, keď sú vybíjané pod úroveň približne 50 % nabitia. Keď sú solárne podmienky nepravidelné, väčšina oloveno-kyselinových batérií stráca každý rok niekde medzi 15 a 20 percentami kapacity. Naopak, LiFePO4 články si udržia približne 80 % svojej pôvodnej kapacity aj po približne 2000 cykloch nabíjania, aj keď nie sú úplne nabité. To ich robí oveľa vhodnejšími pre dlhé obdobia zamračeného počasia, ktoré môže sužovať solárne inštalácie.

Praktické stratégie na maximalizáciu nabíjania solárnych batérií za zamračeného počasia

Aj keď oblačnosť znižuje slnečné žiarenie, strategický návrh a údržba systému môžu výrazne zvýšiť účinnosť nabíjania. Na udržanie výkonu solárnych batérií v období slabého osvetlenia uplatnite nasledujúce overené prístupy:

• Optimalizujte umiestnenie panelov : Namontujte panely pod uhlom sklonu upraveným podľa zemepisnej šírky, aby zachytili maximálne množstvo difúzneho svetla, a odstráňte tieňovanie zo strany stromov alebo konštrukcií. Pravidelné čistenie zabraňuje hromadeniu sa prachu, ktoré samo osebe môže znížiť výkon až o 25 %.
• Uprednostňujte technológiu MPPT : MPPT regulátory vedia využiť až o 30 % viac energie v porovnaní s PWM alternatívami za oblačného počasia, pretože sa dynamicky prispôsobujú meniacim sa vzťahom medzi napätím a prúdom.
• Zväčšite výkon solárnych polí : Zvýšenie kapacity panelov o 30–50 % kompenzuje znížený výkon a pomáha udržať dostatočné nabíjanie aj počas viacerých po sebe idúcich zamračených dní.
• Zvoľte pokročilú chemickú batériu : Batérie LiFePO4 ponúkajú vynikajúcu retenciu náboja pri slabom osvetlení (95 % a viac), vyššiu odolnosť voči hlbokému vybíjaniu a dlhšiu životnosť v porovnaní s oloveno-kyselinovými batériami pri premenlivom slnečnom vstupe.
• Implementovať inteligentné nabíjacie cykly : Použite regulátory s reálnym monitorovaním na plánovanie nabíjania počas maximálnej intenzity denného svetla – maximalizujte tak získavanie energie v čase jej najväčšej dostupnosti.

Tieto opatrenia zabezpečujú, že solárne batériové systémy zostanú odolné a funkčné napriek kolísaniu počasia, pričom správne dimenzovanie a výber komponentov sú základom pre trvalú spoľahlivosť mimo elektrickej siete.

Okrem panela: Komplementárne riešenia pre spoľahlivý prevádzku solárnych batérií

Hybridné systémy, záložné systémy pripojené k sieti a inteligentný manažment energie

Oblačné dni môžu výrazne znížiť výrobu solárnej energie, no hybridné systémy kombinujúce solárne batérie s prístupom k elektrickej sieti alebo inými zdrojmi energie, ako sú veterné turbíny, zabezpečia nepretržitý chod. Keď dlhší čas nedostatok slnečného svetla, systémy pripojené k sieti sa automaticky zapnú a prepnú na bežnú elektrickú energiu od dodávateľa. Tým sa šetrí životnosť batérií a zároveň sa zabezpečuje napájanie nevyhnutného zariadenia. Inteligentné regulátory energie umožňujú lepšiu spoluprácu všetkých týchto komponentov, čím zabezpečujú, že domácnosti a podniky zostanú napájané aj za nepriaznivých poveternostných podmienok pre solárne panely.

• Zameranie sa na nevyhnutné spotrebiče počas období nedostatku
• Odloženie nefunkčne dôležitej spotreby na obdobia s maximálnou produkciou
• Plynulé prepínanie medzi zdrojmi na základe aktuálnej dostupnosti a predpovedaných podmienok

Bytové inštalácie využívajúce takéto integrované stratégie znížia závislosť od siete o 37 % (NREL Residential Energy Study, 2023), čím premenia zásadne prerušovaný solárny vstup na predvídateľný a riaditeľný zdroj energie.

Číslo FAQ

Ako ovplyvňujú oblaky účinnosť solárnych panelov?

Oblačnosť znižuje množstvo priameho slnečného svetla dopadajúceho na solárne panely, čo vedie k poklesu výroby energie. Solárne panely môžu stále pracovať pri rozptýlenom svetle, ale s omnoho nižšou účinnosťou, čo zvyčajne spôsobuje zníženie výkonu o 15–25 % v oblačné dni.

Aká je úloha MPPT nabíjacích regulátorov v solárnych systémoch?

MPPT nabíjacie regulátory zvyšujú účinnosť solárnych systémov tým, že dynamicky upravujú elektrickú záťaž a optimalizujú odoberanie výkonu aj za premenných svetelných podmienok, čím poskytujú približne o 20–30 % viac energie v porovnaní s PWM regulátormi, najmä za oblačného počasia.

Prečo sa pre solárne systémy uprednostňujú batérie LiFePO4?

Batérie LiFePO4 ponúkajú vysokú účinnosť, vynikajúcu schopnosť udržania náboja a dlhú životnosť, a dokážu dobre pracovať aj za obmedzeného slnečného vstupu, čo ich robí ideálnymi pre solárne systémy s kolísavou úrovňou energie.

Ako možno maximalizovať účinnosť solárnych panelov za zamračených podmienok?

Optimalizácia umiestnenia panelov, použitie technológie MPPT, nadrozmerné dimenzovanie solárnych polí, výber pokročilej batériovej chémie a implementácia inteligentných nabíjacích cyklov sú účinné stratégie na udržanie vysokej účinnosti solárnych panelov za zamračených podmienok.