Tipuri de umbrire la panouri fotovoltaice

Umbrirea poate fi cauzată de copaci, de clădirile din apropiere sau de obstacole fixe, cum ar fi coșurile de fum și sistemele de răcire prin evaporare, plus elemente naturale, cum ar fi acumularea de praf sau excrementele de păsări. Atunci când un panou este umbrit, acesta reduce semnificativ cantitatea de lumină solară care ajunge la celulele solare, scăzând producția de energie. Cu toate acestea, umbrirea nu este, în general, uniformă și, în funcție de gradul de umbrire întâlnit, vor exista rezultate diferite.

Umbrirea poate fi pe întreaga matrice fotovoltaică (pe toate panourile), parțial pe unele panouri sau pe o suprafață mică pe unele celule de pe panouri individuale. În timp ce umbrirea întregii rețele va reduce semnificativ performanța, umbrirea parțială pe unul sau mai multe panouri poate să nu aibă un impact prea mare asupra performanței generale.

*umbră severă pe o porțiune mare de panou fotovoltaic, ceea ce duce la o performanță extrem de slabă.

Cum afectează umbrirea panourile solare

Majoritatea sistemelor solare utilizează invertoare solare de tip string standard. În astfel de sisteme, umbrirea parțială a unuia sau a două panouri solare va duce la o scădere notabilă a performanței generale a sistemului. În configurațiile de panouri solare cu șiruri, panourile sunt interconectate în serie ce cuprind de obicei între 3 și 14 panouri. Această configurație este utilizată deoarece panourile conectate în serie generează o tensiune mai mare, optimizând eficiența invertorului solar în convertirea electricității de curent continuu în curent alternativ.

Diode de by-pass – Soluția simplă

Atunci când o porțiune a unui panou fotovoltaic este umbrită, celulele umbrite vor produce mai puțină energie (curent redus). În acest timp, celulele neumbrite vor produce putere maximă (curent ridicat) și va apărea o situație de curent invers, în care curentul poate intra în celulele umbrite, ceea ce va duce la supraîncălzirea celulei. Acesta este momentul în care diodele de bypass salvează situația.

*O diagramă obișnuită a unui panou solar de serie care prezintă cele 3 diode de bypass (una pentru fiecare grup de 20 de celule).

Majoritatea panourilor fotovoltaice moderne conțin diode de by-pass pentru a asigura o cale alternativă de curent atunci când o celulă sau mai multe celule devin umbrite sau defecte. Diodele sunt, în general, amplasate în cutia de joncțiune din partea din spate a modulului fotovoltaic. Diodele sunt dispozitive relativ simple care permit curentului să circule doar într-o singură direcție, permițând ca acesta să ocolească panoul solar în anumite condiții.

Umbrirea care duce la defectarea diodei de bypass

Funcționarea continuă a diodelor de bypass în condiții de umbră poate duce la supraîncălzire și la o potențială defecțiune. Diodele sunt predispuse mai mult la defecțiuni pe termen lung din cauza unor factori precum fluctuațiile de temperatură, umiditatea și stresul electric în timpul funcționării continue. Aici este locul în care diferitele tipuri de umbrire au o mare influență asupra activării sau nu a diodelor și asupra nivelului de stres la care vor fi supuse.

De exemplu, dacă sistemul tău suferă de umbrire regulată pe o suprafață mare din cauza unui copac din apropiere, panourile se vor confrunta cu ceea ce ar putea fi judecat ca fiind umbrire medie sau umbrire ușoară dacă copacul își pierde frunzele în timpul iernii. În acest caz, din cauza cantității mari de umbră pe numeroase panouri, este posibil ca diodele de bypass să nu fie forțate să se activeze. În această situație, diodele pot funcționa fără probleme timp de mai multe decenii.

Pe de altă parte, s-a constatat că umbrirea rigidă sau fixă pe o suprafață mică a panourilor instalate lângă gurile de aerisire de pe acoperiș și coșurile de fum poate duce la apariția unor urme de arsură și a unor puncte fierbinți extreme rezultate din defectarea diodelor de bypass. Acest lucru se întâmplă din două motive: temperatura panoului și a cutiei de joncțiune este mult mai mare atunci când cea mai mare parte a panoului este expusă la lumina soarelui, iar tensiunea și curentul care circulă prin panouri și diode este mai mare atunci când doar o mică parte a unui panou este umbrită. Acești doi factori au ca rezultat o presiune termică mai mare exercitată asupra diodei.

Ce se întâmplă atunci când diodele de bypass se defectează?

Atunci când o diodă cedează, se poate întâmpla în două moduri. Ea poate deveni permanent deschisă (circuit deschis) sau permanent închisă (scurtcircuit). Din experiență personală și din ceea ce au raportat și alți instalatori, acestea tind să se defecteze ca fiind permanent închise (cu ocolire permanentă), ceea ce duce la o putere redusă în orice moment, chiar și fără umbrire. Cu toate acestea, diodele de by-pass care cedează în poziție deschisă pot avea efecte mult mai grave, deoarece curentul invers nu poate fi blocat atunci când celulele sunt umbrite.

Întreaga idee a diodelor de by-pass pe panouri este că acestea sunt rareori folosite. Activarea zilnică din cauza umbririi dure de la obiectele din apropiere, în special în timpul verilor fierbinți, duce în cele din urmă la defectarea diodelor.

Diodele de bypass pot fi reparate sau îmbunătățite?

Panourile solare conțin una sau mai multe cutii de joncțiune montate pe partea din spate, care adăpostesc diodele de bypass și oferă un punct de conectare sigur pentru cablurile de interconectare. Până în jurul anului 2017, majoritatea panourilor solare aveau formatul standard de 60 de celule și aveau o singură cutie de joncțiune mare, cu un capac detașabil, care permitea utilizatorilor să inspecteze și chiar să înlocuiască diodele. Din păcate, acest design a dus uneori la pătrunderea apei, iar de-a lungul anilor, cutiile de joncțiune au evoluat în carcase mai mici pline cu compus de umplere (poliuretan), care nu pot fi reparate.

Din păcate, este aproape imposibil să se înlocuiască diodele moderne.

Procesul poate implica răzuirea cu grijă a materialului de olane din interiorul cutiei de joncțiune, tăierea diodei arse, lipirea uneia noi și, în final, umplerea cutiei de joncțiune cu un material de umplere rezistent la foc.

*Căsuțele de joncțiune din panourile solare moderne nu sunt proiectate pentru a putea fi reparate, astfel încât înlocuirea unei diode defecte este extrem de dificilă, deoarece acestea sunt înglobate într-un compus de umplere care este aproape imposibil de îndepărtat.

Potențiale îmbunătățiri ale diodei

Durata de viață a diodelor ar putea fi mărită prin integrarea unor mici radiatoare din aluminiu pentru a disipa căldura, dar problema cu acest lucru este că orice metal expus ar putea fi extrem de periculos și ar putea provoca șocuri electrice sau scurtcircuite. O altă îmbunătățire constă în utilizarea unor cutii de joncțiune durabile, rezistente la apă, care să acopere un radiator și să asigure un flux de aer.

Cum să reducem efectele umbririi

Verifică dacă nu există copaci sau ramuri care au crescut semnificativ și care provoacă umbrire pe unul sau mai multe panouri. Atenție, acest lucru poate să nu fie evident în mijlocul zilei, când soarele este mult mai sus pe cer. Mai mult, acordă o atenție deosebită umbrelor proiectate de obstacolele fixe de pe acoperiș, cum ar fi coșurile de fum, atât dimineața devreme, cât și mai târziu după-amiaza, în special vara.

Soluție – În cazul în care umbrirea constantă a câtorva panouri reprezintă o problemă, aceasta poate fi depășită prin adăugarea de optimizatoare de putere la panourile afectate, cum ar fi cele de la Huawei.

O altă soluție ideală este relocarea panoului sau a panourilor umbrite într-o zonă neumbrită, dacă există o suprafață de acoperiș disponibilă. În cazul în care panoul nu poate fi mutat, îndepărtarea unui panou foarte umbrit din șir ar putea fi o măsură de precauție utilă pentru a preveni o defecțiune a diodelor care să ducă la o potențială defecțiune majoră în viitor. În ambele cazuri, panoul umbrit nu va avea performanțe bune, așa că eliminarea completă a acestuia este o opțiune mai sigură.

În timpul etapei de proiectare a unui panou solar pe acoperiș, dacă nu se poate evita umbrirea puternică, ar trebui adăugate optimizatoare de putere în șir. Alternativ, în locul invertoarelor de șir ar trebui să se utilizeze microinvertoare.