Солнечные фотоэлектрические системы состоят из нескольких солнечных панелей, соединенных проводом в массивы в зависимости от потребности в электроэнергии от каждой из этих панелей, которые, в свою очередь, состоят из множества солнечных фотоэлементов, которые являются основными элементами, участвующими в улавливании энергии солнца и преобразовании их в электричество. Теперь, если тень падает даже только на одну часть солнечной панели в вашем массиве, выходной сигнал всей системы может быть потенциально скомпрометирован, это можно отнести к затенению фотоэлектрических панелей.

Изображение, показывающее разницу в выходной мощности от затемненной и незатененной солнечной панели

Для лучшего понимания

Считайте, что обвязка панелей - это кусок трубы, а солнечная энергия подобна воде, текущей по этой трубе. Нетрадиционные солнечные струны, тень - это то, что блокирует поток. Если, например, тень от дерева или дымохода падает одна на все панели внутри струны, выход всей струны уменьшается примерно до нуля, пока тень остается там. Однако, если есть отдельная, незатененная струна, эта струна может по-прежнему обеспечивать выходную мощность, как обычно.

Графическое изображение влияния затенения на солнечную систему

Какие факторы вызывают затенение?

Затенение, обычно вызываемое облаками, препятствиями из окружающей среды, такими как деревья или близлежащие здания, самозатенением между панелями в параллельных рядах, грязью, пылью и другим мусором, напоминающим птичий помет и т.д. движущиеся облака.

Как это влияет на работу солнечной энергосистемы?

Солнечные панели подключаются последовательно-параллельно в зависимости от диапазона входного напряжения инвертора. Если тень от дерева или дымохода падает даже на одну панель струны, выход всей струны будет почти нулевым в течение периода тени, потому что панели соединены вместе таким образом, что выходная мощность снижается до уровня тока, проходящего через самую слабую панель. Если есть отдельная незатененная строка, она все равно будет выводить мощность как обычно. Влияние оттенка на всю систему зависит от того, соединены ли панели вместе.

Как решить проблему затенения?

• Размещение фотоэлектрических систем

Перед установкой солнечной фотоэлектрической системы вы должны провести тщательный анализ участка, учитывая все время суток в любое время года, чтобы избежать тени. Ближайшее растущее дерево или здание, которое может появиться в будущем, также необходимо рассмотреть, прежде чем окончательно выбрать место для фотоэлектрической системы.

• Обходной диод

Обходные диоды для уменьшения эффекта затемнения

Деструктивное воздействие нагрева горячих точек можно избежать с помощью байпасного диода. Обходной диод подключается параллельно, но с противоположной полярностью, к солнечному элементу, как показано ниже. При нормальной работе каждый солнечный элемент будет иметь прямое смещение, и, следовательно, байпасный диод будет иметь обратное смещение и фактически будет разомкнутой цепью. Однако, если солнечный элемент смещен в обратном направлении из-за несоответствия тока короткого замыкания между несколькими последовательно соединенными элементами, то байпасный диод проводит, тем самым позволяя току от исправных солнечных элементов течь во внешней цепи, а не смещать вперед каждый хороший сотовый. Максимальное обратное смещение на бедной ячейке снижается примерно до одного падения на диоде, что ограничивает ток и предотвращает нагревание горячей точки. Работа байпасного диода и влияние на ВАХ показаны на анимации ниже.

Ток для двух последовательно соединенных ячеек и эффект байпасного диода. Анимация автоматически переходит от одного состояния к другому.

Влияние байпасного диода на ВАХ можно определить, сначала найдя ВАХ одиночного солнечного элемента с обходным диодом, а затем комбинируя эту кривую с ВАХ других солнечных элементов. Перепускной диод воздействует на солнечную батарею только обратным смещением. Если обратное смещение больше, чем напряжение колена солнечного элемента, то диод включается и проводит ток. Комбинированная кривая IV показана на рисунке ниже.

ВАХ солнечного элемента с байпасным диодом.

Предотвращение нагрева горячих точек с помощью байпасного диода. Для наглядности в примере используется всего 10 ячеек, из которых 9 незатененных и 1 закрашенная. Типичный модуль содержит 36 ячеек, и эффекты рассогласования по току даже хуже без байпасного диода, но менее важны с байпасным диодом. Анимация перемещается автоматически. Для продолжения нажимать не нужно.

Однако на практике один байпасный диод на солнечный элемент обычно слишком дорог, и вместо этого байпасные диоды обычно размещаются между группами солнечных элементов. Напряжение на затемненном или слаботочном солнечном элементе равно напряжению прямого смещения других последовательных элементов, которые используют тот же байпасный диод, плюс напряжение байпасного диода. Это показано на рисунке ниже. Напряжение на незатененных солнечных элементах зависит от степени затемнения слаботочного элемента. Например, если элемент полностью затенен, то незатененные солнечные элементы будут смещены в прямом направлении из-за их тока короткого замыкания, и напряжение будет около 0,6 В. Если плохой элемент затенен только частично, часть тока от исправных элементов может протекать через цепь, а оставшаяся часть используется для прямого смещения каждого перехода солнечных элементов, вызывая более низкое прямое напряжение смещения на каждой ячейке. Максимальная рассеиваемая мощность в заштрихованной ячейке приблизительно равна генерирующей способности всех ячеек в группе. Максимальный размер группы на диод без повреждения составляет около 15 ячеек на байпасный диод для кремниевых элементов. Поэтому для обычного модуля на 36 ячеек используются 2 байпасных диода, чтобы гарантировать, что модуль не будет уязвим для" горячей точки" повреждать.

Байпасные диоды в группах солнечных элементов. Напряжение на незатененных солнечных элементах зависит от степени затемнения бедного элемента. На рисунке выше произвольно показано 0,5 В.

• Струнный инвертор с возможностью отслеживания MPP

Технология отслеживания точки максимальной мощности (MPP Tracking или MPPT) теперь является стандартом среди производителей струнных инверторов. Струнные инверторы с MPP Tracker способны выжать максимально полезную энергию из цепочки солнечных панелей (даже когда они затенены) путем регулировки входного напряжения. Вкратце, MPP Tracker помогает минимизировать выходные потери, связанные с частичным затенением и другими несоответствиями выходного сигнала. Инверторы без технологии MPPT теряют выходной сигнал из более слабой строки, когда он проходит ниже желаемого порогового значения.

• Микроинвертор и оптимизаторы мощности

И микроинверторы, и оптимизаторы мощности используются для решения проблемы частичного затемнения. Это позволяет каждой солнечной панели работать индивидуально, поэтому на производство энергии в системе не оказывает несоразмерное влияние всего одна или две затемненные панели.

Различные типы солнечного затенения

Существуют разные типы затенения солнца, в зависимости от объектов, создающих тень.

Временное затенение

Временное затенение включает затенение, вызванное облаками, птичьим пометом, пылью или опавшими листьями.

Затенение от здания

Затенение от здания имеет решающее значение, поскольку оно включает прямые тени. Примерами этого типа затенения являются дымоходы, осветительные проводники, спутниковые антенны, антенны, выступы на крыше и фасаде, смещенная строительная конструкция, надстройка крыши - и это лишь некоторые из них.

Затенение с места

Затенение от местоположения исходит от окружающей среды здания. Могут быть деревья или кусты, кабели, проходящие над зданиями, соседними зданиями или удаленными зданиями, которые также могут вызвать затемнение горизонта.

Самозатенение

В системах для монтажа в стойку самозатенение модулей может быть вызвано расположением модулей. В этих случаях необходимо оптимизировать наклон и расстояние между рядами модулей.

Прямое затенение

Прямое затенение может привести к большим потерям энергии, так как близость к отбрасывающему тень объекту мешает фотоэлектрической панели солнечных батарей улавливать свет.