Czy panele słoneczne działają skutecznie w cieniu?

Panele słoneczne często napotykają zacienienie z różnych źródeł, które mogą być sezonowe i unikalne dla każdego domu. Zacienienie ma różny charakter, od dynamicznego zacienienia, takiego jak przesuwające się chmury, śnieg, odchody ptaków czy kurz, po statyczne zacienienie, takie jak budynki lub drzewa. Zacienienie wynika z przeszkód środowiskowych, przy czym źródła dynamiczne są tymczasowe, a statyczne bardziej trwałe.

Mimo to panele słoneczne nadal działają pod zacienieniem. Większość paneli dachowych zaczyna generować energię elektryczną krótko po wschodzie słońca w słoneczne dni. Ale czy zacienienie wpływa na efektywność generowania energii przez panele słoneczne?

W tym artykule wyjaśnimy wpływ zacienienia na ich wydajność i efektywność oraz przedstawimy 3 elastyczne rozwiązania na zacienienie paneli słonecznych.

 

 

Co się dzieje, gdy jeden panel słoneczny jest zacieniony w ciągu paneli

Panele słoneczne generują energię elektryczną dzięki efektowi fotowoltaicznemu, który zachodzi, gdy światło słoneczne pada na powierzchnię ogniw słonecznych w panelu. Te ogniwa słoneczne są zazwyczaj wykonane z materiałów półprzewodnikowych, takich jak krzem, które pochłaniają fotony ze światła słonecznego i uwalniają elektrony. Ten przepływ elektronów generuje prąd elektryczny, który można wykorzystać jako energię elektryczną.

Zasada działania paneli słonecznych wskazuje, że produkują one energię elektryczną w bezpośredniej korelacji

Panele słoneczne można łączyć szeregowo lub równolegle. Jednak nawet przy identycznych warunkach oświetleniowych i specyfikacjach systemu paneli słonecznych, zacienienie wpływa na panele inaczej w zależności od metody połączenia.

 

Jak cień wpływa na panele słoneczne połączone szeregowo?

W większości przypadków panele słoneczne są połączone szeregowo. Panele słoneczne zwykle łączy się szeregowo, aby zwiększyć napięcie, zmniejszyć straty prądu i uprościć projekt oraz instalację inwertera.

Jednak jeśli miejsce instalacji jest zacienione, dodawanie paneli słonecznych w szeregu nie jest najlepszą konfiguracją. Jeśli jeden panel jest zacieniony, prąd spadnie. W połączeniu szeregowym prąd jest określany przez najniższą wartość w ciągu.

Załóżmy, że trzy panele słoneczne 200W o maksymalnym napięciu mocy 21V i maksymalnym prądzie mocy 9,52A są połączone szeregowo. W idealnych warunkach ciąg ten wygeneruje 600W mocy.

Jeśli jeden panel słoneczny jest zacieniony, prąd może spaść do 5A, podczas gdy napięcie pozostaje niezmienione. Końcowa moc wyniesie 315W (5A x 21V x 3), a ogólna efektywność łańcucha spadnie o 48,5%.

W takim przypadku instalacja diod bocznikujących może odizolować zacieniony panel słoneczny, przekierowując prąd i „omijając” słabiej działające panele, dzięki czemu nie wpływają one na cały system. Jednak nadal powoduje to utratę mocy z paneli omijanych. W opisanym scenariuszu całkowita moc łańcucha wyniesie 400W.

 

Jak cień wpływa na panele słoneczne połączone równolegle?

W systemach paneli słonecznych połączonych równolegle wpływ zacienienia jest stosunkowo niewielki, ponieważ w obwodach równoległych napięcie pozostaje stałe, a prądy się sumują. Biorąc za przykład trzy panele o maksymalnym napięciu mocy 21V i maksymalnym prądzie mocy 9,52A, po połączeniu równoległym system idealnie wygeneruje moc 600W.

Jeśli jeden z paneli słonecznych jest zacieniony, co obniża prąd do 5 amperów, całkowita moc systemu paneli słonecznych wyniesie około 505W ((9,52 + 9,52 + 5)A x 21V). Oznacza to 16% spadek efektywności generowania energii.

 

Jak skuteczne są panele słoneczne w cieniu?

Zasadniczo energia produkowana przez panele słoneczne jest około połową, gdy są zacienione od bezpośredniego światła słonecznego.

Jednak efektywność paneli słonecznych w cieniu nie ma dokładnej wartości, ponieważ zależy od wielu czynników. Nawet przy identycznych specyfikacjach paneli i równych obszarach zacienienia, wpływ różni się w różnych warunkach. Czynniki takie jak natężenie światła, położenie geograficzne, kąt nachylenia dachu i orientacja mają znaczenie.

Mimo to, zacienienie nie oznacza, że nie możesz korzystać z paneli słonecznych w domu, jeśli Twój dach jest zacieniony przez cały dzień. Dzięki starannie zaprojektowanym układom lub zastosowaniu określonych technologii można pokonać problemy związane z zacienieniem.

 

Rozwiązania problemu zacienienia paneli słonecznych

Wspomniane wcześniej diody bocznikujące i równoległe panele słoneczne mogą częściowo złagodzić spadek efektywności generowania energii spowodowany zacienieniem, ale nie zawsze są najlepszym rozwiązaniem.

Na przykład, równoległe łańcuchy mogą nie spełniać wymagań napięciowych, a diody bocznikujące mogą tylko zmniejszyć wkład mocy zacienionych paneli słonecznych do zera.

Nie mogą one maksymalizować energii zbieranej z zacienionych paneli, aby zminimalizować straty.

Poza tymi dwoma metodami przedstawimy 4 typy urządzeń, które pozwalają bardziej elastycznie maksymalizować efektywność generowania energii w systemach paneli słonecznych, zapewniając, że zacienione panele nie wpływają na wydajność pozostałych w systemie.

 

Solution1 - Mikroinwerter

Microinwertery są odpowiednie do radzenia sobie z problemami zacienienia, ponieważ konwertują prąd stały na zmienny na poziomie panelu, pozwalając każdemu panelowi słonecznemu działać niezależnie od pozostałych w instalacji. Oznacza to, że nawet jeśli jeden panel jest zacieniony, może nadal generować energię z dostępnego światła słonecznego, podczas gdy pozostałe panele kontynuują produkcję energii na maksymalnej mocy.

 

Rozwiązanie2 - Inwerter świadomy zacienienia

Niektórzy producenci integrują diody obejściowe w swoich panelach słonecznych. Ponieważ diody obejściowe pozwalają inwerterowi „pominąć” zacienione panele zamiast pracować przy niższym prądzie, krzywa mocy częściowo zacienionej instalacji wygląda inaczej niż instalacji bez zacienienia. Jak pokazano na poniższym rysunku, ta pierwsza będzie miała wiele szczytów.

Jednak tradycyjne algorytmy śledzenia punktu mocy maksymalnej (MPPT) nie są w stanie śledzić globalnego punktu mocy maksymalnej (GMPP) przy częściowym zacienieniu, co powoduje, że inwerter wybiera suboptymalny punkt MPP (lokalny punkt mocy maksymalnej).

Aby rozwiązać ten problem, możesz wybrać inwerter świadomy zacienienia, taki jak PowMr inwerter magazynujący energię z serii SOLXPOW. Posiada zaawansowany algorytm śledzenia MPP Shade Scan, który regularnie skanuje punkty mocy na poziomie łańcucha, aby określić dokładny globalny punkt mocy maksymalnej (GMPP). Następnie dostosowuje punkt pracy na podstawie tego GMPP, aby zmaksymalizować wydajność twojej instalacji PV w przypadku zacienienia.

 

Rozwiązanie3 - Wielokrotny inwerter MPPT

Inwertery Multi-MPPT są powszechnie stosowane na dachach o różnych orientacjach i oferują solidne rozwiązanie na wypadek zacienienia. Poprzez staranne zaplanowanie ilości i układu instalacji fotowoltaicznych na dachu, bazując na konstrukcji dachu i warunkach oświetleniowych, każda instalacja może być podłączona do inwerterów wyposażonych w dwa lub więcej Śledzących Punkty Mocy Maksymalnej (MPPT). Te śledzące dostosowują napięcie, aby stale dopasować się do preferowanego zakresu wejściowego inwertera, maksymalizując pozyskiwanie energii z każdego łańcucha paneli słonecznych, nawet przy częściowym zacienieniu.

W zasadzie inwertery multi-MPPT umożliwiają niezależną pracę każdego stringu, optymalizując wydajność przy zmiennych warunkach zacienienia. Ta elastyczność zapewnia, że zacienienie minimalnie wpływa na wydajność systemu, zmniejszając straty energii i zwiększając ogólną efektywność.

 

Solution4 - Kontroler ładowania / Inwerter do pracy równoległej

Kontroler ładowania słonecznego do pracy równoległej

Podobnie jak w przypadku wielu inwerterów MPPT, możesz elastycznie zaprojektować każdy string zgodnie z rzeczywistymi warunkami i podłączyć je do każdego kontrolera ładowania słonecznego w połączeniu równoległym.

Po zmontowaniu całego systemu fotowoltaicznego każdy kontroler ładowania optymalnie śledzi punkty pracy różnych systemów paneli słonecznych. Następnie specjalistyczna komunikacja równoległa zapewnia wymianę danych, aby zmaksymalizować produkcję energii i bezpiecznie ładować akumulatory.

Inwerter słoneczny do pracy równoległej

Inwertery do pracy równoległej w systemie zarządzają oddzielnymi stringami, zapewniając, że zacienione i nasłonecznione tablice paneli słonecznych działają niezależnie i efektywnie. Ta konfiguracja nie tylko optymalizuje generowanie energii elektrycznej, ale także umożliwia przyszłą skalowalność istniejącego systemu paneli słonecznych.

Te inwertery są zdolne do obsługi większych obciążeń prądu przemiennego i rozbudowy, co czyni je wszechstronnymi i opłacalnymi w porównaniu do mikroinwerterów. Ten projekt zapewnia, że każda tablica działa z maksymalną wydajnością, niezależnie od warunków sąsiednich tablic.

Ogólnie rzecz biorąc, inwertery równoległe oferują solidność w projektowaniu systemu, wspierając zarówno bieżące operacje, jak i przyszły wzrost mocy energii słonecznej, jednocześnie potencjalnie obniżając całkowite koszty instalacji.

 

Typowe obawy dotyczące oświetlenia słonecznego

Czy panele słoneczne mogą działać bez bezpośredniego światła?

Panele słoneczne mogą generować energię elektryczną nawet bez bezpośredniego światła słonecznego. Mogą nadal produkować energię w pochmurne dni lub gdy niebo jest częściowo zachmurzone. Dzieje się tak, ponieważ potrafią wykorzystać rozproszone światło słoneczne i przekształcić je w energię elektryczną za pomocą swoich ogniw fotowoltaicznych. Chociaż są najbardziej wydajne przy bezpośrednim świetle słonecznym, mogą działać z obniżoną wydajnością w warunkach światła pośredniego.

 

Czy panele słoneczne działają w pochmurne lub deszczowe dni?

Tak, panele słoneczne mogą działać zarówno w pochmurne, jak i deszczowe dni. Chociaż ich wydajność może być niższa w porównaniu do słonecznych dni, nadal mogą generować energię elektryczną. Pochmurna pogoda zmniejsza natężenie światła docierającego do paneli, ale nadal mogą one przekształcać dostępne światło w energię elektryczną. Deszcz zazwyczaj nie wpływa na ich funkcjonowanie, choć bardzo intensywny deszcz lub zanieczyszczenia mogą tymczasowo obniżyć wydajność do momentu oczyszczenia.