Zonne-PV-systemen bestaan ​​uit een aantal zonnepanelen die zijn aangesloten op arrays, afhankelijk van de vraag naar elektriciteit van elk van die panelen, die op hun beurt bestaan ​​uit vele zonne-PV-cellen die de essentiële eenheden zijn die energie van de zon opvangen en omzetten in elektriciteit. Als er nu een schaduw valt, zelfs maar op één deel van het zonnepaneel in uw array, kan de output van het volledige systeem mogelijk in gevaar komen, dit kan worden aangeduid als schaduw van PV-panelen.

Afbeelding met verschil in output van beschaduwd en niet-beschaduwd zonnepaneel

Voor een beter begrip

Beschouw een reeks panelen als een stuk pijp, en de zonne-energie is als water dat door die pijp stroomt. Inconventioneel ook grote snaren, een schaduw is iets dat die stroom blokkeert. Als, bijvoorbeeld, schaduw van een boom of een schoorsteen één keer valt in alle panelen in de string, wordt de output van de hele string teruggebracht tot ongeveer nul zolang de schaduw daar blijft. Als er echter een aparte, niet-gearceerde snaar is, kan deze snaar nog steeds krachtiger worden dan gewoonlijk.

Grafische weergave van het effect van schaduw op het zonnestelsel

Wat zijn de factoren die schaduw veroorzaken?

Schaduw, meestal veroorzaakt door wolken, obstakels in de omgeving zoals bomen of in de buurt van gebouwen, zelfschaduw tussen panelen in parallelle rijen, vuil, stof en andere afvalachtige vogelpoep, enz. Deze schaduweffecten zijn ook statisch als gevolg van de positie van de obstructie of in sommige gevallen dynamisch, bijvoorbeeld, een schaduw die wordt geworpen door bewegende wolken.

Hoe beïnvloedt het de prestaties van het zonne-energiesysteem?

Afhankelijk van het ingangsspanningsbereik van de omvormer worden zonnepanelen in serie-parallelcombinatie aangesloten. Als er schaduw van een boom of schoorsteen valt, zelfs op één paneel van de string, zal de output van de hele string bijna nul zijn gedurende de periode van de schaduw. Dit komt omdat de panelen zo met elkaar zijn verbonden dat de output wordt verminderd tot een stroomniveau dat door het zwakste paneel gaat. Als er een aparte, niet-gearceerde string is, zal deze nog steeds het uitgangsvermogen draaien zoals gewoonlijk. De impact van schaduw op het hele systeem hangt af van hoe de panelen met elkaar zijn verbonden.

Hoe het schaduwprobleem aan te pakken?

• Positionering van PV-systemen

Voordat u een PV-systeem op zonne-energie installeert, moet u de locatie zorgvuldig analyseren en rekening houden met alle seizoenen van de dag om schaduw te vermijden. Een nabijgelegen groeiende boom of gebouw dat in de toekomst kan verschijnen, moet ook worden overwogen voordat de locatie voor het PV-systeem definitief wordt.

• Omleidingsdiode

Omzeil diodes om het effect van schaduw te verminderen

De destructieve effecten van hot-spot verwarming kunnen worden omzeild door het gebruik van een bypass-diode. Een bypass-diode is parallel, maar met tegengestelde polariteit, aangesloten op een zonnecel, zoals hieronder weergegeven. Bij normaal gebruik zal elke zonnecel voorwaarts zijn voorgespannen en daarom zal de bypass-diode in tegengestelde richting zijn en in feite een open circuit zijn. Als een zonnecel echter een omgekeerde voorspanning heeft als gevolg van een mismatch in kortsluitstroom tussen verschillende in serie geschakelde cellen, dan geleidt de bypass-diode, waardoor de stroom van de goede zonnecellen in het externe circuit kan stromen in plaats van voorwaartse voorspanning elk goede cel. De maximale spervoorspanning over de arme cel wordt teruggebracht tot ongeveer een enkele diodeval, waardoor de stroom wordt beperkt en hotspotverwarming wordt voorkomen. De werking van een bypass-diode en het effect op een IV-curve worden weergegeven in onderstaande animatie.

Stroom voor twee cellen in serie en het effect van een bypass-diode. De animatie gaat automatisch van de ene toestand naar de andere.

Het effect van een bypass-diode op een IV-curve kan worden bepaald door eerst de IV-curve van een enkele zonnecel met een bypass-diode te vinden en deze curve vervolgens te combineren met andere IV-curves van een zonnecel. De bypass-diode beïnvloedt de zonnecel alleen in omgekeerde voorspanning. Als de spervoorspanning groter is dan de kniespanning van de zonnecel, gaat de diode aan en geleidt deze stroom. De gecombineerde IV-curve wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

IV-curve van zonnecel met bypass-diode.

Hotspot verwarming voorkomen met een bypass-diode. Voor de duidelijkheid gebruikt het voorbeeld in totaal 10 cellen waarvan 9 niet-gearceerd en 1 gearceerd. Een typische module bevat 36 cellen en de effecten van stroommismatch zijn nog erger zonder de bypass-diode, maar zijn minder belangrijk met de bypass-diode. De animatie beweegt automatisch. U hoeft niet te klikken om door te gaan.

In de praktijk is echter één bypass-diode per zonnecel over het algemeen te duur en worden in plaats daarvan bypass-diodes meestal over groepen zonnecellen geplaatst. De spanning over de gearceerde of laagstroom-zonnecel is gelijk aan de voorwaartse voorspanning van de andere seriecellen die dezelfde bypass-diode delen plus de spanning van de bypass-diode. Dit is weergegeven in onderstaande figuur. De spanning over de onbeschaduwde zonnecellen is afhankelijk van de mate van beschaduwing op de laagstroomcel. Als de cel bijvoorbeeld volledig in de schaduw staat, zullen de niet-beschaduwde zonnecellen naar voren worden voorgespannen door hun kortsluitstroom en zal de spanning ongeveer 0,6 V zijn. Als de slechte cel slechts gedeeltelijk in de schaduw staat, kan een deel van de stroom van de goede cellen door het circuit stromen, en de rest wordt gebruikt om elke zonneceljunctie voorwaarts te leiden, waardoor een lagere voorwaartse voorspanning over elke cel wordt veroorzaakt. De maximale vermogensdissipatie in de gearceerde cel is ongeveer gelijk aan het genererend vermogen van alle cellen in de groep. De maximale groepsgrootte per diode, zonder schade te veroorzaken, is ongeveer 15 cellen/bypassdiode, voor siliciumcellen. Voor een normale 36 celmodule worden daarom 2 bypass-diodes gebruikt om ervoor te zorgen dat de module niet kwetsbaar is voor"hot-spot" schade.

Bypass diodes over groepen zonnecellen. De spanning over de onbeschaduwde zonnecellen hangt af van de mate van beschaduwing van de arme cel. In de bovenstaande afbeelding wordt 0,5V willekeurig weergegeven.

• Stringomvormer met MPP-trackingmogelijkheid

Maximum Power Point Tracking (MPP Tracking of MPPT) technologie is nu een standaard onder fabrikanten van stringomvormers. Stringomvormers met MPP Tracker zijn in staat om de meest bruikbare energie uit een reeks zonnepanelen te persen (zelfs in de schaduw) door de ingangsspanning aan te passen. In een notendop, een MPP Tracker helpt bij het minimaliseren van outputverliezen die gepaard gaan met gedeeltelijke beschaduwing en andere outputmismatches. Omvormers zonder MPPT-technologie verliezen de output van de zwakkere string wanneer deze onder de gewenste outputdrempel komt.

• Micro-omvormer en power optimizers

Zowel micro-omvormers als power optimizers worden gebruikt om het probleem van gedeeltelijke beschaduwing op te lossen. Hierdoor kan elk zonnepaneel afzonderlijk werken, zodat de energieproductie van het systeem niet onevenredig wordt beïnvloed door slechts één of twee beschaduwde panelen.

Verschillende soorten zonwering

Er zijn verschillende soorten zonwering, afhankelijk van de objecten die de schaduw creëren.

Tijdelijke zonwering

Tijdelijke schaduw omvat schaduw die het gevolg is van wolken, vogelpoep, stof of gevallen bladeren.

Schaduw als gevolg van het gebouw

Schaduwen als gevolg van het gebouw zijn van cruciaal belang omdat het directe schaduwen betreft. Voorbeelden van dit type zonwering zijn schoorstenen, lichtgeleiders, schotelantennes, antennes, dak- en geveluitsteeksels, verspringende bouwconstructies, dakopbouw om er maar een paar te noemen.

Schaduw vanaf de locatie

De schaduw van de locatie komt uit de omgeving van het gebouw. Er kunnen bomen of struiken zijn, kabels die over de gebouwen, aangrenzende gebouwen of verre gebouwen lopen, waardoor de horizon ook donkerder kan worden.

Zelfschaduw

Bij rack-montagesystemen kan zelfschaduwing van de modules worden veroorzaakt door de rij van de modules. In deze gevallen is het noodzakelijk om de kanteling en de scheiding tussen de modulerijen te optimaliseren.

Directe schaduw

Directe beschaduwing kan grote energieverliezen veroorzaken, omdat de nabijheid van het schaduwgevende object het PV-zonnepaneel verhindert om het licht op te vangen.