Пн-Пт 8:30-17:30095 820 5556, 067 177 8308

Блог

Наслідки часткового затінення.

Наслідки часткового затінення.


22 Червня, 2018

Під час монтажу дахових станцій буває дуже важко уникнути затінення окремих ділянок (наприклад тіні від димоходу) особливо в ранковий чи вечірній час. Таке, здавалося б, незначне затінення спричиняє зменшення генерації та ускладнює передачу енергії у всьому ланцюгу сонячної електростанції.

Як впливає затінення на окремий сонячний елемент?

Уявимо, що ланцюг сонячних фотоелементів це водопровідна труба, а електричний струм –вода. Коли на один з сонячних елементів падає тінь, він перестає генерувати електроенергію і струм не протікає через нього. Це можна порівняти з засміченням на деякій ділянці труби. Затінений сонячний елемент блокує потік енергії у всьому ланцюзі.

Рисунок 1. Приклад: струм у панелях схожий на воду у трубі

Таким чином, навіть незначне затінення одного фотоелемента в фотомодулі призводить до серйозного зниження генерації електроенергії усією сонячною електростанцією.

                                         Рисунок 2. Затінення фотоелемента

Рисунок 3. Вплив затінення на вольт-амперну характеристику фотоелемента при навантаженні 24 В

Вплив затінення на ряд сонячних батарей.

Конструктивно, сонячні панелі послідовно з’єднують в один ланцюг – стрінг. В одному ланцюгу може бути з’єднано до 30 фотомодулів. При послідовному з’єднанні панелей у стрінгу, максимальний струм буде дорівнювати найменшому струму затіненої панелі. Крім цього, затінена панель починає нагріватися, оскільки струм, проходячи через ділянку з великим опором, перетворюється в тепло.

Розглянемо приклад: стрінг з 10 панелей потужністю 280 Вт. При оптимальній сонячній інтенсивності, стрінг генерує близько 2798 Вт в годину електроенергії (10 [модулів] *8,8 [А] *31,8 [В] = 2798 Вт).

Рисунок 4. Генерація електроенергії стрінгом сонячних панелей без затінення

У випадку затінення навіть одного модуля, продуктивність різко знизиться. При початковій напрузі, затінена сонячна панель видасть не більше 1 Амперу струму. Сумарна потужність в такому випадку складе всього 318 Вт.

Рисунок 5. Падіння генерації електроенергії при затіненні однієї панелі в стрінгу

Шунтуючі діоди

Для зменшення негативного впливу затінення невеликої ділянки на стрінг в цілому, сучасні фотомодулі оснащені шунтуючими діодами (bypass diode).

Рисунок 6. Використання шунтуючих діодів для підвищення продуктивності при затіненні окремих панелей

В залежності від кількості (1-3), вони працюють як перемикач і можуть від’єднувати від ланцюга усю панель (якщо 1 діод) чи лише її частину (3 діоди).

Рисунок 7. Спад потужності при затіненні з використанням шунтуючих діодів.

Ступінь затінення:

До цього моменту мова йшла в основному за тінь, яка попадає на сонячну батарею від близькорозташованих обєктів або предметів, які лежать безпосередньо на фотомодулі (димоходи, опале листя, тощо). Такі предмети утворюють тінь з чіткими обрисами. Але існує і поняття м’якої тіні від споруд чи дерев, розміщених неподалік. При сильному затіненні знижується напруга затіненого модуля, а при менш інтенсивному затіненні знижується сила струму (так як і при похмурій погоді).

Рисунок 8. Вплив сильної та м’якої тіні на вольт-амперну характеристику сонячної батареї.

На практиці, при об’єднанні батарей в стрінг і підключенні до МРРТ-трекера, сильна тінь зменшує продуктивність панелі більше, ніж м’яка.

Рисунок 9. Зниження продуктивності сонячної панелі при різних рівнях затінення з використанням шунтуючих діодів.

При максимальній сонячній інтенсивності, сонячна панель здатна згенерувати 190Вт. В першому випадку спостерігається значне зменшення напруги модуля. Однак завдяки двом шунтуючим діодам, панель генерує електроенергію і її потужність близько 60 Вт, при силі струму у 6 А. В другому випадку, затінення не спричинило відкриття діодів, однак сила струму зменшилась при тій же напрузі. Потужність складає близько 160 Вт. Очевидно, що тінь з чіткими обрисами більше впливає на продуктивність станції.

Вплив  на продуктивність у стрінгу при різних рівнях затінення.

М’яка тінь, яка падає тільки на деякі модулі в стрінгу, викличе ефект "невідповідності сили струму". В цьому випадку, стрінг приймає найслабшу силу струму. Сильна тінь викликає зниження напруги в затінених ділянках. Однак завдяки інвертору або контролеру заряду з MPPT трекером і шунтувальними діодами, сила струму залишається незмінною в більшості випадків.

Не зважаючи на те, що слабка тінь значно менше скорочує потужність однієї сонячної панелі, вона може сильніше вплинути на продуктивність всього стрінга. Розглянемо приклад впливу на генерацію електроенергії в одному стрінгу при затіненні однієї сонячної батареї.

Рисунок 10. Зниження продуктивності в стрінгу при сильному затіненні однієї сонячної батареї

Рисунок 11. Зниження продуктивності стрінгу при м’якому затіненні однієї сонячної батареї

Потужність ряду в якому жорстка тінь закрила частину одного модуля, дорівнює 1 734 Вт. А в разі, коли легка тінь падає на один з модулів, потужність ланцюга рівна 1 643 Вт. Таким чином, зниження сили струму в сонячній батареї, під впливом м’якої тіні, може вплинути значно більше ніж зниження напруги через тінь з чіткими обрисами на одній панелі.

Вплив тіні на продуктивність в паралельно підключених стрінгах.

Коли тінь падає на два паралельно з'єднаних стринги нерівномірно, відбувається ефект «невідповідності напруг». Це стається, коли два стрінги, з'єднані паралельно тобто підключені до одного МРРТ- трекера, виробляють різну напругу, при незалежному вимірюванні в кожному окремому ланцюзі. Це може збити інвертор або контролер заряду з пантелику, та спричинити постійні поправки в роботу системи для досягнення оптимальної продуктивності.

Рисунок 12. Невідповідності напруг в паралельно підключених стрінгах

Оскільки точки максимальної потужності, які розраховує MPPT трекер в контролері, змінюються з рухом тіні, контролер заряду може помилятися і вибирати напругу, яка не відповідає максимальній потужності і працювати в такому режимі тривалий час. Це може сильно вплинути на кількість виробленої енергії.

 

Для підвищення ефективності рекомендується використовувати інвертори з декількома MPPT-трекерами, які дозволять підключити стрінги, які генерують різну потужність та (можливо) розташовані в різних площинах. Іншим рішенням є використання кількох інверторів чи оптимізаторів потужності. Також можна застосувати мікроінвертори на кожну сонячну панель.

Першоджерело: http://solarsoul.net/vliyanie-teni-na-rabotu-solnechnyx-batarej