Zacienienie modułów fotowoltaicznych - jak uchronić się przed konsekwencjami?

​Cień padający na moduły fotowoltaiczne, szczególnie krzemowe monokrystaliczne i polikrystaliczne, jest znaczącym, wciąż bagatelizowanym przez inwestorów problemem. Temat ten jest jednak w istocie bardziej złożonym i często jest wynikiem projektowania i montażu instalacji fotowoltaicznych przez osoby osoby nieposiadające gruntownej wiedzy w tym zakresie. W tym artykule szerzej poruszymy kwestię konsekwencji płynących z zaciemniania modułów fotowoltaicznym.

Stosowanie modułów fotowoltaicznych jest ostatnio coraz popularniejsze. Zarówno jeżeli chodzi o wykorzystywanie tych systemów przez osoby prywatne, jak i rosnące zainteresowanie samorządów gmin w tego typu inwestycje. Jednakże niezwykle istotny jest odpowiedni montaż tego typu urządzeń przez wykwalifikowane osoby. Nieodpowiednie podejście do tych czynności może prowadzić do zjawiska, które określić możemy jako zacienianie modułów fotowoltaicznych. Mówiąc o tym zjawisku, należy wyróżnić dwa scenariusze, w których to moduły są zacienione całkowicie lub częściowo.

Czym jest całkowite zacienianie modułów fotowoltaicznych?

Z całkowitym zacienieniem całego modułu albo takim zacienieniem jego fragmentu, mówi się, gdy do części lub całości modułu nie dociera światło. Z taką sytuacją do czynienia mamy głównie jesienią oraz zimą, kiedy na modułach zalega śnieg lub liście z drzew. Najbardziej nie sprzyja instalacji śnieg, łatwo osadzający się w dolnej części pochylonego modułu. Śnieg, który opiera się na aluminiowej ramie, w krótkim czasie może przysłonić cały znajdujący się pod nim szereg ogniw. 

Konsekwencją zalegającego na module fotowoltaicznym śniegu jest znaczący spadek mocy, który z skrajnych przypadkach może wynieść nawet 100%, nawet przy bocznikowaniu, bowiem mogą być zakryte trzy ścieżki. W odróżnieniu od kolektorów dachowych, śnieg zasłaniający panel nie topi się tak szybko nawet w skutek nasłonecznienia i potrafi zalegać na nim całymi godzinami. Należy zwrócić uwagę także na fakt, iż ręczne usuwanie śniegu jest nie tylko skomplikowane, ale także może prowadzić do uszkodzenia folii EVA.

Częściowe zacienienie modułu i jego konsekwencje

O częściowym zacienieniu możemy mówić, kiedy obcy obiekt, znajdujący się w jego okolicy, pojawi się na drodze słońca i rzuci cień. Moduł nie traci wtedy całkowicie mocy, ponieważ do części zacienionej dociera światło rozproszone o znacznie mniejszej energii, ale wystarczająco silne, żeby wzbudzić przepływ prądu. W takiej sytuacji dochodzi do zmiany charakterystyki prądowo-napięciowej w zacienionej części, przez co przesuwa się punkt pracy całego modułu. To, w jakim stopniu punkt MPP zostanie przesunięty, zależy od wielkości i stopnia zacieniania.

Jak przeciwdziałać efektom zacienienia modułów?

Obecnie jedną z możliwości przeciwdziałania efektom zacienienia ogniwa jest zastosowanie diod by-pass w konstrukcji modułu, przy połączeniach ogniw fotowoltaicznych, już na etapie produkcji modułów. Diodę tę, zwaną inaczej bocznikującą, umieszcza się równolegle do łańcucha ogniw tak, aby kierunek jej polaryzacji był do nich przeciwny. Dioda zaczyna działać w module wówczas, gdy jedna z jego partii zostanie przysłonięta. Głównym zadaniem diody by-pass jest umożliwienie przepływu prądu, pochodzącego z pozostałych niezacienionych ogniw fotowoltaicznych modułu.

W trakcie normalnej pracy wszystkie diody bocznikujące są spolaryzowane w kierunku zaporowym, a prąd przepływa tylko przez ogniwa spolaryzowane w kierunku przewodzenia.
W przypadku zacienienia, ogniwo nie jest w stanie wygenerować takiej samej ilości prądu, co ogniwa niezacienione. Ponieważ ogniwa są połączone szeregowo, to zacienione ogniwo dla całego układu staje się opornikiem, a przepływający przez nie prąd jest tracony w postaci wydzielanego ciepła. Obecność prądu wstecznego w tym ogniwie powoduje zmianę jego polaryzacji, a co za tym idzie - pojawienie się ujemnego napięcia, które zmienia polaryzację diody by-pass. Kiedy dioda zaczyna przewodzić, prąd pochodzący z niezacienionych ogniw przepływa przez nią, wyłączając w ten sposób z układu zacieniony fragment modułu
i eliminując straty mocy w całej instalacji fotowoltaicznej. 

Więcej informacji uzyskają Państwo podczas szkolenia Systemy Fotowoltaiczne, czyli Certyfikowany Instalator Paneli Fotowoltaicznych organizowany przez Ośrodek Szkolenia Zawodowego Omega.

Artykuł partnera