W polskich warunkach klimatycznych nie każda technologia fotowoltaiczna działa równie skutecznie. Dlatego naukowcy z Politechniki Lubelskiej postanowili porównać cztery typy modułów PV, analizując ich sprawność, stabilność i odporność na zmienne nasłonecznienie. Wyniki badań potwierdzają, że kierunek rozwoju krajowej fotowoltaiki powinien być ściśle dostosowany do lokalnych warunków, a nie tylko globalnych trendów technologicznych.

Miks solarny Polski – taki mamy klimat

W ciągu ostatnich kilkunastu lat w sektorze energetyki świat koncentrował się na wdrażaniu zeroemisyjnych rozwiązań, czyli na odnawialnych źródłach energii. Dużą popularność zyskała technologia wytwarzania energii ze Słońca, dzięki panelom fotowoltaicznym, która była sukcesywnie implementowana w Polsce. W kraju nad Wisłą w 2013 roku całkowita moc zainstalowana fotowoltaiki wynosiła około 4,2 MW. Po 12 latach całkowita moc zainstalowana energii solarnej wynosi 21 800 MW, czyli 21,8 GW – wynika z danych dotyczących końca pierwszego kwartału 2025 roku. 

Szczególną uwagę zwraca udział prosumenckich instalacji w krajowym miksie fotowoltaicznym. Większość zainstalowanej mocy PV – 12,9 GW, to tzw. mikroinstalacje, co oznacza, że prywatne instalacje odpowiadają za 59% całkowitej mocy polskiej energii słonecznej. Gwałtowny rozwój tej części sektora był możliwy dzięki kolejnym wersjom programu ,,Mój Prąd” – rządowego systemu dopłat do instalacji o maksymalnej mocy do 50 kW. Kolejne miejsce jako najwięksi wytwórcy zajmują małe systemy PV o mocy od 50 kW do 1 MW osiągają łącznie 4,5 GW, co odpowiada za 20,6% całkowitej mocy polskiej energii słonecznej. Ostatnie miejsce zajmują duże farmy słoneczne o mocy powyżej 1 MW. Wytwarzają one 4,4 GW energii elektrycznej, co odpowiada za 20,2% mocy fotowoltaiki w Polsce. 

W 2024 roku produkcja energii elektrycznej z fotowoltaiki odpowiadała za 10,6% całkowitej produkcji energii elektrycznej w Polsce – wynika z danych Instytutu Energetyki Odnawialnej. To wskazuje na wzrastającą rolę energii słonecznej w polskim miksie energetycznym. Aby lepiej wykorzystywać produkowaną energię, zaleca się rozwój magazynów energii – zarówno tych przydomowych, jak również wielkoskalowych, a także inwestycję w modernizację sieci przesyłowej. 

Ile fotowoltaiki to za dużo? Nowy raport wskazuje optymalny poziom PV i magazynów energii dla Europy

Jaka jest najlepsza technologia PV pod słońcem?

W nauce, pomimo znaczącego udziału instalacji PV w miksie energetycznym, brakowało badań dotyczących długoterminowej (okres ponad 3 lat) wydajności fotowoltaiki w Polsce. W celu zapełnienia tej luki, naukowcy z Politechniki Lubelskiej oraz Uniwersytetu w Jaén w Hiszpanii przez cztery lata porównywali wydajność paneli słonecznych na poligonie testowym w Bordziłówce.

Opracowanie dotyczy długoterminowej analizy wydajności instalacji fotowoltaicznych (PV) różnych technologii w warunkach klimatu umiarkowanego. Jego celem było zbadanie uzysków energetycznych, strat oraz spadku wydajności, zgodnie z wytycznymi standardu IEC 61724-1:2021 – tłumaczy dla światOZE.pl dr Sławomir Gułkowski z Politechniki Lubelskiej.

Artykuł „Badanie długoterminowej eksploatacji i wskaźników strat wydajności różnych technologii fotowoltaicznych w Polsce Wschodniej” został opublikowany na stronie czasopisma Science Direct. Zawiera opracowane dane pobrane w latach 2018-2021 z czterech mikro instalacji od 3,3 kW do 21,25 kW, które pracują w oparciu o różne technologie fotowoltaiczne. W badaniu analizowano dane z modułów: 

• c-Si  (z krystalicznego krzemu),
• a-Si (z krzemu amorficznego),
• CIGS (z miedzi, indu, galu i selenu), 
• CdTe (z cienkowarstwowymi na bazie tellurku kadmu). 

Wszystkie instalacje znajdują się w miejscowości położonej w województwie lubelskim, w gminie Rossosz, a to znaczy, że każda z nich znajduje się na szerokości geograficznej: 51,8° N i długości geograficznej: 23,2° E. Miało to szczególne znaczenie, dla badaczy, którzy chcieli szczegółowo monitorować uzyski energii, straty, sprawność i spadek wydajności w czasie. Czteroletnie testy wykazały wyraźną zmienność sezonową w każdej użytej technologii. Najniższą skutecznością wykorzystania mocy charakteryzowały się moduły cienkowarstwowe – CdTe. Wyraźnie różniły się one w kwestii wydajności od konkurentów, co było szczególnie zauważalne zimą.

Najlepszą ogólną wydajność osiągnęły moduły c-Si, które wytwarzały rocznie od 1050 do 1150 kilowatogodzin (kWh) na każdy zainstalowany kilowat (kW). Niewiele gorszą wydajność osiągnęły moduły CIGS, a na trzecim miejscu technologia z krzemu amorficznego – a-Si, która wyraźnie odbiega poziomem od dwójki liderów.  

Rezultaty polskich badań

Autorzy badania pod przewodnictwem dr Sławomira Gułkowskiego z Politechniki Lubelskiej wskazywali, że analiza sezonowa dowodzi znacznych strat energii w okresie zimowym, które spowodowane są przez pokrywę śnieżną i niższe nasłonecznienie. Jednocześnie regularne opady deszczu w tej szerokości geograficznej skutecznie ograniczyły zabrudzenia. 

Jednym z najważniejszych wniosków płynących z opracowania jest to, że technologia krzemowa pozostaje niezawodnym wyborem w regionach położonych na wysokich szerokościach geograficznych. Wraz z prof. Gustavo Nofuentes z Uniwersytetu w Jaén podkreślamy również konieczność ciągłego monitorowania parametrów pracy instalacji PV, które jest kluczowe dla realistycznej oceny wydajności systemów fotowoltaicznych i degradacji modułów PV – mówi dr Sławomir Gułkowski.

Pomimo że badanie powstawało w Polsce, to może mieć znaczenie również dla podobnych regionów o klimacie umiarkowanym i zimnym w Ameryce Północnej, Europie Wschodniej i Azji Środkowej. Wszędzie tam, gdzie istnieją podobne warunki klimatyczne – obciążenie śniegiem, zmienność temperatury i rozproszone wzorce napromieniowania – badanie polskich naukowców może być pomocne w podnoszeniu efektywności instalowanych mocy energetyki solarnej.

Zobacz też: Arktyczne testy fotowoltaiki: pionowe panele i trackery pokazują przyszłość PV

Źródła: Politechnika Lubelska, Science Direct, PV magazine, własne

Fot. Canva (Michal Collection)

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.