Ryzyko pogodowe a inwestycje OZE – odporność instalacji na ekstremalne warunki

Ekstremalne upały, gwałtowne burze z gradem czy huraganowe wiatry coraz częściej występuje w Polsce. Niestety poważnie zagrażają infrastrukturze energetycznej, w tym instalacjom OZE. W niniejszym poradniku omawiamy, w jaki sposób pogoda w ekstremalnym wydaniu wpływa na instalacje OZE oraz jak projektować, montować i utrzymywać te systemy, aby były odporne na gradobicia, silne wiatry, skrajne upały i inne niebezpieczne warunki atmosferyczne. 

Spis treści:

1. Gradobicie – test dla wytrzymałości paneli fotowoltaicznych
2. Silne wiatry i wichury – jak chronić instalacje fotowoltaiczne?
3. Ekstremalne upały i wysokie temperatury – cichy wróg wydajności

Gradobicie – test dla wytrzymałości paneli fotowoltaicznych

Grad jest jednym z najpoważniejszych zagrożeń dla paneli fotowoltaicznych. Uszkodzenia mogą występować już, gdy w ich powierzchnię uderza opad o średnicy powyżej 25 mm. Pęknięcia pozwalają przenikać w głąb wodzie, co prowadzi do korozji ogniw i spadku mocy systemu. 

Standardowo moduły mają hartowane szkło i przechodzą testy odporności na grad, co potwierdzają certyfikaty. Przykładowo IEC 61215 wytrzymuje uderzenia gradu o średnicy 25 mm spadającego z prędkością 23 m/s. Niestety nie wytrzymają większych kul gradowych. 

Poważne uszkodzenie modułu może obniżyć wydajność instalacji nawet o kilkadziesiąt procent, a w skrajnych przypadkach przestaje działać w ogóle.

Aby zwiększyć odporność paneli fotowoltaicznych na grad:

• Wybierz bardziej odporne panele – grubsze szkło hartowane (3,2 mm) wykazuje lepszą odporność.
• Zadbaj o jakość montażu – należy dbać o prawidłowe zamocowanie paneli, by uniknąć ich uszkodzenia przez wibracje powodowane m.in. wiatrem.
• Wprowadź systemy ochronne – można zastosować systemy, które automatycznie ustawiają panele pod kątem, minimalizując ryzyko uszkodzenia przez grad.

Silne wiatry i wichury – jak chronić instalacje fotowoltaiczne?

Silne wiatry i wichury mogą uszkodzić zarówno panele, jak i konstrukcje montażowe. Zjawiska takie jak huragany czy trąby powietrzne niosą ze sobą nie tylko bezpośrednie uszkodzenia mechaniczne, ale także wzrost ryzyka uszkodzenia sprzętu elektronicznego (np. falowników) w wyniku przepięć czy zalania.

Struktury wsporcze paneli oraz systemy montażowe muszą wytrzymać olbrzymie siły, gdy wiatr osiąga prędkości powyżej 100 km/h. Niestety, zmiany klimatu zwiększają prawdopodobieństwo takich ekstremów – obserwujemy nasilenie burz i częstsze zjawiska typu downburst czy nawet lokalne tornada również w regionach, gdzie dawniej były one rzadkością.

Bezpośrednim skutkiem silnych wichur jest fizyczne zniszczenie paneli i ich mocowań. Silny podmuch potrafi zerwać moduły lub wygiąć wsporniki. Jeśli konstrukcja nie jest dostatecznie zakotwiczona, część paneli może zostać oderwana. Takie incydenty miały miejsce w Australii w 2018 roku. Wichura zniszczyła farmę 55 MW pozbawioną systemu ochrony przed wiatrem, podczas gdy sąsiednia farma 100 MW ze sprawnie działającym systemem zabezpieczającym przetrwała bez strat

Co więcej, gałęzie, kamienie, blacha dachowa czy inne elementy porwane przez wichurę mogą uderzać w panele z dużą siłą. Efektem tego może być stłuczenie modułu lub uszkodzenie jego powierzchni, podobnie jak przy gradobiciu. 

Dodatkowo, wiatr unosząc piach i pył może powodować piaskowanie powierzchni paneli (ścieranie szkła) oraz ich zasypywanie brudem, co obniża sprawność. Choć zabrudzenia da się wyczyścić, to już pęknięć usunąć się nie da.

Aby zwiększyć odporność systemu na wiatr:

• Wybierz projekt zgodny z lokalnymi warunkami wiatrowymi – konstrukcja powinna być zaprojektowana na wytrzymanie najsilniejszych wiatrów w danym regionie.
• Wybierz właściwe mocowanie i montaż – ważne jest odpowiednie zakotwiczenie systemu nośnego (np. przy użyciu wbitych pali) oraz staranne dokręcanie elementów konstrukcyjnych.
• Zadbaj o automatykę zabezpieczającą – nowoczesne systemy monitorowania wiatru mogą automatycznie ustawić panele w bezpieczniejszej pozycji, minimalizując ryzyko uszkodzeń.
• Chroń elektronikę – montaż falowników w miejscach osłoniętych od wiatru oraz ich zabezpieczenie przed przepięciami zmniejsza ryzyko uszkodzenia.

Ekstremalne upały i wysokie temperatury – cichy wróg wydajności

Wysokie temperatury nie niszczą instalacji natychmiast, ale obniżają jej wydajność. Panele fotowoltaiczne działają mniej efektywnie, gdy temperatura ogniw przekracza 25°C, co prowadzi do spadku wydajności o 0,3-0,5% na każdy dodatkowy stopień. Może wydawać się to niewiele, ale przy upale, gdy temperatura modułu sięga np. 70°C (co jest możliwe przy ok. 35°C w cieniu na zewnątrz), panel może generować nawet o kilkanaście procent mniej mocy niż w chłodny, słoneczny dzień.

Wysoka temperatura dotyka także inwertery oraz inne podzespoły elektryczne. Falowniki generują ciepło podczas pracy i są wyposażone w układy chłodzenia (radiatory, wentylatory). Gdy upał jest ekstremalny, urządzenia te mogą nie nadążać z chłodzeniem, zwłaszcza jeśli są wystawione na bezpośrednie słońce lub zamontowane w słabo wentylowanym pomieszczeniu. Przegrzanie falownika skutkuje najczęściej jego wyłączeniem lub ograniczeniem mocy. Elektronika chroni się w ten sposób przed uszkodzeniem. W regionach o klimacie gorącym i wilgotnym zaobserwowano też zwiększoną częstość usterek inwerterów z powodu kondensacji wilgoci i korozji, gdy gorące dni przeplatają się z wilgotnymi nocami. Upał potrafi również przyspieszyć starzenie się izolacji kabli i złącz – materiały poddane ciągłemu oddziaływaniu promieniowania UV i wysokiej temperatury mogą pękać, jeśli nie są odpowiedniej jakości.

Dla ochrony instalacji przed upałami ważne są:

• Wentylacja – warto zapewnić przestrzeń między panelami a powierzchnią dachu, aby powietrze mogło je schłodzić.
• Lokalizacja – instalowanie farm fotowoltaicznych w miejscach, które są naturalnie chłodniejsze, np. blisko zbiorników wodnych lub na wyższych terenach, może poprawić wydajność.
• Chłodzenie falowników – ważne jest, aby falowniki były instalowane w cieniu lub w dobrze wentylowanych miejscach, co zmniejsza ryzyko ich przegrzania.

Źródła:

1. https://www.power-eng.com/renewables/solar-energy/damaging-hail-is-a-threat-to-most-u-s-solar-farms, dostęp: 18.07.2025 r.
2. https://fotowoltaikaonline.pl/porady/panele-fotowoltaiczne-grad, dostęp: 18.07.2025 r.
3. https://www.swissre.com/institute/research/topics-and-risk-dialogues/climate-and-natural-catastrophe-risk/climate-change-solar-power.html, dostęp: 18.07.2025 r.
4. https://www.powermag.com/the-solar-industry-is-getting-smarter-about-storm-defense/, dostęp: 18.07.2025 r
5. https://www.clir.eco/blog/temperature-detector-solar-farms, dostęp: 18.07.2025 r.