Zacienienie jednego z ogniw panelu fotowoltaicznego powoduje spadek prądu generowanego w całym panelu, a to przekłada się na spadek prądu generowanego przez cały ciąg połączonych ze sobą paneli. System bowiem dostosowuje swoją pracę do swojego najsłabszego ogniwa. Zacienienie nawet niewielkiej części modułu PV może znacząco obniżyć jego wydajność. W zależności od rodzaju i rozmieszczenia zacienienia, strata energii może wynosić od kilku do nawet kilkudziesięciu procent. A ponieważ zacienione ogniwa mogą działać jako odbiorniki energii, może to prowadzić do ich przegrzewania, a to z kolei może skutkować trwałym uszkodzeniem modułu lub nawet pożarem. Należy także pamiętać, że zacienione moduły pracują w innych warunkach niż te w pełnym świetle, co może prowadzić do nierównomiernego zużycia i skrócenia żywotności całej instalacji.
Przyczyny zacienienia paneli słonecznych mogą być różne. Na ogniwa przez cały dzień lub w określonych porach mogą rzucać cień sąsiednie budynki, drzewa czy inne konstrukcje. Jednak zacienienie może także wynikać z zanieczyszczenia modułów. Na ich powierzchni mogą się znajdować kurz, ptasie odchody czy liście.
Istotne dla tego zjawiska są także warunki atmosferyczne. Chociaż jest to zjawisko tymczasowe, gęste chmury mogą powodować zacienienie i tym spadek wydajności.
Przy planowaniu instalacji warto uwzględnić analizę trajektorii słońca oraz potencjalne przeszkody. Odpowiednie ustawienie i kąt nachylenia modułów mogą zminimalizować zacienienie. Bardzo ważne jest także regularne czyszczenie. Usuwanie zanieczyszczeń z powierzchni modułów zapobiega gromadzeniu się brudu i zapewnia optymalną wydajność. Kluczowe jest też regularne dbanie o otoczenie instalacji, takie jak przycinanie gałęzi drzew.
Zjawisko zacienienia, a tym samym spadku wydajności paneli może zostać zredukowane dzięki użyciu określonych urządzeń, takich jak mikroinwertery, diody bocznikujące (diody bypass) czy nowoczesne systemy monitorowania.
Mikroinwerter to nowoczesne rozwiązanie stosowane w systemach fotowoltaicznych, które służy do konwersji prądu stałego (DC) na prąd zmienny (AC). Mikroinwertery różnią się od tradycyjnych inwerterów (czasem nazywanych „centralnymi” inwerterami) tym, że są instalowane bezpośrednio na każdym panelu słonecznym, a nie jako pojedyncze urządzenie obsługujące cały zestaw paneli. Są szczególnie przydatne w systemach, gdzie panele są zainstalowane w różnych kierunkach lub w miejscach, gdzie część dachu może być zacieniona w różnych porach dnia.
Ponieważ każdy panel działa niezależnie, zacienienie jednego panelu nie wpłynie na wydajność pozostałych. To może prowadzić do wyższej ogólnej wydajności systemu. Ale to nie koniec korzyści wynikających z zastosowania mikroinwerterów. Możliwość dodawania kolejnych paneli z mikroinwerterami bez konieczności zmiany całego systemu inwerterów czyni system bardziej elastycznym i skalowalnym. Co więcej, niektóre mikroinwertery umożliwiają śledzenie wydajności poszczególnych paneli, co ułatwia diagnozowanie i rozwiązywanie problemów.
Mikroinwertery mogą także zwiększyć bezpieczeństwo systemu, ponieważ zapobiegają powstawaniu wysokich napięć DC w całym systemie.
Diody bocznikujące, tzw. diody bypass, dzisiaj są już właściwie standardowym rozwiązaniem oferowanym przez producentów modułów. Dzięki nim każdy panel dzielony jest na strefy, przydzielone konkretnej diodzie. Jeśli nie ma zacienienia, diody nie działają. Gdy zacienienie występuje, uruchamiają się, a strefa, w której dochodzi do tego niekorzystnego zjawiska, zostaje wyłączona z systemu. Dzięki temu niezacienione części instalacji mogą działać normalnie. Częściowo przysłonięty panel produkuje wtedy 2/3 energii. Bez diod, nawet jeśli byłby zacieniony tylko częściowo, nie działałby w ogóle.
Zaletą zastosowania diod bocznikujących jest nie tylko wyższa wydajność instalacji w przypadku częściowego zacienienia, ale także ochrona modułów fotowoltaicznych przed uszkodzeniem w wyniku tzw. odwrotnego prądu, który może powstawać, gdy część panelu jest przysłoniona.
Należy pamiętać, że moduły fotowoltaiczne w panelach solarnych są zwykle połączone szeregowo, co oznacza, że prąd płynie przez każdy moduł w ciągu. Jeśli jeden z modułów zostanie zacieniony (na przykład przez liść, ptaka czy zabrudzenie), jego wydajność spada. W skrajnych przypadkach moduł zacieniony może przestać generować prąd, stając się w efekcie odbiornikiem prądu. W takiej sytuacji przez zacieniony moduł zaczyna płynąć odwrotny prąd, co prowadzi do jego przegrzewania i może doprowadzić do uszkodzenia.
Dioda bocznikująca pozwala ominąć (bocznikować) zacieniony moduł, umożliwiając płynięcie prądu przez pozostałe moduły bez przeszkód.
Pomocne może się także okazać zastosowanie nowoczesnych systemów monitorowania. Pozwolą one szybko wykryć spadek wydajności związany z zacienieniem. Dzięki temu możliwe jest szybkie zidentyfikowanie problemu i podjęcie działań naprawczych. Jeśli wykryte zostanie, np. że produkcja energii spadała o 15-20% w stosunku do analogicznego okresu, można przyjąć, że z instalacją dzieje się coś niepokojącego i warto wezwać serwis fotowoltaiki. Regularny monitoring to w takiej sytuacji szybsza reakcja i mniejsze straty w zyskach. Oprócz tego, monitoring instalacji fotowoltaicznej w czasie rzeczywistym daje nam możliwość lepszego zarządzania wyprodukowaną energię. Zamiast odsyłać nadwyżki do sieci i tracić część energii, można uruchomić energochłonne urządzenia, tak by zwiększyć autokonsumpcję i maksymalizować zyski.
W większości przypadków „mózgiem” systemu monitorowania są inwertery. Obecnie są one oparte na bardzo nowoczesnych rozwiązaniach i m.in. kontaktują się z użytkownikiem bezprzewodowo, za pomocą dedykowanego oprogramowania opracowanego przez producenta – np. aplikacji na telefon lub aplikacji przeglądarkowej. W efekcie zebrane dane są zapisywane i prezentowane za pomocą specjalnych systemów, tzw. data managerów, w które wyposażone są falowniki. Bezpośrednio z nich informacje wędrują do aplikacji, która udostępnia je za pośrednictwem różnych interfejsów łączności bezprzewodowej, w tym m.in. WiFi, Bluetooth czy Zigbee.
Monitoring online instalacji fotowoltaicznej jest obecnie bardzo popularny, ale istotne informacje pozyskać można także za pomocą wbudowanego wyświetlacza (najczęściej LCD).
W takiej sytuacji dane na temat energii wyprodukowanej czy mocy wejściowej paneli słonecznych będą się systematycznie pojawiać na wyświetlaczu przez kilka sekund, tak by użytkownik mógł je odczytać i spisać. Na rynku znaleźć można także urządzenia wyposażone w dodatkowe interfejsy komunikacji. Mogą to być rozwiązania przewodowe, takie jak np. RS485 czy USB lub bezprzewodowe, w tym m.in. WiFi. Umożliwiają one pobranie danych na urządzenie zewnętrzne.
Kolejnym urządzeniem redukującym zjawisko zacienienia są optymalizatory mocy. To kompaktowych rozmiarów urządzenia, montowane w panelach fotowoltaicznych lub w puszkach połączeniowych modułów. Ich podstawowym zadaniem jest optymalizowanie pracy modułu tak, by działał w punkcie mocy maksymalnej, zwiększając tym samym uzyski energii z instalacji.
Decyzja o montażu optymalizatorów należy do inwestora. Czy warto je instalować? Cóż, jest to rozwiązanie szczególnie polecane dla właśnie dla tych instalacji, w których nie można całkowicie wyeliminować źródeł częściowego zacienienia paneli fotowoltaicznych.
Zacienienie modułów PV stanowi jedno z głównych wyzwań w eksploatacji systemów fotowoltaicznych. Aby uzyskać maksymalną wydajność i żywotność instalacji, niezbędne jest zrozumienie problemu i stosowanie odpowiednich metod jego rozwiązania. Inwestycja w planowanie, odpowiednie technologie oraz regularne utrzymanie to klucz do sukcesu w dziedzinie fotowoltaiki.
Główne przyczyny zacienienia to sąsiednie budynki, drzewa, zanieczyszczenia jak kurz czy ptasie odchody oraz chmury. W celu minimalizacji zjawiska, zaleca się przeprowadzenie analizy trajektorii słońca podczas planowania instalacji, odpowiednie ustawienie modułów, regularne czyszczenie oraz dbanie o otoczenie, w tym przycinanie drzew. Technologie takie jak mikroinwertery, diody bocznikujące i optymalizatory mocy, jak również zaawansowane systemy monitorowania, mogą pomóc w ograniczeniu negatywnych skutków zacienienia, zapewniając optymalną wydajność instalacji fotowoltaicznej. Mikroinwertery, montowane bezpośrednio na każdym panelu, sprawiają, że praca jednego panelu nie wpływa na inne, co może zwiększyć ogólną wydajność systemu. Diody bocznikujące, będące standardem w nowoczesnych modułach, dzielą panel na strefy i pozwalają na pracę niezacienionych części nawet podczas częściowego zacienienia. Monitoring online instalacji fotowoltaicznej staje się coraz bardziej popularny i pozwala użytkownikowi na śledzenie wydajności instalacji w czasie rzeczywistym.
Damian Żabicki
Jesteś zainteresowany podobnymi produktami lub usługami?
Kliknij w wybraną wizytówkę, żeby dowiedzieć się więcej.
