Енергийната ефективност на фотоволтаичните панели е заводска характеристика, зависеща от конкретната технология на тяхното производство. Производителността на панела, респективно фотоволтаичната инсталация, зависи пряко от климатичните и географските му специфики. По тази причина правилното проектиране на системата е от съществено значение за надеждната ѝ работа и оптималното производство на електроенергия. Производителността на фотоволтаичните системи е пряка функция от ориентацията и наклона на соларните панели спрямо земната равнина, съответно от ъгъла, под който попада пряката слънчева радиация върху повърхността на панела. При еднакви условия, като локация на терена, вид и мощност на соларните панели, конфигурация на инвертори и др., различните инсталации имат различни производствени характеристики както в абсолютни, така и в относителни стойности.
При даден набор от варианти на няколко вида фотоволтаични системи с идентична инсталирана мощност, виртуално разположени на една и съща локация, и без ограничения от терен и/или засенчвания може да се дефинира съответна стойност на теоретично възможното максимално производство, спрямо което да се определи ефективността на всяка отделна система.
Като стандартна статистическа група се приемат най-разпространените разновидности на статични фотоволтаични системи – стандартни с фиксиран ъгъл на наклона (15°, 20°, 25°, 30° и 35°) и такива в конфигурация изток/запад (при наклони 10° и 15°). Точната пространствена ориентация може да варира в зависимост от геодезията на терена, като базово е прието тя да е с централна ос ориентирана в посока север/юг (180S).
Изчисляването на относителната ефективност се основава на съотношението между конкретното единично производство и теоретично максималното в групата (при миксирано производство), представено като процент от максималния възможен коефициент kWh/kWp (количество произведена енергия от единица инсталирана мощност) за даден период. Данните се базират на средните статистически стойности за общо годишно, месечно и почасово производство, определени на годишна база (б.ред. при един затворен календарен цикъл на работа).
На годишна база фотоволтаичните системи с фиксиран ъгъл са значително по-ефективни и постигат до 98% от максималната възможна генерирана енергия за конкретната статистическа група, докато ефективността на системите в конфигурация изток/запад е значително по-ниска. За да се получи идентично като количество енергия би било необходимо инсталирането на около 15% по-голяма мощност.
Анализът на ефективността на производството на различните фотоволтаичните системи не се ограничава само до техническите параметри и данни. От друга страна, тяхната крайна ефективност се измерва в генерираните приходи. Динамиката в цените на тока усложнява изчисленията за крайната относителна възвращаемост на направената инвестиция.
Като средна статистическа норма и за опростяване на възможните вариации и комбинации, флуктуацията на цената на тока може да се дефинира спрямо две основни направление – месечната динамика, на базата на относителното изменение спрямо средногодишната и стойност, и дневната динамика, на базата на относителното изменение спрямо среднодневната ѝ стойност.
Месечната динамика на цените на електроенергията, като относителни величини, определени спрямо статистически осреднената номинална годишна цена, са функция от повишеното търсене през определени периоди от годината, било то за отопление или за охлаждане, и съответно намаленото такова за периоди с отпаднала необходимост за това. Най-голямо търсене и съответно цена има през зимния период, докато пролетта и началото на лятото се характеризират с по-ниско потребление на електроенергия и благоприятни климатични условия, а за самия летен период цената е еквивалентна на средногодишната стойност на електроенергията.
При дневната динамика на цените изменението като процентна вариация спрямо средната дневна цена се характеризира с няколко основни зони, обусловени от наличието или липсата в тях на определени специфични консуматори, формиращи даденото потребление в съответния часови диапазон.
През нощните часове от 00:00 до 06:00 часа цените на електроенергията са значително под средното дневно ниво и започват да се покачват с началото на работния ден, като в последващите часове продължават да следват профила на стандартната средна консумация. По-значително покачване на цените, с достигане на пикови стойности около 20% над средната дневна цена, има между 18:00 и 21:00 часа. То съвпада с периода, когато хората се прибират вкъщи и консумацията на електроенергия се увеличава значително.
Описаната динамика на цените, съотнесени към статистическите производствени характеристики на всяка една от системите, позволява да се моделира и оцени относителната финансова ефективност* на съответното производство.
Данните показват, че и като финансово изражение стандартните фотоволтаичните системи с фиксиран ъгъл на наклона са значително по-ефективни от системите в конфигурация изток/запад, независимо от предимството на последните за повишена генерация в по-скъпите часовите зони рано сутрин от 05:00 до 07:00 часа и късно следобед от 17:00 до 19:00 часа. Между различните конфигурации се запазва съотношението както при ефективността на производство, като системите с по-голям ъгъл (25°, 30° и 35°) осигуряват по-добра и близка до максималната възвръщаемост на инвестициите.
Важно е да се отбележи, че данните се отнасят за ефективността като процент от максимално възможните приходи, а не абсолютната стойност на приходите. Това означава, че дори и системите с по-ниска финансова ефективност могат да генерират значителни приходи, но потенциалът им за печалба е по-нисък в сравнение с други системи.
Сравнителното представяне на фотоволтаичните системи се извършва едновременно по двата ключови показателя – ефективност на производство и финансова ефективност. Това позволява да се идентифицират оптималните решения за инвестиции в слънчева енергия.
Повечето от анализираните фотоволтаични системи се характеризират с по-ниска финансова ефективност в сравнение с тяхната енергийна ефективност. Причината за това е, че тези системи генерират значителна част от своята енергия в часови зони и месечни периоди с ниски цени на електроенергията. Това води до по-малки приходи и понижена финансовата ефективност на системите.
При разположение на панелите в конфигурация изток/запад, фотоволтаичните системи генерират електроенергия през по-голяма част от деня, сравнено с другите системи. От друга страна, пиковата им мощност е по-ниска в сравнение със системите с фиксиран наклон и южна ориентация. Най-ефективни от анализираната група са системите с наклон на панелите между 30 и 35°, при които двата показателя – енергийна и финансова ефективност, са практически изравнени. Това предполага, че при тези ъгли на наклон се постига оптимално съотношение между количеството на генерирана енергия и цената, на която тя се продава.
*Относителна финансова ефективност – съотношението на прогнозните приходи на конкретната система спрямо теоретично максимално възможния миксиран приход в групата, представено в проценти.
