Jak Wilgotność Względna Wpływa na Wydajność Paneli Fotowoltaicznych

Szczegóły: Opublikowano: 03. December 2025

Instalacje fotowoltaiczne cieszą się dużą popularnością i są chętnie montowane na dachach domów jednorodzinnych. Tego typu instalacja działa z największą wydajnością podczas bezchmurnego dnia. Jak się okazuje, na wydajność paneli wpływa też poziom wilgoci. Zbyt wysoka wilgotność ogranicza sprawność działania nawet o 10%. Problemem zajęli się już naukowcy.

Dlaczego wilgotność wpływa na wydajność paneli fotowoltaicznych?

Wzrost wilgotności działa ujemnie na wydajność fotowoltaiki. Istnieje kilka powodów, które wyjaśniają to zjawisko. Po pierwsze, przy wysokiej wilgotności, zmniejsza się przepuszczalność światła, co w naturalny sposób powoduje zmniejszenie produkcji energii z modułów.

Wysoka wilgotność powietrza oddziałuje też na powierzchni kolektorów słonecznych. Na tafli fotowoltaiki szybko tworzą się osady kondensacyjne. Te z kolei zmniejszają ilość światła, która dociera do paneli. Mniejsza absorpcja promieni słonecznej to też niższa wydajność działania instalacji.

Co ważne, zwiększony poziom wilgotności ma też niekorzystny wpływ na żywotność całej instalacji. Wilgotne środowisko sprzyja szybkiemu korodowaniu metalu oraz gromadzeniu się zanieczyszczeń. Ten drugi czynnik może przełożyć się na szybsze zabrudzenie paneli fotowoltaicznych, a w konsekwencji na zmniejszenie ich wydajności. Efekt może być szczególnie widoczny w przypadku przedłużających się okresów bezdeszczowych, połączonych z okresowymi wzrostami wilgotności. W takim środowisku, powierzchnia paneli jest szybko pokrywana pyłem i drobnymi zanieczyszczeniami.

Innowacyjna powłoka ma rozwiązać problem wilgotności na fotowoltaice

Problem negatywnego oddziaływania wysokiej wilgotności na wydajność fotowoltaiki zauważyli naukowcy z Korei Południowej. Według ekspertów, wysoka wilgotność połączona z letnimi temperaturami okazywała się bardzo dużym utrudnieniem.

Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu

Prób rozwiązania problemu podjęli się inżynierowie KIST z Korei Południowej. Ich celem było wynalezienie powłoki, która zapewni wysoką wydajność działania innowacyjnych modułów PV, bez względu na panującą wilgotność powietrza.

Według inżynierów z Korei Południowej, rozwiązaniem może być metoda powlekania dialektycznego połączona z wysokowydajnymi ogniwami fotowoltaicznymi. Nowa technologia daje nadzieje na całkowite rozwiązanie problemu i jest w fazie intensywnych badań.

Wyniki eksperymentów naukowców dają powód do zadowolenia

W toku badań potwierdzono możliwość wytworzenia jednorodnych warstw fotoaktywnych, przy wilgotności względnej otoczenia od 10 do 70%. Nowe moduły posiadają bardzo niewielką powierzchnię (zaledwie około 20 centymetrów kwadratowych), jednak wykazują zaskakującą sprawność działania.

Według eksperymentów, moduł osiągnął wydajność 16,27%. Jest to dobry wynik w porównaniu z modułami konwencjonalnymi, które w toku badań uzyskały wydajność na poziomie 15,1%

Nowa technologia naukowców z Korei może rozwiązać jeden z ważniejszych problemów, z którymi boryka się fotowoltaika. Najnowsze badania dają powody do nadziei. Według naukowców, technologia może trafić do masowej produkcji i zrewolucjonizować branżę.

Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum

Efekt PID i jego wpływ na wydajność

Producenci paneli fotowoltaicznych coraz bardziej skupiają się na poprawie wydajności i ogólnej sprawności swoich produktów. W tym celu podejmują działania mające na celu wyeliminowanie czynników, które mogą powodować straty mocy. Jednym z takich problemów jest efekt PID, czyli degradacja spowodowana indukowanym napięciem. To zjawisko może wpływać między innymi na obniżenie wydajności modułów PV. Dlatego niezwykle istotne jest zrozumienie jego mechanizmu oraz metod przeciwdziałania.

Degradacja indukowanym napięciem, określana również jako upływ prądu, może prowadzić do znacznych strat w mocy generowanej przez panele fotowoltaiczne. Efekt PID wynika z różnicy potencjałów między półprzewodnikami w ogniwach, które mogą mieć napięcie sięgające na przykład 600 V, a aluminiową, uziemioną ramą modułów o zerowym napięciu. Zjawisko to najczęściej występuje w ogniwach położonych blisko ujemnego bieguna. Duże różnice potencjałów powodują powstawanie elektrostatycznego pola, które prowadzi do przemieszczania elektronów. Najpierw transportowane są one do szkła modułu, a następnie dalej do uziemionej aluminiowej ramy, co w efekcie może prowadzić do uszkodzeń paneli i obniżenia ich wydajności.

Problem efektu PID w fotowoltaice został zidentyfikowany stosunkowo niedawno i jest obecny w świadomości producentów od kilku lat. Co ciekawe, zjawisko to było mniej powszechne w starszych modelach paneli niż w nowszych, bardziej ekonomicznych rozwiązaniach dostępnych obecnie. Efekt PID dotyka zarówno modułów cienkowarstwowych, jak i tych wykonanych z krystalicznego krzemu. Jego intensywność może być dodatkowo zwiększona przez warunki środowiskowe, jak np. wysoka temperatura i duża wilgotność powietrza.

Jednorazowe wystąpienie tego zjawiska, prowadzące do polaryzacji, jest procesem odwracalnym. Jednak powtarzające się sytuacje mogą prowadzić do trwałych uszkodzeń instalacji. Może pojawić się korozja elektrochemiczna oraz degradacja złączy p-n, co znacząco obniża wydajność systemu i zwiększa ryzyko awarii.

Delaminacja Powłoki Antyrefleksyjnej

W kontekście zjawiska PID warto zwrócić uwagę na problem delaminacji powłoki antyrefleksyjnej, która bezpośrednio przyczynia się do jego występowania. Powłoka antyrefleksyjna (ARC) została zaprojektowana w celu zwiększenia absorpcji światła i poprawy efektywności generowania energii przez moduł. Delaminacja ARC następuje, gdy powłoka zaczyna odklejać się od silikonowej powierzchni ogniw. Choć drobne uszkodzenia nie zawsze mają natychmiastowy wpływ na działanie modułu, problem staje się poważny, gdy rozwarstwienie obejmuje dużą część powierzchni panelu. W takich przypadkach zwiększa się ryzyko wystąpienia zjawiska PID, które negatywnie wpływa na wydajność modułów i ich trwałość.

Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności

Testowanie paneli fotowoltaicznych pod względem PID

Aby uniknąć problemów z panelami fotowoltaicznymi, warto już na wstępie zadbać o ich ochronę poprzez regularną diagnostykę instalacji. Przeprowadzenie profesjonalnych testów jest zalecane nawet wtedy, gdy producent zapewnia, że jego moduły są odporne na efekt PID. Takie deklaracje mogą nie zawsze odpowiadać rzeczywistości, chyba że zostały potwierdzone odpowiednimi certyfikatami.

Testy kontrolne przeprowadzane przez niezależne laboratoria specjalizujące się w badaniach paneli fotowoltaicznych często wskazują na występowanie podatności na degradację indukowanym napięciem w różnym stopniu, nawet w przypadku modułów, które są reklamowane jako zabezpieczone przed tym zjawiskiem. Regularna diagnostyka pozwala na wczesne wykrycie problemów i odpowiednie zabezpieczenie instalacji, a to z kolei przekłada się na jej trwałość i efektywność.

Warunki, w których przeprowadzana jest diagnostyka paneli fotowoltaicznych, mogą wydawać się bardzo wymagające, jednak niektóre modele paneli przechodzą testy nawet w bardziej ekstremalnych warunkach. Przykładem jest panel wykonany w technologii Riecium, produkowany przez chińską firmę JA Solar, który został przebadany przez niemiecki instytut TÜV SÜD. Urządzenie to pozytywnie zakończyło test na efekt PID trwający 500 godzin, wykazując degradację poniżej 2% przy temperaturze 85 stopni Celsjusza, napięciu 1000 V i wilgotności powietrza na poziomie 85%. Wynik ten potwierdza wyjątkową trwałość i odporność paneli na niekorzystne warunki środowiskowe.

Badania kontrolne paneli fotowoltaicznych prowadzą uznane instytucje, takie jak TÜV Rheinland, Towarzystwo Fraunhofera czy amerykańskie laboratorium energii odnawialnej NREL. Potwierdzeniem odporności modułów na efekt PID jest uzyskanie normy IEC 62804, co oznacza, że w przypadku wystąpienia degradacji straty mocy nie przekraczają 5%, a panele pozostają nieuszkodzone.

Testy przeprowadzane w ramach certyfikacji zgodnie z normą IEC 62804 odbywają się w ściśle określonych warunkach. Obejmują one napięcie wynoszące 1000 V, temperaturę 60 stopni Celsjusza z dopuszczalnym odchyleniem o 2 stopnie Celsjusza oraz wilgotność powietrza na poziomie 85% z marginesem do 5%. Certyfikat uzyskany w wyniku takich badań stanowi wiarygodne potwierdzenie jakości i odporności paneli na degradację indukowaną napięciem.

Czynniki wpływające na występowanie efektu PID

Efekt PID (Potential Induced Degradation) pojawia się najczęściej podczas długotrwałej eksploatacji systemów fotowoltaicznych, szczególnie w warunkach charakteryzujących się podwyższoną temperaturą i wilgotnością powietrza.

Wysoka temperatura i wilgotność powietrza

Podwyższona temperatura i wilgotność powietrza stanowią główne czynniki wywołujące efekt PID w panelach fotowoltaicznych. Zwiększona wilgotność powoduje osadzanie się wody na powierzchni modułu, która sprzyja tworzeniu się ścieżek przewodzących i wywołuje różnice potencjałów, prowadząc tym samym do wystąpienia zjawiska PID. Jednocześnie migracja nośników ładunku w takich warunkach prowadzi do nierównomiernego przepływu prądu, co w efekcie obniża wydajność modułu.

Wysoka temperatura dodatkowo nasila te procesy, ponieważ wpływa na właściwości półprzewodników i zwiększa ruchliwość elektronów oraz przyspiesza powstawanie różnic potencjałów. Działanie tych czynników w połączeniu z wilgotnością powietrza powoduje intensyfikację degradacji, ponieważ wilgotność ułatwia osadzanie się pary wodnej na powierzchni paneli, a wysoka temperatura przyspiesza procesy parowania, wzmacniając różnice potencjałów i skutkując degradacją materiałów paneli.

Nieodpowiednia konfiguracja systemu PV

Występowanie efektu PID w systemach fotowoltaicznych zależy od konfiguracji instalacji fotowoltaicznej, w tym sposobu uziemienia, rodzaju modułów oraz typu ogniw. Potencjał napięcia i polaryzacja modułu mają znaczący wpływ na podatność na PID. Jest to również związane z położeniem paneli w układzie oraz sposobem uziemienia systemu. Zjawisko to jest najczęściej obserwowane w panelach o bardziej ujemnym potencjale względem ziemi, które wykazują większą podatność na degradację.

Obciążenia na szklanej powierzchni

Obciążenia na szklanej powierzchni paneli słonecznych, takie jak kurz czy inne zanieczyszczenia, mogą prowadzić do wzrostu różnicy potencjałów, które zwiększa ryzyko wystąpienia efektu PID. Zanieczyszczenia na powierzchni tworzą cienką warstwę, która utrudnia migrację ładunków i powoduje koncentrację różnic potencjałów, zakłócając równomierny przepływ elektronów. Dodatkowo zmiany we właściwościach optycznych, czyli zmniejszona absorpcja światła, mogą generować lokalne różnice potencjałów, które nasilają się pod wpływem intensywnego światła słonecznego.

Obciążenia wpływają również na przewodnictwo cieplne i prowadzą do lokalnych wahań temperatury, które przyspieszają migrację ładunków oraz zwiększają różnice potencjałów. Wilgoć pochłonięta przez zanieczyszczenia może tworzyć przewodzące kanały, które dodatkowo intensyfikują degradację. Regularne czyszczenie paneli jest więc konieczne, aby zmniejszyć różnice potencjałów, utrzymać wydajność paneli PV i zminimalizować ryzyko wystąpienia efektu PID spowodowanego obciążeniami.

Wykrywanie zjawiska degradacji PID

W celu sprawdzenia, czy panele słoneczne są narażone na efekt PID, można wykorzystać test krzywej I-V. Efekt PID wpływa na wydajność paneli, powodując obniżenie rezystancji bocznikowej w modelu elektrycznym. Prowadzi to do wzrostu prądu upływu. W rezultacie spada prąd wyjściowy i zmniejsza się całkowita wydajność paneli. Zmiany te są widoczne w kształcie krzywej I-V, która odzwierciedla wpływ efektu PID na charakterystykę pracy modułu.

Norma IEC 62804 została opracowana w celu oceny odporności paneli fotowoltaicznych na wysokie napięcia bez wystąpienia degradacji. W ramach procedury testowej panele są poddawane działaniu napięcia stałego wynoszącego 1000 V w warunkach 85% wilgotności względnej i temperatury 60 stopni Celsjusza przez okres 96 godzin. Wyniki testu przedstawia wykres wskaźnika Pmpp/W, gdzie Pmpp oznacza maksymalną moc panela. Dodatkowo wykonywane są obrazy jego elektroluminescencji przed i po zakończeniu testu, które pozwalają na wizualną ocenę ewentualnych zmian strukturalnych.

Zapobieganie zjawisku Potential Induced Degradation

Efekt PID zależy od wielu czynników środowiskowych i operacyjnych, które mogą wpływać na wydajność paneli słonecznych. Aby utrzymać stabilność i efektywność systemu, konieczne jest zastosowanie odpowiednich działań zapobiegawczych i łagodzących, które ograniczą jego negatywne skutki.

Wykorzystywanie paneli fotowoltaicznych z technologią anty-PID

Aby zminimalizować ryzyko efektu PID, warto wybierać panele fotowoltaiczne wyposażone w technologie zapobiegające temu zjawisku. Niektórzy producenci konkretne stosują rozwiązania konstrukcyjne, które skutecznie redukują podatność na degradację indukowaną napięciem.

Panele HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin Layer) od różnych producentów wykorzystują przezroczystą warstwę tlenku przewodzącego (TCO) na powierzchni szkła, która zapobiega polaryzacji ładunku i ogranicza ryzyko degradacji. Konstrukcja heterozłącza i cienka warstwa wewnętrzna dodatkowo redukują migrację ładunku i nierównomierny przepływ prądu, dzięki czemu zwiększa się odporność na PID i stabilność nawet w wymagających warunkach środowiskowych. Takie panele posiadają certyfikat zgodny z normą IEC 62804, która potwierdza ich wysoką jakość i odporność na degradację.

Zoptymalizowanie projektu systemu fotowoltaicznego

Odpowiednio zaprojektowany system fotowoltaiczny może znacząco zmniejszyć ryzyko wystąpienia efektu PID. W tym celu warto zastosować technologie, które poprawiają efektywność i równomierność działania instalacji. Wśród nich wymienić można:

Śledzenie punktu maksymalnej mocy (MPPT) - technologia MPPT umożliwia panelom pracę w optymalnych warunkach w różnych poziomach nasłonecznienia. Ogranicza to nierównomierny przepływ prądu i spowalnia procesy związane z degradacją.
Technologia wyrównywania prądu - pozwala ona na utrzymanie równomiernego jego rozkładu między panelami. Minimalizuje to różnice potencjałów i ogranicza podatność na efekt PID.

Stosowanie powłok ochronnych na panelach słonecznych

Stosowanie specjalnych powłok ochronnych na powierzchni paneli fotowoltaicznych może skutecznie zmniejszyć wpływ zanieczyszczeń, kurzu i pary wodnej na ryzyko wystąpienia efektu PID:

powłoki odporne na kurz spowalniają jego osadzanie się i utrzymują powierzchnię paneli w czystości,
powłoki chroniące przed parą wodną zapobiegają jej przenikaniu do paneli, a to redukuje wpływ wilgoci na różnice potencjałów,
powłoki zapobiegające zanieczyszczeniom utrudniają osadzanie tłuszczu, ptasich odchodów i innych zanieczyszczeń na panelach, dzięki czemu zachowują one przejrzystość optyczną i zwiększa się ich efektywność.

Regularne czyszczenie paneli PV

Regularne czyszczenie paneli fotowoltaicznych jest istotnym działaniem wspierającym utrzymanie efektywności systemu. Usuwanie takich zanieczyszczeń jak kurz, liście czy ptasie odchody, pozwala zachować czystość powierzchni i tym samym ogranicza powstawanie różnic potencjałów. Dodatkowo utrzymanie przejrzystości paneli sprzyja lepszej przepuszczalności światła i zwiększa efektywność jego absorpcji, dzięki czemu zyskują one wyższą wydajność energetyczną.

Odwracalność efektu PID

W przypadku wystąpienia efektu PID jedną z metod ograniczania jego skutków jest uziemienie ujemnego zacisku DC falownika. Zapobiega to pojawianiu się ujemnych napięć w łańcuchu. Rozwiązanie to sprawdza się, jeśli falownik obsługuje taką funkcję, a wszystkie środki ostrożności zostały odpowiednio wdrożone. Alternatywnym podejściem jest zastosowanie „skrzynek anty-PID” umieszczanych między łańcuchem a falownikiem. Urządzenia te zmieniają potencjał generowany przez falownik i przeciwdziałają ujemnym napięciom w panelach. Dzięki odwracaniu polaryzacji łańcuchów w określonych interwałach zmniejszają ryzyko degradacji oraz umożliwiają modułom odzyskanie wydajności po doświadczeniu ujemnego potencjału.

Naprawa paneli fotowoltaicznych z nieoptymalną ochroną przed PID

W celu ochrony przed efektem PID stosuje się różne metody, które pozwalają zwiększyć odporność instalacji fotowoltaicznych na to zjawisko. Problem ten jest na tyle powszechny, że na rynku dostępni są specjaliści oferujący skuteczne rozwiązania. Do najczęściej zalecanych działań należy wymiana powłok antyrefleksyjnych na bardziej zaawansowane, zastosowanie enkapsulantów o innym składzie, wybór szkła o niższej zawartości sodu oraz instalacja urządzeń zapobiegających PID. Te ostatnie monitorują działanie paneli i przywracają równomierny rozkład ładunków, gdy parametry spadają poniżej określonego poziomu.

Wpływ zasolenia i wilgotności powietrza

Panele fotowoltaiczne stanowią ważny element transformacji energetycznej, jednak ich efektywność może być ograniczana przez warunki atmosferyczne, takie jak zasolenie i wilgotność powietrza. Zasolenie odnosi się do obecności soli mineralnych w powietrzu i wodzie, które mogą osiadać na powierzchni paneli. Jest to szczególnie problematyczne w regionach przybrzeżnych oraz na terenach pustynnych, gdzie aerozole solne są przenoszone przez wiatr. Warunki klimatyczne mają bezpośredni wpływ na wydajność paneli. Osady solne mogą blokować dostęp promieniowania słonecznego do powierzchni krzemowych ogniw, zmniejszając produkcję energii.

Panele fotowoltaiczne są zbudowane z wielu różnych materiałów, z których każdy może ulec degradacji w wyniku działania czynników atmosferycznych:

Korozja aluminium: Ramy wykonane z aluminium, choć pokryte warstwą ochronną (np. anodowaną), z czasem mogą ulegać korozji, zwłaszcza w środowiskach o dużej wilgotności i wysokim zasoleniu (np. obszary przybrzeżne).
Zaburzenia w przepływie prądu: Nierównomierne osadzanie się zanieczyszczeń może powodować lokalne przegrzewanie się ogniw (tzw.
Przenikanie przez mikropęknięcia: Nawet niewielkie uszkodzenia strukturalne (np. powstałe w wyniku naprężeń mechanicznych lub różnic temperatur) mogą umożliwiać wnikanie wilgoci do wnętrza panelu.

Wpływ klimatu: W strefach tropikalnych i nadmorskich, gdzie panuje wysoka wilgotność względna, ryzyko degradacji paneli znacząco wzrasta. Nowoczesne panele są pokrywane specjalnymi powłokami hydrofobowymi i antykorozyjnymi, które minimalizują osadzanie się soli i wilgoci. Hydrofobowe warstwy są nanoszone na powierzchnię szkła pokrywającego ogniwa PV, aby zmniejszyć przyczepność wody, brudu i soli.

Współczesne instalacje fotowoltaiczne wykorzystują systemy IoT do ciągłego monitorowania kluczowych parametrów pracy, takich jak napięcie, prąd, temperatura modułów czy poziom irradiancji. Dzięki temu możliwe jest szybkie wykrycie nieprawidłowości, które mogą świadczyć o degradacji, korozji lub osadzaniu się zanieczyszczeń. Uzupełnieniem automatycznego nadzoru są regularne inspekcje z wykorzystaniem kamer termowizyjnych, pozwalające na identyfikację tzw. hot-spotów, lokalnych uszkodzeń oraz problemów z połączeniami elektrycznymi.

W praktyce stosowanie samoczyszczących powłok nano pozwala na znaczne ograniczenie osadzania się soli, kurzu i biofilmów na powierzchni modułów. Dzięki zjawiskom hydrofobowości oraz fotokatalizy, panele mogą utrzymywać wysoką przepuszczalność światła nawet w niesprzyjających warunkach środowiskowych. W instalacjach wielkoskalowych coraz powszechniejsze stają się zautomatyzowane systemy czyszczące, które nie tylko zmniejszają ryzyko uszkodzeń, ale też obniżają koszty eksploatacyjne.

Doświadczenia operatorów farm fotowoltaicznych jednoznacznie wskazują na ogromne znaczenie monitorowania parametrów środowiskowych, takich jak wilgotność i temperatura, dla utrzymania wysokiej sprawności instalacji. Operatorzy coraz chętniej sięgają także po innowacyjne technologie ochronne - od hydrofobowych powłok szkła po zaawansowane materiały antykorozyjne - które znacząco redukują tempo zużycia paneli i elementów konstrukcyjnych.

Zasolenie i wilgotność powietrza stanowią istotne wyzwania dla długoterminowej efektywności paneli fotowoltaicznych. Ich negatywny wpływ można jednak zminimalizować poprzez stosowanie odpowiednich technologii ochronnych, systematyczne monitorowanie oraz regularną konserwację.

tags: #jak #wilgotnosc #wzgledna #wpływa #na #wydajnosc