Napelemes modulok árnyékolása – a múlt problémája?

A részleges árnyékolás hatásai a szolármodulokra

Ragyogó napsütés, egy felhő sincs az égen, és egy napelemes rendszer van a tetőn – tökéletes feltételek a napelemes rendszer tulajdonosai számára a nagy hozamú napenergia-termeléshez. De csak nagyon kevés tető marad teljesen árnyékmentes: a fák, oszlopok, tévéantennák és a szomszédos épületek gyakran vetnek árnyékot a szolármodulokra. Az eredmény – vélhetően – alacsonyabb termelés és hozam. Közelebbről megvizsgálva azonban gyorsan kiderül, hogy az egyenetlen árnyékolás okozta veszteségek valójában elhanyagolható hatással vannak az év végi összhozamra. Kritikus tényezők azonban: a modulok helyes elrendezésének biztosítása és a megfelelő inverter.

Egy makacs mítosz leleplezése

Még mindig elterjedt nézet, hogy a szolármodulok – például lehullott levelek okozta – árnyékolása miatt a teljes napelemes rendszer nem vagy csak nagyon kevés energiát termel. Az elképzelés hasonlít a kerti tömlő esetéhez, amely – függetlenül attól, hogy hol szorítjuk össze – nem vagy csak nagyon kevés vizet enged át magán. Ez az állítás már régen elavult, mivel a megoldás erre ma már minden modulba be van építve bypass diódák formájában.

Nagyobb teljesítmény a hatékony maximális teljesítménypont követési algoritmussal

Az árnyékolás vagy az illesztési veszteségek lehető legnagyobb mértékű minimalizálása érdekében a sztringinvertereket vagy a multi-sztringinvertereket egy – vagy esetleg több – maximális teljesítménypont követővel (MPP tracker) szerelik fel. Ideális esetben mindegyik sztring MPP trackerrel van felszerelve, amely folyamatosan meghatározza a csatlakoztatott sztringek optimális működési pontját, így mindig maximális értéken tartja a napelemes rendszer teljesítményét.

Dynamic Peak Manager – hatékony árnyékoláskezelés alapkivitelben

Az intelligens árnyékoláskezelő rendszer –ideális esetben már az inverterbe integrálva – a részleges árnyékolás ellenére is maximális hozamot biztosít, ami azt jelenti, hogy a részlegesen árnyékolt tetőfelületek is bevonhatók az elrendezésbe. A Fronius Dynamic Peak Manager olyan intelligens MPP-követő algoritmus, amely észleli az árnyékolást és optimalizálja a hozamot a sztringek szintjén. Ehhez rendszeresen – nagyjából 10 percenként – letapogatja és elemzi a teljes feszültség-teljesítménygörbét, mindig megtalálva a napelemes rendszer leghatékonyabb működési pontját (globális maximális teljesítménypont).

Példa kémény általi árnyékolásra

A független szimulációs szoftverrel végzett árnyékolási szimuláció azt mutatja, hogy kicsi az éves árnyékolási veszteség.  Alapvetően két különböző veszteségkategóriát kell figyelembe venni.

Modulspecifikus részleges árnyékolási veszteség: A különféle árnyékoló tárgyak – ebben az esetben egy kémény – miatt a napfény elzáródik, és kevesebb fény esik a szolármodulokra. Ezt a csökkent fénybeesést nem tudja optimalizálni semmilyen inverter, teljesítményoptimalizáló vagy mikroinverter; az egyetlen megoldás ebben az esetben az árnyékot vetítő tárgy eltávolítása.

Ezzel szemben az illesztési veszteség – azaz a sztringek összekapcsolási vesztesége – jelentősen javítható egy intelligens MPP-követő algoritmussal: ahogy a táblázatban látható, a Dynamic Peak Managernek köszönhetően az illesztési veszteség körülbelül kétharmadával alacsonyabb, mint a modulszintű árnyékolási veszteség.

A vízszintesen elhelyezett szolármodulokkal végzett szimuláció éves szintű árnyékolási eredményei

A szimulációs eredmények egyértelműen azt mutatják, hogy a modulspecifikus részleges árnyékolás sokkal nagyobb százalékos veszteséget (kb. 0.18%) eredményez, mint az illesztési veszteség (kb. 0.06%). Ha a napelemes rendszer lelkeként funkcionáló inverter hatékony MPP-követéssel és intelligens árnyékoláskezeléssel rendelkezik – mint minden Fronius inverter – akkor biztos lehet benne, hogy még kihívást jelentő környezeti körülmények között is optimális hozamot ér el, és hogy a hardver és a szoftver tökéletes összhangban működik – további alkatrészek és költségek nélkül.

Megoldást jelent a teljesítményoptimalizáló?

Bár az egyenáramú optimalizálók árnyékolás esetén is javíthatják a rendszer teljesítményét, ritkán bizonyulnak költséghatékonynak: az optimalizáló minden egyes modult az egyéni MPP-hez próbál optimalizálni. A feszültség modulszintű szabályozásával egy teljesítményoptimalizáló feltétlenül előnyöket kínál – különösen a fény árnyékolása esetén –, de csak addig, amíg nem aktiválódnak a bypass diódák.

Kiegészítő komponensként a DC/DC átalakítók maguk is energiát igényelnek, sőt készenléti üzemmódban energiát fogyasztanak, amelyet először a napelemes rendszernek kell előállítania. Ennek eredményeként az elért többlethozam gyakran alacsonyabb, ezért általában nem indokolja a magasabb beruházási költségeket. Ráadásul az egyes modulokon elhelyezendő számos további alkatrész csökkenti a rendszer általános megbízhatóságát, így növeli a napelemes rendszer meghibásodásának valószínűségét is.