Ile naprawdę kosztuje cię zacienienie? Prawdziwe liczby

Zacienienie nie działa tak, jak być może sądzisz

Większość ludzi zakłada, że jeśli cień zakrywa jedną dziesiątą panela słonecznego, traci się jedną dziesiątą mocy. To błędne, a różnica między intuicją a rzeczywistością jest najdroższym nieporozumieniem w fotowoltaice dachowej.

Badacze z Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics (CSP) ujmują to wprost. W skrajnych przypadkach nawet 5 procent zacienienia powierzchni modułu może prowadzić do całkowitej utraty produkcji tego modułu. Cień wielkości krawędzi komina albo jednej gołej gałęzi może sprowadzić panel z pełnej mocy niemal do zera.

Aby zrozumieć dlaczego, trzeba przyjrzeć się temu, jak panel jest okablowany w środku.

Dlaczego jedno zacienione ogniwo ciągnie w dół cały łańcuch

Standardowy moduł słoneczny zbudowany jest z 60 lub więcej pojedynczych ogniw połączonych szeregowo, niczym rząd ludzi podających sobie wiadra. Prąd płynący przez moduł jest ograniczony przez najsłabsze ogniwo w łańcuchu. Jak wyjaśnia PVEducation, ponieważ ogniwa są połączone szeregowo, prąd musi być taki sam w każdym ogniwie, więc zacienienie jednego ogniwa ściąga prąd całego łańcucha do poziomu tego zacienionego ogniwa.

Całkowicie zacień jedno ogniwo, a nie stracisz mocy jednego ogniwa. Zdławisz prąd ich wszystkich. Zdrowe ogniwa nadal są oświetlone, ale nie mogą przepchnąć swojego prądu przez wąskie gardło.

Jest gorzej. Zacienione ogniwo ma teraz pełne napięcie pozostałych ogniw przyłożone do siebie w przeciwnym kierunku. Zamiast wytwarzać moc, rozprasza ją jako ciepło. To jest gorący punkt, a Fraunhofer CSP zauważa, że niekorzystne zacienienie może przegrzać obszar modułu, postarzając polimery hermetyzujące i skracając żywotność panela. Więc mały cień to zarazem problem z wydajnością i z niezawodnością.

Ile naprawdę kosztuje pojedyncze drzewo rocznie

Fizyka modułu wyjaśnia nagłe spadki. Roczny uzysk zależy od tego, jak często i jak długo ta fizyka jest wyzwalana w ciągu roku.

Branżowe analizy systemów domowych zwykle szacują straty z zacienienia w skali floty gdzieś między 5 a 25 procent rocznej produkcji, przy czym poszczególne dachy różnią się znacznie szerzej. Jedno dorosłe drzewo lub sąsiedni budynek po złej stronie często wymienia się jako koszt 20 do 40 procent rocznego uzysku, a źle umieszczona przeszkoda dokładnie na południu może być gorsza.

Kierunek ma większe znaczenie niż wielkość drzewa. Na półkuli północnej słońce spędza cały produktywny dzień na południowym niebie. Obiekt dokładnie na południe od twoich paneli zasłania najsilniejsze godziny okołopołudniowe. Obiekt na północy jest w dużej mierze nieistotny. Przeszkody na wschodzie i zachodzie przycinają poranne i wieczorne skraje, co kosztuje mniej, ale nie jest niczym.

Uczciwy wniosek: jeśli duży iglak stoi na południe od ciebie i nie możesz go usunąć, fotowoltaika na tym dachu może być po prostu kiepską inwestycją, a żadna ilość sprytnej elektroniki w pełni tego nie naprawi.

Cień twardy i cień miękki to nie to samo

Nie wszystkie cienie zachowują się tak samo, a to rozróżnienie zmienia ich koszt.

Cień miękki jest rozproszony. Pomyśl o panelu pod cienką, ruchomą koroną odległego drzewa albo o ogólnym przyciemnieniu wczesnym rankiem. Światło nadal dociera do ogniw, tylko mniej, a strata jest bliższa proporcjonalnej.

Cień twardy to ostry, nieprzezroczysty cień o wyraźnej krawędzi: komin, rura wentylacyjna, antena satelitarna, linia energetyczna, ściana attyki. To ten rodzaj, który wyzwala załamanie najsłabszego ogniwa i gorący punkt. Jak opisuje to Clean Energy Reviews, cień twardy bywa mały i stały i często pada w środku dnia, gdy nasłonecznienie jest szczytowe, czyli dokładnie wtedy, gdy boli najbardziej.

Przydatny nawyk przy planowaniu układu: najpierw poluj na źródła twardego cienia. Rura wentylacyjna o średnicy 10 centymetrów w złym miejscu może kosztować więcej niż zamglone drzewo pięćdziesiąt metrów dalej.

Co naprawdę robią diody bocznikujące, optymalizatory i mikroinwertery

Pierwsza linia obrony branży to dioda bocznikująca i niemal każdy nowoczesny panel ma je wbudowane. Większość paneli dzieli swoje ogniwa na trzy grupy, każdą z jedną diodą bocznikującą. Gdy grupa jest zacieniona na tyle, że jej napięcie odwraca się powyżej około 0,7 wolta, dioda włącza się i pozwala prądowi obejść tę grupę. Zacieniona jedna trzecia zostaje poświęcona, ale pozostałe dwie trzecie pracują dalej, a niebezpieczny gorący punkt zostaje rozładowany.

Diody bocznikujące ograniczają szkody. Nie odzyskują ich. W najlepszym razie dioda zeruje wkład zacienionej sekcji, zamiast ciągnąć w dół cały panel i łańcuch. Dlatego projekt SegmentPV Fraunhofera przeprojektowuje układ modułu i rozmieszczenie diod, by jeszcze bardziej ograniczyć straty i ryzyko gorących punktów.

Większa dźwignia to elektronika mocy na poziomie modułu (MLPE): optymalizatory DC (na przykład SolarEdge) i mikroinwertery (na przykład Enphase). Zwykły inwerter łańcuchowy zarządza każdym panelem jako jednym łańcuchem, więc najgorszy panel narzuca tempo wszystkim. MLPE zarządza każdym panelem osobno. Zacieniony panel nadal traci własną produkcję, ale już nie dławi swoich zdrowych sąsiadów. W systemach częściowo zacienionych zwykle odzyskuje to znaczącą część, często podawaną wokół 20 do 30 procent, energii, którą inwerter łańcuchowy by oddał.

Kolejność priorytetów jest jasna. Po pierwsze, unikaj zacienienia, dobierając miejsce i układ. Po drugie, jeśli pewne zacienienie jest nieuniknione, użyj optymalizatorów lub mikroinwerterów, by pozostało ono ograniczone do jednego panela. Żadna elektronika nie zamieni zacienionego dachu w niezacieniony.

Zima zacienienie boli najmocniej

Cień, który omija twoje panele w lipcu, może je pochłonąć w grudniu, bo słońce stoi znacznie niżej na niebie.

W Berlinie (szerokość około 52,5 stopnia północnej) południowe słońce osiąga około 61 stopni nad horyzontem w przesileniu czerwcowym, ale tylko około 14 stopni w przesileniu grudniowym. Przy 14 stopniach każde drzewo, płot i sąsiedni dach rzuca cień kilka razy dłuższy niż latem. Obiekty, które w czerwcu nigdy nie dotknęły twojej instalacji, teraz leżą dokładnie w poprzek niej, w tej porze roku, gdy uzysku potrzebujesz najbardziej.

Dlatego też jeden pomiar satelitarny albo szybki letni rzut oka wprowadza w błąd. Potrzebujesz pełnego profilu przeszkód całego dookoła siebie i tego, jak wysoko każda z nich sięga w niebo.

Liczba, która naprawdę przewiduje twoje straty

Pojęciem, które wiąże to wszystko, jest horyzont zacienienia. To zarys, mierzony w stopniach wysokości w każdym kierunku geograficznym, wszystkiego, co zasłania ci widok otwartego nieba: linia kalenicy sąsiedniego domu, czubek dębu na południowym zachodzie, odległa linia drzew.

Narzędzia mapowe i satelitarne, takie jak Google Project Sunroof, regionalne rejestry katastrów słonecznych i SunCalc, są użyteczne, ale mają wspólny strukturalny martwy punkt. Modelują dach i ogólny teren, a rutynowo pomijają rzeczywiste przeszkody stojące na twoim miejscu lub w jego pobliżu, zwłaszcza drzewa, balustrady balkonów i sąsiednie ściany. To właśnie stamtąd biorą się nieproporcjonalne straty.

Jedyna pewna naprawa to zmierzenie horyzontu zacienienia z dokładnie tego miejsca, gdzie staną panele. Właśnie to robi SunMeasure: stajesz na dachu, balkonie lub kawałku ogrodu, przesuwasz telefon po niebie, a on zapisuje wysokość każdej przeszkody, po czym łączy to z danymi o nasłonecznieniu dla lokalizacji ze źródeł takich jak unijny PVGIS, by oszacować, ile słońca dane miejsce naprawdę dostaje w ciągu roku. Czy użyjesz aplikacji, czy ręcznego wykresu drogi słońca, mierz z miejsca. Koszt złego zgadnięcia to nie kilka procent. Jak pokazuje powyższa fizyka, może to być większość panela.