Drzewo, komin, attyka, sąsiedni budynek albo kolejny rząd modułów na dachu hali — źródeł cienia jest wiele, a ich wpływ na pracę instalacji fotowoltaicznej bywa zaskakująco duży. Zacienienie to jedna z najczęstszych przyczyn, dla których instalacja produkuje mniej, niż zakładano. Większości tych strat da się jednak uniknąć już na etapie projektu.
Dlaczego mały cień daje duże straty
Moduł fotowoltaiczny składa się z kilkudziesięciu ogniw połączonych szeregowo. W obwodzie szeregowym przez wszystkie elementy płynie ten sam prąd, więc wyznacza go najsłabsze ogniwo. Zacienione ogniwo wytwarza mniej prądu i ogranicza pozostałe — nawet te w pełnym słońcu.
To samo dzieje się na poziomie instalacji. Moduły w łańcuchu (stringu) również są połączone szeregowo, więc jeden zacieniony moduł może obniżyć prąd całego łańcucha, a z nim produkcję wszystkich modułów, które do niego należą.
Jest też drugi problem. Silnie zacienione ogniwo, „przepychane” prądem pozostałych, zaczyna pracować jak odbiornik i zamienia energię w ciepło. Powstają tzw. gorące punkty (hot spoty), które z czasem mogą uszkodzić moduł.
Diody bocznikujące — pierwsza linia obrony
Aby ograniczyć te skutki, w puszce przyłączeniowej modułu montuje się diody bocznikujące (bypass). Standardem są trzy diody, z których każda chroni jedną grupę ogniw. Gdy grupa zostanie zacieniona, dioda przewodzi i prąd omija tę część modułu.
Ceną jest utrata mocy pominiętej sekcji: przy jednej aktywnej diodzie moduł traci ok. jednej trzeciej mocy. Dioda chroni więc moduł przed przegrzaniem, a łańcuch przed załamaniem prądu, ale nie odzyskuje energii zacienionej części.
Moduły z ogniwami połówkowymi (half-cut) mają inny układ wewnętrzny — dwie połowy pracujące równolegle — dlatego przy typowym zacienieniu dolnej krawędzi, np. przez śnieg lub sąsiedni rząd, tracą zwykle mniej niż moduły klasyczne (zależy to od orientacji modułu). Nowoczesne falowniki potrafią z kolei w takiej sytuacji odnaleźć korzystniejszy punkt pracy łańcucha. Żadne z tych rozwiązań nie przywraca jednak energii, której zacienione ogniwa nie wytworzyły.
Optymalizatory mocy, mikroinwertery i podział na łańcuchy
Gdy cienia nie da się uniknąć, stosuje się rozwiązania, które uniezależniają od siebie pracę poszczególnych modułów lub ich grup.
Osobne łańcuchy i wejścia MPPT
Moduły o podobnym zacienieniu i orientacji grupuje się w osobne łańcuchy, podłączone do osobnych wejść MPPT falownika. Przy prostych przeszkodach często to wystarcza.
Optymalizatory mocy
Urządzenie przy module ustala jego punkt pracy niezależnie od pozostałych i współpracuje z falownikiem łańcuchowym. Zacieniony moduł produkuje mniej, ale nie ciągnie w dół reszty łańcucha. Daje też monitoring każdego modułu.
Mikroinwertery
Mały falownik przy każdym module (lub kilku) zamienia prąd stały na przemienny już na dachu. Moduły pracują całkowicie niezależnie — to rozwiązanie dla dachów o wielu połaciach i przeszkodach. Wadą jest więcej elektroniki na dachu i trudniejszy serwis.
Elektronika na poziomie modułu pozwala zaprojektować instalację nawet na dachu o bardzo skomplikowanym układzie. Nie sprawia jednak, że zacienienie przestaje kosztować — chroni tylko przed tym, by słabszy moduł obniżał pracę pozostałych. Każdy dodatkowy element to też koszt i potencjalny punkt awarii, dlatego jego zastosowanie warto uzasadnić analizą zacienienia.
Jak ocenić zacienienie przed montażem
Analiza zacienienia powinna obejmować cały rok, a nie tylko dzień oględzin. W grudniu słońce w południe wznosi się w środkowej Polsce tylko na ok. 15° nad horyzont, więc drzewo czy budynek, który w czerwcu nie rzuca cienia na dach, zimą może zasłaniać moduły przez wiele godzin. Z drugiej strony zimą instalacja produkuje niewiele, więc cień poranny, wieczorny i zimowy kosztuje mniej niż cień w południe od wiosny do jesieni.
Projektant powinien uwzględnić:
- przeszkody na dachu: kominy, wywiewki, anteny, lukarny, attyki, świetliki, a na dachach hal także klimatyzatory i wentylatory,
- otoczenie: drzewa (z myślą o tym, jak urosną w kolejnych latach), sąsiednie budynki, słupy i maszty,
- odstępy między rzędami modułów na dachach płaskich i na gruncie,
- zabrudzenia: pył z zakładu lub pól, liście, ptasie odchody, zalegający śnieg.
W programach symulacyjnych (np. PVsyst czy PV*SOL) buduje się model budynku z otoczeniem i sprawdza, które moduły tracą najwięcej. Czasem lepiej zrezygnować z kilku modułów w cieniu, niż obniżać nimi pracę całego łańcucha. Warto poprosić wykonawcę o taką symulację przed podpisaniem umowy — a ustawienie modułów omawiamy szerzej w artykule o kącie nachylenia i kierunku paneli.
Zacienienie w działającej instalacji — jak je rozpoznać
- Porównanie łańcuchów w monitoringu falownika — łańcuch z zacienieniem produkuje wyraźnie mniej w określonych godzinach.
- Charakterystyczne „wcięcia” na dobowej krzywej produkcji, powtarzające się codziennie o podobnej porze.
- Badanie kamerą termowizyjną — pokazuje gorące punkty i pracujące diody bocznikujące.
- Oględziny: nowe przeszkody (rozrośnięte drzewa, nowa zabudowa, urządzenia dołożone na dachu) i zabrudzenia.
Środki zaradcze to najczęściej przycięcie drzew, mycie modułów, przeniesienie najbardziej zacienionych paneli, zmiana podziału na łańcuchy albo dołożenie optymalizatorów tylko przy zacienionych modułach — o ile pozwala na to falownik.
Dla firmy liczy się nie tylko to, ile instalacja wyprodukuje, ale też kiedy i ile tej energii zużyje na miejscu. Jeśli zastanawiasz się, jak fotowoltaika wpisuje się w koszty energii Twojej firmy i czy nadwyżki uzasadniają magazyn energii, zacznij od bezpłatnej 30-minutowej konsultacji.
