Zacienienie modułów PV — problem przeszłości?

Wpływ częściowego zacienienia na moduły fotowoltaiczne

Pełne słońce, ani jednej chmurki na niebie i instalacja PV umieszczona na dachu — to idealne warunki do wydajnej produkcji energii słonecznej przez instalację PV. Jednak niewiele dachów jest całkowicie wolnych od zacienienia — drzewa, słupy, anteny telewizyjne i sąsiednie budynki często rzucają cień na moduły fotowoltaiczne. Teoretycznie powinno się to odbijać na produkcji i wydajności. Jednak bliższa analiza problemu szybko ujawnia, że straty spowodowane częściowym zacienieniem mają znikomy wpływ na całkowitą produkcję roczną. Kluczowe jest tutaj właściwe rozmieszczenie modułów w połączeniu z zastosowaniem odpowiedniego falownika.

Obalamy zakorzeniony mit

Nadal powszechnie uważa się, że zacienienie modułów słonecznych — na przykład przez opadłe liście — spowoduje zaprzestanie lub znaczne ograniczenie produkcji energii przez instalację PV. Ma to rzekomo działać tak, jak przy ściśnięciu węża ogrodowego, które niezależnie od miejsca zatrzymuje lub znacznie ogranicza przepływ. Takie twierdzenie jest już dawno nieaktualne, ponieważ rozwiązanie tego problemu jest w każdy moduł w postaci diod obejściowych.

Większa moc za sprawą efektywnego algorytmu śledzenia MPP

Aby w jak największym stopniu zminimalizować straty wskutek zacienienia lub niedopasowania, falowniki łańcuchowe lub wielołańcuchowe są wyposażone odpowiednio w jeden lub wiele trackerów punktów mocy maksymalnej (MPP). Najlepiej, gdy każdy łańcuch jest wyposażony w jeden tracker MPP, który na bieżąco określa optymalny punkt pracy połączonych łańcuchów i w ten sposób utrzymuje maksymalną moc instalacji PV przez cały czas.

Dynamic Peak Manager — efektywne zarządzanie zacienieniem w standardzie

Inteligentny system zarządzania zacienieniem — najlepiej fabrycznie zintegrowany z falownikiem — zapewnia maksymalną wydajność pomimo częściowego zacienienia, dzięki czemu częściowo zacienione obszary dachu mogą być również uwzględnione w planie instalacji. Dynamic Peak Manager firmy Fronius to inteligentny algorytm śledzenia MPP, który wykrywa zacienienie i optymalizuje wydajność na poziomie łańcucha. W tym celu skanuje i analizuje całą charakterystykę moc-napięcie w regularnych, mniej więcej 10-minutowych odstępach czasu, zawsze znajdując najbardziej efektywny punkt pracy instalacji PV (globalny punkt mocy maksymalnej).

Przykład zacienienia przez komin

Symulacja zacienienia przy użyciu niezależnego oprogramowania pokazuje, że roczne straty w wyniku zacienienia są niewielkie. Zasadniczo należy rozważyć dwie różne kategorie strat.

Straty wynikające z zacienienia poszczególnych modułów: Z powodu obecności różnych obiektów przesłaniających — w tym przypadku komina — światło słoneczne jest zatrzymywane i pada go mniej na moduły fotowoltaiczne. Tego ograniczenia ilości padającego światła nie można zoptymalizować za pomocą falownika, optymalizatora mocy czy mikroinwertera; jedynym rozwiązaniem w tym przypadku jest wyeliminowanie obiektu rzucającego cień.

Natomiast stratę wskutek niedopasowania — czyli stratę na połączeniach łańcuchów — można znacznie zmniejszyć dzięki inteligentnemu algorytmowi śledzenia MPP: jak widać w tabeli, za sprawą algorytmu Dynamic Peak Manager, strata wskutek niedopasowania jest o dwie trzecie mniejsza niż strata wskutek zacienienia poszczególnych modułów.

Roczny wpływ zacienienia w symulacji z modułami PV w układzie poziomym

Wyniki symulacji wyraźnie pokazują, że częściowe zacienienie poszczególnych modułów powoduje znacznie większe straty (około 0.18%) niż niedopasowanie (około 0.06%). Jeśli falownik będący sercem instalacji PV posiada efektywny algorytm śledzenia MPP i system inteligentnego zarządzania zacienieniem, tak jak wszystkie falowniki firmy Fronius, można mieć pewność, że optymalna wydajność będzie osiągana nawet w trudnych warunkach środowiskowych, a współpraca pomiędzy sprzętem i oprogramowaniem będzie układać się doskonale — i to bez dodatkowych elementów i kosztów.

Czy optymalizator mocy jest dobrym rozwiązaniem?

Chociaż optymalizatory DC mogą również zwiększać moc wyjściową instalacji w przypadku zacienienia, rzadko okazują się opłacalne: optymalizator próbuje zoptymalizować każdy moduł pod względem jego indywidualnego MPP. Kontrolując napięcie na poziomie modułu, optymalizator mocy zdecydowanie daje pewne korzyści, zwłaszcza przy lekkim zacienieniu, ale tylko wtedy, gdy diody bocznikujące nie są aktywne.

Jako elementy dodatkowe, przetwornice DC/DC same wymagają energii i nawet w trybie gotowości pobierają moc, którą musi najpierw wytworzyć instalacja PV. W rezultacie uzyskana poprawa wydajności jest często niższa niż zakładana i zwykle nie uzasadnia wyższych kosztów inwestycji. Ponadto umieszczenie na każdym module wielu dodatkowych elementów zmniejsza ogólną niezawodność instalacji PV, a tym samym zwiększa prawdopodobieństwo jej awarii.