zacienienie paneli fotowoltaicznych

Jak zacienienie paneli fotowoltaicznych wpływa na wydajność instalacji?

Zacienienie paneli fotowoltaicznych bardzo negatywnie wpływa na wydajność całej instalacji fotowoltaicznej. Stwierdzenie, że cień to największy wróg fotowoltaiki i do tego często niedoceniany jest jak najbardziej prawdziwe. Problem zacienienia bagatelizowany jest zarówno przez Klientów, jak i projektantów. Żeby zobrazować jego skalę, odniosę się do danych z książki „Instalacje fotowoltaiczne”. Zaledwie 3% zacienienie instalacji może spowodować spadek jej mocy o 25%. Poza aspektami technicznymi właśnie zacienienie jest tym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę podczas projektowania instalacji.

Dla pełnego zrozumienia jak zacienienie wpływa na panele fotowoltaiczne, punktem wyjścia powinna być znajomość budowy panelu.

Wpływ zacienienia paneli fotowoltaicznych na ich moc.

Zarówno panel polikrystaliczny, jak i monokrystaliczny zbudowany jest z pojedynczych ogniw krzemowych (60-72) połączonych ze sobą szeregowo. Panele w instalacji fotowoltaicznej również łączone są szeregowo. W związku z tym prąd będzie równy prądowi wytwarzanemu przez najsłabsze ogniwo, czyli zacieniony panel.

Taka sytuacja będzie skutkowała spadkiem mocy wszystkich paneli w łańcuchu, co za tym idzie spadkiem wydajności całej instalacji. System bowiem dostosuje swoją pracę do pracy najsłabszego ogniwa.

Aby uchronić moduły przed negatywnymi skutkami zacienienia, stosuje się diody bocznikujące (bypass).

Obecnie dostępne moduły mają zazwyczaj trzy diody bocznikujące połączone równolegle z łańcuchem 20-24 ogniw. Każdy fragment pracuje niezależnie. Umożliwiają one przepływ prądu z pominięciem zacienionego ogniwa.

Przy optymalnych warunkach oświetleniowych prąd nie przepływa przez diody. Zaczynają one działać, kiedy pojawia się zacienie. Dotychczasowym standardem jest wykorzystanie 3 diod w jednym panelu. Załączenie się jednej z diod powoduje spadek mocy panelu o 33,3%.

zacienienie modułu fotowoltaicznego

 

Jak wynika z powyższej ilustracji, nawet niewielki liść lub zanieczyszczenie ptasimi odchodami spowoduje zmniejszenie wydajności całej instalacji.

Właściwe ustawienie paneli wpływa na redukcję skutków zacienienia.

Jak zapewne wiesz, moduły mogą być montowane pionowo i poziomo. Nie ma to znaczenia dla pracy instalacji, ale ma ogromne w przypadku występowania zacienienia panelu fotowoltaicznego.

  • Ułożenie poziome. Przy pojawieniu się cienia wzdłuż modułu, z uwagi na posiadanie trzech diod bocznikujących jedynie jedna trzecia modułu zostanie wyłączona.

ustawienie poziome modułu

  • W przypadku ułożenia pionowego poprzeczny cień spowoduje wyłączenie całego modułu z pracy.

ustawienie pionowe modułu

Znając wpływ zacienienia punktowego, podłużnego i poprzecznego na moc jednego modułu, możemy przewidzieć skutki dla wydajności całej instalacji.

Podstawą przystąpienia do symulacji ułożenia paneli jest określenie obszarów zagrożonych zacienieniem.

Podczas analizy należy uwzględnić azymut i sezonowość zacienienia wynikającą z pór roku.

Jesienią i zimą nisko położone słońce powoduje wydłużenie cieni. Pod tym kątem należy przeanalizować okoliczne wysokie budynki, blisko rosnące drzewa i słupy energetyczne. Jeśli przed budynkiem rosną drzewa, które okresowo będą rzucały cień idący od dołu, korzystne jest poziome ułożenie paneli. Zredukuje ono skutki zacienienia poprzez wyłączanie poszczególnych łańcuchów ogniw, a nie całego modułu.

W zależności od pory dnia i azymutu przeszkodami jest również infrastruktura dachowa, czyli jaskółki, kominy i lukarny. Umieszczenie paneli w strefie wysokiego zagrożenia cieniem znacznie pogorszy wydajność instalacji.

Poniższa ilustracja obrazuje strefy zacienienia paneli fotowoltaicznych dla orientacji południowej budynku. W przypadku odchylenia południowej elewacji dachu w kierunku południowo-wschodnim bardziej zacieniona będzie strona wschodnia. W orientacji południowo-zachodniej dłuższy cień będzie na stronie zachodniej. Te elementy rzucają cień w układzie pionowym, w związku z tym w tej orientacji należy zamontować panele.

Strefy zagrożenia cieniem na dachu.

Pomarańczowy spadek wydajności od 10%. Obszar żółty od 2 do 5%. Obszar zielony poniżej 1%.

strefy zagrożenia cieniem

Właściwy projekt powinien uwzględniać takie połączenie paneli, żeby w sytuacji, kiedy nie da się wyeliminować okresowego zacienienia paneli fotowoltaicznych, podnieść wydajność instalacji o kilka procent.

Jednostkowo ta wartość nie jest wysoka, ale przez 25 lat pozwoli na spore oszczędności. Połączenie paneli ze strefy zacienienia w jeden łańcuch, a w drugi tych bez ryzyka zacienienia, możliwe jest przez wykorzystanie falownika z dwoma niezależnymi MPP trakerami. W praktyce wygląda to tak, jakby pracowały dwie mniejsze niezależne instalacje.

Aby zoptymalizować pracę całej instalacji, przy niewielkich zacienieniach wykorzystuje się optymalizatory mocy. Zastosowanie go pozwala na niezależną pracę panela. Gorsze parametry jednego modułu nie będą więc miały katastrofalnego wpływu na całą instalację.

Jakie zagrożenia występują w przypadku instalacji fotowoltaicznej na dachu płaskim lub gruncie?

Podstawowym błędem jest zbyt mała odległość pomiędzy rzędami paneli i wzajemne zacienianie się. Odległość powinna być wyliczona za pomocą funkcji trygonometrycznej, a nie oszacowana „na oko”. W przypadku montażu pionowego paneli, za blisko rozstawione rzędy spowodują wyłączenie wszystkich dolnych rzędów paneli, od drugiego począwszy.

Aby wyliczyć odpowiednią odległość, potrzebne są wymiary modułu (kluczowe czy ułożenie jest poziome, czy pionowe). Kąt padania promieni 22 grudnia, gdy cień jest najdłuższy. Ważna  jest także szerokość geograficzna miejscowości, w której instalacja będzie zlokalizowana.

Dla porównania: brak zacienienia zimą w godzinach południowych gwarantuje odległość 6,8 m między rzędami na północy polski a 5,5 m na południu.

We wcześniejszej części wpisu pokazane są skutki zacienienia punktowego na panel fotowoltaiczny. Zbyt niskie posadowienie instalacji na gruncie niesie zagrożenie w postaci wysokich traw. Dlatego tak ważna jest odpowiednia pielęgnacja terenu wokół instalacji.

Śnieg jako czynnik zacieniający panele fotowoltaiczne.

Ostatnim głównym okresowym czynnikiem zacieniającym jest śnieg. Moduły ustawione pionowo nie będą produkowały energii, aż do całkowitego rozpuszczenia się śniegu. W przypadku poziomego ułożenia wraz z topniejącym śniegiem i jego przesuwaniem w dół  pracę będą podejmować odkryte łańcuchy ogniw.

Klimat w Polsce się zmienia, zimy są coraz cieplejsze z mniej obfitymi opadami śniegu. Zagrożenie zacienienia śniegiem nie powinno być więc kluczowe przy wyborze poziomego ułożenia modułów.

Korzyści z dodatkowych kWh wyprodukowanych dzięki optymalizacji pracy zaśnieżonej instalacji są niewspółmierne do dodatkowych kosztów wynikających z poziomego ułożenia paneli. Koszt konstrukcji montażowej w poziomym ułożeniu może być wyższy w przypadku blachodachówki nawet o 70%.

Podsumowując, zawsze należy dokładnie przeanalizować ryzyko wystąpienia cienia pod względem wydajności instalacji. Z ekonomicznego punktu widzenia lepiej mieć mniejszą, co za tym idzie tańszą instalację ale o wyższej wydajności.

Rezygnacja z montażu paneli w strefach szczególnie zagrożonych zacienieniem może podnieść wydajność instalacji od kilku do kilkunastu procent. 

 

Kolejny artykuł:

SunLink Panele fotowoltaiczne.

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *