Zacienienie paneli fotowoltaicznych – jak wpływa na wydajność i opłacalność inwestycji?

Chcesz zaoszczędzić na rachunkach za prąd instalując panele słoneczne na dachu budynku, ale obawiasz się, że spadające liście, ptasie odchody czy pobliski słup energetyczny obniżą wydajność, a tym samym opłacalność twojej instalacji fotowoltaicznej?

Faktem jest, że zacienienie negatywnie wpływa na pracę modułów PV, jednak istnieją technologie, które częściowo rozwiązują ten problem. Z artykułu dowiesz się jak zacienienie wpływa na pracę instalacji fotowoltaicznej oraz w jaki sposób możesz ograniczyć negatywny efekt zacienienia modułów PV.

 

Dlaczego zacienienie paneli fotowoltaicznych to problem?

Zacienienie paneli PV stanowi problem, gdyż obniża wydajność instalacji fotowoltaicznej, co z kolei podnosi nasze rachunki za prąd. Nawet niewielkie zacienienie z powodu suchego liścia może spowodować aż 25 procentowy spadek mocy całej instalacji.

Jest to spowodowane konstrukcją panelu fotowoltaicznego oraz całej instalacji. Panele PV zbudowane są z połączonych szeregowo pojedynczych ogniw słonecznych, co sprawia, że wydajność całego panelu jest równa wydajności najsłabszego ogniwa. Co więcej, panele w instalacji fotowoltaicznej również są połączone szeregowo, dlatego ilość wytwarzanego prądu będzie równa tej, jaką produkuje zacieniony panel. Krótko mówiąc, instalacja fotowoltaiczna dostosowuje swoją wydajność do najsłabszego ogniwa.

Dlatego bardzo ważne jest, aby w trakcie projektowania instalacji fotowoltaicznej uwzględnić stopień zacienienia dachu w zależności od pory roku.  Warto pamiętać, że rezygnacja z montażu paneli PV w strefach szczególnie narażonych na zacienienie może podnieść wydajność instalacji nawet o kilkanaście procent.

 

Jak kierunek ułożenia paneli wpływa na wydajność instalacji fotowoltaicznej?

Dachy z zamontowaną instalacją fotowoltaiczną są zwykle narażone na zacienienie spowodowane przez pobliskie budynki, słupy wysokiego napięcia, drzewa, spadające liście, odchody ptaków, elementy konstrukcyjne dachu oraz zalegający śnieg. W przypadku naziemnej instalacji PV, cień mogą rzucać również wysoka trawa i krzewy.

Zarówno w przypadku zacienienia z powodu wysokich budynków i drzew, jak i śniegu rozwiązaniem pozwalającym na uzyskanie dobrej wydajności instalacji PV jest ułożenie modułów fotowoltaicznych w poziomie. Wówczas, w miarę przesuwania się cienia czy topnienia śniegu kolejne łańcuchy ogniw będą odsłaniane, a instalacja stopniowo podejmie pracę. Jeśli panele ułożone są pionowo, to produkcja prądu powróci dopiero, gdy wszystkie moduły będą wolne od cienia lub śniegu.

Należy jednak pamiętać, że konstrukcja montażowa w poziomym ułożeniu może być nawet o 70% droższa niż konstrukcja, w której panele są w pionie. Dlatego przed podjęciem decyzji o kierunku ułożenia paneli warto obliczyć, czy opłaca się ponieść wyższe koszty montażu, aby utrzymać lepszą wydajność instalacji przy częściowym zacienieniu modułów. W wielu sytuacjach inwestycja w panele PV w poziomie może być nieopłacalna, gdyż uzyskane kWh nie będą aż tak istotne w rocznym rozrachunku ekonomicznym.

 

Jak ograniczyć wpływ zacienienia na pracę instalacji fotowoltaicznej?

Problem zacienienia, szczególnie w przypadku instalacji fotowoltaicznej na dachu budynku, jest zwykle nie do uniknięcia. Na szczęście z pomocą przychodzą nam technologie, których zadaniem jest utrzymanie jak najwyższej wydajności instalacji w sytuacji jej częściowego zacienienia. Obecnie wykorzystuje się trzy rozwiązania technologiczne, które ograniczają negatywny wpływ zacienienia na pracę instalacji PV.

Pierwszym z nich, najczęściej stosowanym jest montaż paneli fotowoltaicznych wykonanych w technologii HALF CUT. Panel Half Cut to moduł z ogniwami ciętymi na pół. Połówkowe ogniwa układa się w łańcuchy, które następnie łączy się ze sobą równolegle. O połowę mniejsza powierzchnia ogniwa w module Half Cut sprawia, że generuje się dwukrotnie mniejsze natężenie prądu oraz mniejszy opór elektryczny. Dzięki temu, w sytuacji zacienienia straty mocy w ogniwach Half Cut będą ponad cztery razy mniejsze niż w ogniwach standardowych. Co ważne, w przypadku paneli Half Cut stopień redukcji negatywnego wpływu zacienienia na pracę instalacji nie jest zależy od ułożenia paneli. Mogą być zamontowane zarówno w pionie jak i w poziomie.

Stosunkowo nową technologią są optymalizatory mocy, które dobrze sprawdzają się przy zacienieniach spowodowanych przez słupy, latarnie, budynki czy drzewa. Głównym zadaniem optymalizatora jest wyszukanie maksymalnego punktu mocy dla każdego modułu po to, aby zwiększyć wydajność całej instalacji fotowoltaicznej. W konsekwencji, pomimo spadku mocy jednego z modułów w wyniku zacienienia, pozostałe panele będą pracować normalnie. Zastosowanie optymalizatora mocy w sytuacji zacienienia, pozwala uzyskać nawet o 20% więcej energii z instalacji niż w przypadku instalacji bez optymalizatora.

Trzecie, rzadko wykorzystywane rozwiązanie to diody bocznikujące (diody bypass) w panelach. Diody, instalowane w skrzynce przyłączeniowej na tylnej stronie modułu PV, połączone są równolegle z łańcuchem 20-24 ogniw. Gdy wystąpi zacienienie prąd zaczyna płynąć przez diodę omijając zacieniony obszar. Przy trzech diodach bocznikujących na jednym panelu, załączenie się jednej z nich spowoduje spadek mocy panelu o 33,3%, o ile panele ułożone są poziomo. Natomiast, w przypadku modułów ułożonych pionowo i poprzecznym zacienieniu, cały moduł zostanie wyłączony.

 

Podsumowanie

Zacienienie może znacząco zredukować wydajność instalacji fotowoltaicznej, co z kolei przełoży się na wyższe niż zakładaliśmy rachunki za prąd. Stopień ograniczenia pracy instalacji zależy od natężenia i kierunku padania zacienienia na dach, od sposobu ułożenia paneli PV oraz od zastosowanych rozwiązań technologicznych ograniczających negatywny wpływ zacienienia na pracę instalacji fotowoltaicznej.

Dokonując wyboru technologii ograniczającej negatywny wpływ zacienienia na pracę instalacji fotowoltaicznej, należy wziąć pod uwagę:

  1. Stopień zacienienia dachu w różnych porach roku.
  2. Wpływ zacienienia punktowego, podłużnego i poprzecznego na moc jednego modułu.
  3. Jak bardzo zacienienie wpłynie na wielkość produkcji prądu i o ile więcej zapłacimy w okresie zacienienia za prąd.
  4. Różnicę w kosztach konstrukcji montażowej w przypadku paneli ułożonych w pionie i w poziomie.
  5. Koszt optymalizatora mocy, paneli Half Cut lub diod bocznikujących.

Aby zoptymalizować produkcję prądu z instalacji PV, a jednocześnie nie ponieść nadmiernych kosztów montażowych, które postawią pod znakiem zapytania jej opłacalność, warto skorzystać z usług profesjonalnej firmy fotowoltaicznej.  Dobrze zaprojektowana instalacja fotowoltaiczna powinna uwzględniać optymalne rozmieszczenie i kierunek ułożenia paneli słonecznych oraz dobór odpowiedniego do stopnia zacienienia rozwiązania chroniącego instalację przed spadkami mocy. Wówczas instalacja fotowoltaiczna w pełni wykorzysta dostępną energię słoneczną, a zwrot z inwestycji w fotowoltaikę będzie odpowiednio wysoki.

Dowiedz się więcej o fotowoltaice

Jak wybrać firmę fotowoltaiczną, aby nie stracić pieniędzy i nerwów? Część 2.

Jak wybrać firmę fotowoltaiczną, aby nie stracić pieniędzy i nerwów? Część 1.

Wady i zalety instalacji on-grid i off-grid