Jak poradzić sobie z zacienieniem modułów fotowoltaicznych?

Wpływ zacienienia na pracę modułu PV

Pełne słońce i bezchmurne niebo stanowią idealne warunki do wydajnej pracy instalacji PV. Należy jednak pamiętać, że niewiele dachów jest całkowicie wolnych od zacienienia, które powodowane jest często przez kominy, gałęzie drzew czy anteny telewizyjne.

W teorii zjawisko to faktycznie powinno wpływać na wydajność pracy modułów fotowoltaicznych. Okazuje się jednak, że straty spowodowane zacienieniem modułu fotowoltaicznego mają względnie niewielki wpływ na całkowitą roczną produkcję energii. Znacznie ważniejszy aspekt stanowi z kolei właściwe rozmieszczenie poszczególnych modułów PV oraz zastosowanie odpowiedniego falownika.

Przez umieszczenie modułów w strategicznych miejscach i wdrożenie zaawansowanych systemów konwersji energii, można zminimalizować negatywne skutki zacienienia na produkcję energii słonecznej. Poprawne rozmieszczenie modułów fotowoltaicznych pozwala bowiem na optymalne wykorzystanie dostępnego światła słonecznego i minimalizację strat spowodowanych ich ewentualnym zacienieniem.

Diody bocznikujące - funkcjonalności

Nowoczesne moduły fotowoltaiczne wyposażone są w tzw. diody bocznikujące (bypass diodes), które w momencie zacienienia części modułu przyjmują rolę mostka. W chwili, gdy następuje zacienie modułu fotowoltaicznego, diody te zaczynają przewodzić prąd w wyniku zmiany napięcia w obwodzie prądu stałego falownika przyłożonego do łańcucha - dzięki temu rozwiązaniu zacienione ogniwka nie są uwzględniane.

W praktyce oznacza to, że zacienione fragmenty modułu są pomijane, a energia elektryczna generowana jest przez pozostałe, oświetlone ogniwa. Wskutek tej operacji, nawet jeśli na pewne obszary modułu pada cień, jego pozostała część nadal może generować energię elektryczną, co przyczynia się do utrzymania opłacalnej wydajności instalacji PV.

Na czym polega technologia ogniw połówkowych (half cut)? praca modułu fotowoltaicznego half cut a zacienienie

Warto także wspomnieć o coraz częściej wykorzystywanej technologii ogniw połówkowych (half cut), która polega na podziale pojedynczych ogniw PV na pół. Metoda ta nie tylko zmniejsza straty mocy, które występują w tradycyjnych modułach fotowoltaicznych, ale również poprawia ona wykorzystanie światła, zapewniając tym samym stabilne działanie instalacji nawet podczas bardzo wysokich temperatur.

Moduły te wykazują także lepszą wydajność działania podczas pracy w zacienionym otoczeniu - jeśli dolna lub górna połowa wyposażonego w ogniwa połówkowe modułu zostanie zacieniona, druga jego część nadal będzie funkcjonowała z pełną mocą wyjściową. W rezultacie tego działania moduły fotowoltaiczne z ogniwami połówkowymi osiągają wyższą wydajność i minimalizują straty energii w porównaniu do tradycyjnych modułów - w przypadku instalacji PV z pełnymi ogniwami podobne zacienie sprawiłoby bowiem utratę mocy całej konstrukcji.

Uzyskaj większą moc instalacji pv dzięki efektywnemu algorytmowi śledzenia MPP

W celu minimalizacji strat, wynikających z zacienienia modułów fotowoltaicznych lub ich nieodpowiedniego dopasowania, falowniki stosowane w systemach PV wyposażane są w specjalne trackery punktów mocy maksymalnej (Maximum Power Point Trackers, nazywane inaczej MPP Trackers).

Działanie trackerów MPP polega na dynamicznym wyznaczaniu optymalnego punktu pracy dla połączonych do niego łańcuchów modułów fotowoltaicznych, aby zapewnić maksymalną moc generowaną przez instalację PV w każdym momencie jej pracy.

Tracker MPP stale monitoruje parametry elektryczne systemu, takie jak napięcie i prąd. Dzięki temu nawet w przypadku zacienienia lub nierównomiernego oświetlenia modułów PV, tracker MPP dostosowuje parametry, aby utrzymać maksymalną moc generowaną przez instalację PV.

Innowacyjny dynamic peak manager - charakterystyka, zasada działania

Szukasz narzędzia, które pomoże Ci zmaksymalizować wydajność pracy modułów fotowoltaicznych w momencie ich zacienienia? Chcąc usprawnić działanie instalacji PV, zaleca się wykorzystanie inteligentnego systemu zarządzania zacienieniem, który jest fabrycznie zintegrowany z falownikiem fronius. Opracowany przez markę Fronius Dynamic Peak Manager jest więc inteligentnym algorytmem śledzenia punktu mocy maksymalnej, który wykrywa zacienienie instalacji i optymalizuje wydajność jej pracy.

W jaki sposób działa Dynamic Peak Manager? System skanuje i analizuje charakterystykę moc-napięcie instalacji PV w regularnych odstępach czasu, trwających najczęściej około 10 minut. Dzięki temu narzędzie Fronius Dynamic Peak Manager jest w stanie zlokalizować najbardziej efektywny punkt pracy dla całej instalacji, nazywany inaczej globalnym punktem mocy maksymalnej. W przypadku zacienienia algorytm systemu automatycznie dostosowuje parametry pracy falownika, aby zapewnić w danym momencie maksymalną wydajność instalacji.

Jak radzić sobie z zacienieniem spowodowanym przez komin?

Przy użyciu niezależnego oprogramowania do symulacji zacienienia można stwierdzić, że roczne straty spowodowane zacienieniem są niewielkie. Istnieją dwie główne kategorie strat, które należy wziąć pod uwagę. Pierwsza z nich nawiązuje do strat wynikających z zacienienia poszczególnych modułów. W momencie, gdy komin przysłania światło słoneczne, ilość padającego na moduły fotowoltaiczne światła jest ograniczona. Nie można optymalizować tego ograniczenia za pomocą falownika, optymalizatora mocy czy mikroinwertera - jedyne skuteczne rozwiązanie stanowi wówczas usunięcie obiektu rzucającego cień na moduły fotowoltaiczne, co w przypadku komina nie jest możliwe do zrealizowania.

Druga kategoria to straty wynikające z niedopasowania, czyli ubytki na połączeniach łańcuchów modułów. Jednakże, dzięki inteligentnemu algorytmowi śledzenia punktu mocy maksymalnej, takiemu jak Dynamic Peak Manager, można je znacznie zredukować. Przedstawione w tabeli dane pokazują bowiem, że dzięki zastosowaniu tego systemu, ubytki wynikające z niedopasowania są o dwie trzecie mniejsze niż straty wynikające z zacienienia poszczególnych modułów.

Symulacja ta przedstawia roczny wpływ zacienienia modułu fotowoltaicznego w układzie poziomym.

Jak pokazują więc wyniki przeprowadzonej symulacji, częściowe zacienienie poszczególnych modułów instalacji PV powoduje znacznie większe straty w porównaniu do ich niedopasowania.

Należy jednak pamiętać, że jeśli pełniący kluczową rolę w instalacji PV falownik wyposażony jest w algorytm MPP i system inteligentnego zarządzania zacienieniem modułu fotowoltaicznego, działanie instalacji PV osiągnie optymalną wydajność. Efektywny system MPP pozwala bowiem na dynamiczne dostosowywanie parametrów pracy falownika, aby stale osiągać optymalny punkt pracy dla całej instalacji. W połączeniu z inteligentnym systemem zarządzania zacienieniem, który może być fabrycznie zintegrowany z falownikiem, instalacja PV może działać na pełnych obrotach nawet w trudnych warunkach środowiskowych.

Warto podkreślić, że funkcjonalność ta nie wymaga wdrażania dodatkowych elementów, co czyni ją wyjątkowo wygodną i ekonomiczną. Dzięki sprzętowi i oprogramowaniu oferowanemu przez markę Fronius można więc osiągnąć optymalną wydajność instalacji PV bez konieczności inwestowania w dodatkowe narzędzia.

Czy warto zainwestować w optymalizator mocy?

Optymalizatory DC, które w teorii faktycznie mogą zwiększać moc wyjściową instalacji PV w przypadku jej zacienienia, rzadko okazują się opłacalną inwestycją. Urządzenia te mają za zadanie zoptymalizować każdy z modułów pod względem jego indywidualnego punktu mocy maksymalnej (MPP). Wskutek kontroli napięcia na poziomie modułu, optymalizatory te mogą przynieść pewne korzyści, zwłaszcza przy niewielkim zacienieniu modułów fotowoltaicznych, ale tylko w momencie, kiedy diody bocznikujące są nieaktywne.

Jednak optymalizatory DC, stanowiące dodatkowe elementy instalacji, mają swoje wady. Będące częścią optymalizatorów przetwornice DC/DC same potrzebują energii i nawet w trybie gotowości pobierają moc, która musi być wytworzona przez instalację PV. W rezultacie poprawa wydajności jest często znacznie mniejsza niż zakładano, a koszty inwestycji wzrastają. Należy także pamiętać, że wdrożenie dodatkowych elementów na każdym module zmniejsza ogólną niezawodność instalacji PV, zwiększając tym samym ryzyko jej awarii.

Zdecyduj się na fronius dynamic peak manager i zredukuj straty związane z zacienieniem modułu fotowoltaicznego

Dzięki postępom w technologii modułów fotowoltaicznych i falowników łańcuchowych, straty związane z zacienieniem instalacji PV mogą być skutecznie redukowane. Pomagają w tym m.in. nowoczesne systemy do zarządzania zacienieniem, takie jak Fronius Dynamic Peak Manager, które umożliwiają minimalizację strat związanych z niedopasowaniem modułów. Skontaktuj się ekspertami z firmy Fronius, aby poznać więcej szczegółów.