A magas hőmérséklet hatást gyakorol a napelemes rendszerek különböző részegységeire. Meghibásodhatnak az inverterek, csökkenhet a napelem modulok hatékonysága, és a cellák meglévő károsodásai súlyosbodhatnak. Azonban a befektetők, tervezők és üzemeltetők több különböző módon igazodhatnak a hőhullámokhoz.

A hőhullámokat egyre gyakrabban megtapasztaló emberekben felmerül a kérdés, hogy vajon a napelemes rendszerek képesek-e az ilyen szélsőséges hőmérsékletek kezelésére. A szélsőségesen meleg időjárás hatást gyakorol a napelemes rendszerek különböző részegységeire. Meghibásodhatnak az inverterek, csökkenhet a fotovoltaikus modulok hatékonysága, és a cellák meglévő károsodásai súlyosbodhatnak. A magas hőmérséklet szintén a modulok gyakoribb megtisztításának feladatát rója a projekteket kezelőkre. Azonban a befektetők, tervezők és üzemeltetők alkalmazkodhatnak a hőhullámokhoz. A kulcs több útmutató követésében rejlik, amelyek meghatározzák az üzemelő fotovoltaikus rendszerek esetében a hő okozta károsodás jelentőségét.

Andreas Kern, a meteocontrol GmbH műszaki konzulense szolgált adatokkal ehhez a tanulmányhoz. Az adatokat a meteocontrol nyomon követési rendszer adatbázisából származó elemzésekkel párosították, amelyet több mint 55 000, a világ minden részén található napelemes rendszerből nyertek ki.

Inverter meghibásodás

Ha egy inverter túlmelegszik, akkor rendszerint automatikusan kikapcsol vagy olyan szintre csökkenti áramellátását, hogy a magasabb környezeti hőmérséklet ne árthasson neki. Ezt a hőmérséklet névleges értékének csökkentésének nevezzük. Az adatbázisból származó egyik példa egy lépéssel ez előtt kezdődik. Figyelembe veszi bizonyos sztring inverterektől érkező figyelmeztető üzeneteket, a Németországban található mintegy 23 000 inverter körülbelül 1300 fotovoltaikus rendszerrel áll kapcsolatban. Ez a táblázat azon inverterek átlagos napi számát mutatja, amelyek a 23 000 inverter közül túlmelegedéssel összefüggő hibaüzenetet küldtek.

Az átlaghőmérséklet növekedésével a túlmelegedésre vonatkozó figyelmeztetések gyakoribbá válhatnak. Azonban az még nem ismert, hogy vajon ez statisztikailag jelentős összefüggésnek minősül-e. 2022 júniusában a túlmelegedésre vonatkozó figyelmeztetések 0,028 százalékot tettek ki a csatlakoztatott inverterek esetében. De a tényleges hibák száma alacsonyabbnak bizonyult. A túlmelegedésnek számos oka lehet – szellőzéssel kapcsolatos problémák, elégtelen szellőzéssel rendelkező helyszínek és magas környezeti hőmérséklet.

A lehetséges okok száma tovább mérsékli az időjárással összefüggő tényezőket. Az adatállomány elemzése megerősíti azt a tapasztalatból fakadó tényt, hogy az inverterek általában ellenállnak a magas hőmérsékletű időszakoknak, amennyiben a telepítés helye megfelelő. Az inverterek hőállóságának további bizonyítéka, hogy a napelemes rendszerek sikeresen működnek Dél-Európában, sőt még a sivatagos régiókban is. Mindazonáltal a túlmelegedésre vonatkozó jelentéseket komolyan kell venni a hozam megtartása érdekében, és hogy a berendezés várható élettartama ne rövidüljön le.

Jelentős mértékben csökken a modulok hatékonysága hőhullámok esetén? A hőmérséklet 3 fokos emelkedése a napelem modulok hatékonyságának 1 százalékos visszaesését vonja maga után. Ennek eredményeként a modulok nyári hatékonysága több százalékkal marad el a télitől, annak ellenére, hogy a napsugárzás értéke nyáron többszöröse, mint télen. Ennek megfelelően a csökkenő hatékonyság okozta veszteségeket bőven ellensúlyozzák a magasabb hozamok. A napos hőhullámok pozitív irányba tolják el a hozamokat.

Rendszerproblémák

A napelemes projektek tervezése során megfelelő telepítési helyet kell találni az inverter számára. A magánszektor kisebb fotovoltaikus rendszereinél nagyobb valószínűséggel fordul elő kevésbé gondosan kiválasztott telepítési hely. Például egy délre néző falra telepített inverter vagy egy árnyékolással nem rendelkező akkumulátoros tároló elkerülhetetlenül túlmelegedéshez vezethet. De tervezési hibának számít az is, amikor kereskedelmi célú fotovoltaikus rendszereknél az invertereket a tetőre vagy árnyékolás nélkül egy modulsor szélére szerelik fel, így átmenetileg közvetlenül napfénynek teszik ki.

Mindenképpen valamilyen árnyékolás szükséges annak biztosításához, hogy az invertert hűvös helyre telepíthessük, és hogy leget tegyünk a gyártó követelményeinek és a vonatkozó szabványoknak. Ez magában foglalja a falaktól számított és az egyes egységek közötti távolságot is. Amikor beruházunk egy napelemes rendszerbe, a tervdokumentáció felülvizsgálata során a napelem szakértőknek ellenőrizniük kell, hogy az invertereket a helyes iparági gyakorlatnak megfelelően telepítették-e.

Hasonlóan már a tervezési szakaszban gondoskodni kell a napelem modulok megfelelő hátsó szellőzéséről. A modulok hátsó szellőzése kiváló nyílt terepen történő elhelyezésnél és emelt kialakítású, tetőn elhelyezett rendszereknél. Ezzel ellenkezőleg a lapos tetős felületeken rendszerint nehezen biztosítható a hátsó szellőzés.

A modulok kiválasztásakor a pornak ellenálló bevonatokat is figyelembe lehet venni, ha rendelkezésre állnak megfelelő modulok. Elméletileg a modulok kiválasztásakor a hőmérsékleti együtthatót is figyelembe vehetjük. Ez az adat a modulok adatlapján szerepel. A gyakorlatban a hőmérsékleti együtthatók között minimális eltérések állnak fenn,

mivel szinte kizárólag szilíciumból készült kristályos modulokat telepítenek. A múltban a modulok kiválasztásánál nagyobb szabadság érvényesült, mivel széles körben elterjedtek voltak az egyéb típusú cellák, például a kadmium-telluridból készültek. Tekintettel az anyagbeszállítások napjainkban fennálló szűk keresztmetszeteire, a modulok paramétereinek kisebb módosítása szinte lehetetlen, mivel az ügyfelek lényegében azzal dolgoznak, amit sikerül beszerezniük.

Üzemeltetési szempontok

Ha egy inverter meghibásodik túlhevülés miatt, a helyszínen először a szellőzést ellenőrizze. Például intézkedni kell az árnyékolás megvalósításáért, ha a helyszíni felülvizsgálat annak hiányát tárta fel.

Nehezebb észlelni a hőmérséklet névleges értékének csökkentése miatti áramveszteséget, amikor az inverter saját áramellátását csökkenti a hő miatt. Az alacsonyabb teljesítményt nehezebb meghatározni nyomon követéssel, ha a hozam elmarad a megcélzott szinttől. A hőmérséklet névleges értékének csökkenését egyértelműen diagnosztizálni lehet a kimenő jellemzők elemzése útján.

A napelem modulok celláinak meglévő károsodását a magas hőmérsékletek súlyosbítják. Ennek megfelelően a hőmérséklet emelkedésével a megelőző intézkedések létjogosultsága nő, mivel már idejekorán megelőzhetik a felületen a hiba terjedése vagy a szennyezett modulok miatti árnyékolást. A termográfiával észlelhetők a foltszerű árnyékolás, a melegpontok és mikrorepedések kialakulása.

A hőhullámok aszállyal párosulnak. Ez bizonyos helyszíneken több port eredményezhet, ami összegyűlhet a modulokon. A modulok öntisztulása az eső hiánya esetén is mérséklődik. Németországban a modulok tisztítása iránti igény idővel elérheti a Spanyolország jelenlegi szintjét. Ott az energia mintegy 2-3%-a vész el a szennyeződések miatt, ezért a kezelők évente kétszer megtisztítják moduljaikat. Németországban a legtöbb esetben a természetes eső elegendő a modulok megtisztításához, mivel az energiának csupán 1%-a vész el.

A körültekintő rendszertervezésre, megfelelő telepítésre és szakszerű karbantartásra támaszkodva a napelemes rendszerek továbbra is megbízhatóan üzemeltethetők. A hővel kapcsolatos hibaforrások nyomon követését be kell építeni a felügyeleti folyamatokba. Azonban hővel kapcsolatos meghibásodás felmerülése esetén az okot nagyon gyorsan azonosítani kell, mert csak így kerülhetők el az alacsonyabb hozamok, valamint a műszaki meghibásodások.