Чи ефективно працюють сонячні панелі в тіні?

Сонячні панелі часто зазнають затінення з різних джерел, яке може бути сезонним і унікальним для кожного будинку. Затінення буває різним за природою — від динамічного затінення, як-от рухливі хмари, сніг, пташиний послід або пил, до статичного затінення, як-от будівлі або дерева. Затінення виникає через перешкоди в навколишньому середовищі, причому динамічні джерела є тимчасовими, а статичні — більш тривалими.

Незважаючи на це, сонячні панелі все одно працюють під затіненням. Більшість дахових сонячних панелей починають виробляти електроенергію незабаром після сходу сонця в ясні дні. Але чи впливає затінення на ефективність генерації електроенергії сонячними панелями?

У цій статті ми пояснимо вплив затінення на їхню продуктивність і ефективність, а також представимо 3 гнучкі рішення для затінення сонячних панелей.

 

 

Що відбувається, якщо одна сонячна панель затінена в сонячній батареї

Сонячні панелі генерують електроенергію через фотогальванічний ефект, який виникає, коли сонячне світло потрапляє на поверхню сонячних елементів у панелі. Ці сонячні елементи зазвичай виготовлені з напівпровідникових матеріалів, таких як кремній, які поглинають фотони сонячного світла і вивільняють електрони. Цей потік електронів створює електричний струм, який можна використовувати як електроенергію.

Принцип роботи сонячних панелей полягає в тому, що вони виробляють електроенергію безпосередньо пропорційно впливу сонячного світла. Затінення сонячної панелі зменшує кількість світла, що досягає елементів, відповідно знижуючи їх електричну віддачу.

Сонячні панелі можна підключати послідовно або паралельно. Однак навіть за однакових умов освітлення та характеристик системи сонячних панелей затінення впливає на панелі по-різному залежно від способу їх підключення.

 

Як затінення впливає на сонячні панелі, підключені послідовно?

У більшості випадків сонячні панелі підключаються послідовно. Зазвичай сонячні панелі підключаються послідовно для підвищення напруги, зменшення втрат струму та спрощення конструкції й встановлення інвертора.

Однак, якщо на місці встановлення є затінення, додавання сонячних панелей послідовно не є найкращою конфігурацією. Якщо одна панель затінена, струм знизиться. У послідовному з'єднанні струм визначається найнижчим значенням у ланцюзі.

Припустимо, що три сонячні панелі по 200 Вт з максимальною напругою потужності 21 В і максимальним струмом потужності 9,52 А підключені послідовно. За ідеальних умов ланцюг вироблятиме 600 Вт потужності.

Якщо одна сонячна панель затінена, струм може впасти до 5А, тоді як напруга залишається незмінною. Кінцева потужність буде 315 Вт (5А x 21В x 3), а загальна ефективність ланцюга знизиться на 48,5%.

У цьому випадку встановлення обхідних діодів може ізолювати затінену сонячну панель, перенаправляючи струм і «обминаючи» панелі з низькою продуктивністю, щоб вони більше не впливали на всю систему. Однак це все одно призводить до втрати вихідної потужності від обхідних панелей. У описаному сценарії загальна потужність ланцюга становитиме 400 Вт.

 

Як тінь впливає на сонячні панелі, з’єднані паралельно?

У системах сонячних панелей, з’єднаних паралельно, вплив затінення відносно мінімальний, оскільки в паралельних ланцюгах напруга залишається сталою, а струми сумуються. Візьмемо три панелі з максимальною напругою 21В і максимальним струмом 9,52А: при паралельному з’єднанні система ідеально генеруватиме 600 Вт потужності.

Якщо одна з сонячних панелей затінена, і струм знижується до 5 ампер, загальна потужність системи сонячних панелей буде приблизно 505 Вт ((9,52 + 9,52 + 5)А x 21В). Це означає зниження ефективності генерації на 16%.

 

Наскільки ефективні сонячні панелі в тіні?

За загальним правилом, енергія, вироблена сонячними панелями, приблизно вдвічі менша при затіненні від прямого сонячного світла.

Однак ефективність сонячних панелей у тіні не має точного значення, оскільки на неї впливає багато факторів. Навіть за однакових характеристик панелей і рівних затінених площ вплив варіюється в різних умовах. Фактори, такі як інтенсивність світла, географічне розташування, кут нахилу даху та орієнтація, відіграють роль.

Незважаючи на це, затінення не означає, що ви не можете отримувати користь від домашніх сонячних панелей, якщо ваша покрівля затінена протягом дня. Завдяки ретельно продуманим схемам розташування або використанню певних технологій можна подолати проблеми затінення.

 

Рішення для затінення сонячних панелей

Раніше згадані обхідні діоди та паралельні сонячні панелі можуть дещо пом’якшити зниження ефективності генерації через затінення, але вони не завжди є найкращими рішеннями.

Наприклад, паралельні ланцюги можуть не відповідати вимогам до напруги, а обхідні діоди можуть лише зменшити внесок затінених сонячних панелей у генерацію енергії до нуля.

Вони не можуть максимально використовувати енергію, зібрану з затінених панелей, щоб мінімізувати втрати.

Окрім цих двох методів, ми представимо 4 типи пристроїв для більш гнучкого максимального підвищення ефективності генерації енергії сонячних панелей, забезпечуючи, що затінені панелі не впливають на продуктивність інших у системі.

 

Solution1 - Мікроінвертор

Мікроінвертори підходять для вирішення проблем затінення, оскільки вони перетворюють постійний струм у змінний на рівні панелі, дозволяючи кожній сонячній панелі працювати незалежно від інших у масиві. Це означає, що навіть якщо одна сонячна панель затінена, вона все одно може генерувати електроенергію з доступного сонячного світла, тоді як інші панелі продовжують виробляти енергію на своєму максимальному рівні.

 

Рішення2 - Інвертор, що враховує затінення

Деякі виробники інтегрують байпасні діоди у свої сонячні панелі. Оскільки байпасні діоди дозволяють інвертору «пропускати» затінені панелі замість роботи при зниженому струмі, крива потужності частково затіненого масиву відрізняється від кривої незатіненого масиву. Як показано на малюнку нижче, перший матиме кілька піків.

Однак традиційні алгоритми відстеження максимальної точки потужності (MPPT) не можуть відстежувати глобальну максимальну точку потужності (GMPP) при частковому затіненні, через що інвертор обирає субоптимальну MPP (локальну максимальну точку потужності).

Щоб вирішити цю проблему, ви можете обрати інвертор, що враховує затінення, наприклад, інвертор для зберігання енергії PowMr серії SOLXPOW. Він оснащений передовим алгоритмом відстеження MPP із скануванням затінення, який постійно сканує точки потужності на рівні рядка з регулярними інтервалами, щоб визначити точну глобальну максимальну точку потужності (GMPP). Потім він коригує робочу точку на основі цього GMPP, щоб максимізувати вихід вашої фотоелектричної установки у разі затінення.

 

Рішення3 - Сонячний інвертор з кількома MPPT

Інвертори з кількома MPPT часто використовуються на дахах з різними орієнтаціями та пропонують надійне рішення для затінення. Ретельно плануючи кількість і розташування сонячних масивів на даху з урахуванням конструкції даху та освітленості, кожен масив можна підключити до інверторів, оснащених двома або більше трекерами максимальної точки потужності (MPPT). Ці трекери регулюють напругу, щоб постійно відповідати бажаному діапазону вхідної напруги інвертора, максимізуючи вилучення енергії з кожного рядка сонячних панелей, навіть при частковому затіненні.

По суті, мульти-MPPT інвертори дозволяють незалежну роботу кожного струмка, оптимізуючи вихід при різних умовах затінення. Така гнучкість забезпечує мінімальний вплив затінення на продуктивність системи, знижуючи втрати енергії та підвищуючи загальну ефективність.

 

Solution4 - контролер заряду / інвертор для паралельної роботи

Контролер заряду сонячних панелей для паралельної роботи

Подібно до кількох MPPT інверторів, ви можете гнучко проєктувати кожен струмок відповідно до реальних умов і підключати їх до кожного контролера заряду сонячних панелей у паралельному з’єднанні.

Після збирання всієї сонячної електростанції кожен контролер заряду оптимально відстежує робочі точки різних сонячних систем. Надалі спеціалізований паралельний зв’язок забезпечує обмін даними для максимізації виробництва енергії та безпечного заряджання акумуляторів.

Сонячний інвертор для паралельної роботи

Інвертори для паралельної роботи в системі керують окремими струмками, забезпечуючи незалежну та ефективну роботу затінених і освітлених сонячних панелей. Така конфігурація не лише оптимізує генерацію електроенергії, а й сприяє майбутній масштабованості існуючої сонячної системи.

Ці інвертори здатні підтримувати більші змінні навантаження та розширення, що робить їх універсальними та економічно вигідними порівняно з мікроінверторами. Така конструкція гарантує, що кожен масив працює на піковій продуктивності, не залежно від стану сусідніх масивів.

В цілому, паралельні інвертори забезпечують надійність у проєктуванні системи, підтримуючи як поточні операції, так і майбутнє зростання потужності сонячної енергії, при цьому потенційно знижуючи загальні витрати на встановлення.

 

Поширені питання щодо сонячного освітлення

Чи можуть сонячні панелі працювати без прямого світла

Сонячні панелі можуть генерувати електроенергію навіть без прямого сонячного світла. Вони все одно можуть виробляти енергію у хмарні дні або коли небо частково затягнуте хмарами. Це тому, що вони можуть використовувати розсіяне сонячне світло і перетворювати його в електрику через свої фотоелектричні елементи. Хоча вони найбільш ефективні при прямому сонячному світлі, вони можуть працювати з меншою ефективністю при непрямому освітленні.

 

Чи працюють сонячні панелі у хмарний або дощовий день?

Так, сонячні панелі можуть працювати як у хмарні, так і в дощові дні. Хоча їхня ефективність може бути нижчою порівняно з сонячними днями, вони все одно можуть генерувати електроенергію. Хмарна погода зменшує інтенсивність сонячного світла, що досягає панелей, але вони все одно можуть перетворювати доступне світло в електрику. Дощ зазвичай не впливає на їхню функціональність, хоча дуже сильний дощ або сміття можуть тимчасово знизити вихідну потужність до очищення.