Zacienienie całkowite i częściowe

Z zacienieniem całkowitym panelu lub jego fragmentu mamy do czynienia wtedy, gdy do części lub całości panelu nie docierają promienie słoneczne. Przypadek taki występuje głównie jesienią i zimą, gdy na panelach pojawia się śnieg lub opadłe liście z drzew. Szczególnie niekorzystny pod względem działania instalacji jest tutaj śnieg, który bardzo łatwo osadza się w dolnej części nachylonego panelu, na aluminiowej ramie, i w krótkim czasie potrafi zasłonić cały dolny szereg ogniw. Zalegający opad powoduje wówczas 100% spadek mocy i uniemożliwia pracę urządzenia.

Częściowe zacienienie panelu ma miejsce, gdy obcy obiekt znajdujący się w jego pobliżu pojawi się na drodze słońca i rzuci cień. Panel nie traci wtedy całkowicie mocy, bowiem do części zacienionej dociera światło rozproszone o znacznie mniejszej energii, ale wystarczająco silne, aby wzbudzić przepływ prądu. W tak zacienionej części zmienia się charakterystyka prądowo-napięciowa, tym samym przesuwa się punkt pracy całego panelu. To, jak bardzo punkt MPP zostanie przesunięty, zależy od wielkości i stopnia zacieniania.

Wpływ cienia na efektywność instalacji

Przedstawiony na zdjęciu dom posiada dwie niezależne od siebie instalacje fotowoltaiczne o bardzo zbliżonej mocy:

• Instalacja nr 1, której moc wynosi 3,36 kWp, została wybudowana w roku 2017 w oparciu o 12 modułów polikrystalicznych o mocy 280 Wp. Szczegółowe działanie tej instalacji (w tym generowane uzyski) zostało przedstawione już we wcześniejszych artykułach tu i tu).
• Instalacja nr 2 o mocy 3,3 kWp, której montaż odbył się w październiku 2020. Wykorzystano 10 modułów monokrystalicznych o mocy 230 Wp.

Obie instalacje zlokalizowano na tej samej połaci dachowej, skierowanej dokładnie w kierunku południowym, co powinno gwarantować zbliżone uzyski energetyczne (pomimo minimalnie wyższej mocy instalacji nr 1 - 3,36 kWp). Instalacja nr 2 została wyposażona w nowsze moduły monokrystaliczne o wyższej sprawności.

Okazuje się jednak, iż uzyski generowane przez instalację nr 2 są sporo niższe, niż ilość energii wytwarzanej w starszej instalacji nr 1. Kluczową przyczyną jest zlokalizowane na sąsiedniej działce drzewo, które ma marginalne znaczenie dla działania instalacji nr 1, jednak wywiera znacznie większy, niekorzystny wpływ na działanie instalacji nr 2.

Widać to na poniższych wykresach dziennych:

Instalacja nr 1 zaczyna optymalną pracę już około godziny 9-10.00, gdyż rzucające cień drzewo znajduje się stosunkowo daleko. Znacznie gorzej sytuacja wygląda w przypadku instalacji nr 2, gdzie normalne funkcjonowanie instalacji zaczyna się dopiero około godziny 12.00. Przekłada się to na obniżenie uzysków energetycznych aż o około 25, nawet 30% w porównaniu z instalacją nr 1.

Analizowany przykład jednoznacznie pokazuje, jak duży wpływ mogą mieć obiekty zacieniające na działanie instalacji fotowoltaicznej.

Jak rozwiązać problem?

Istnieją dwa potencjalne rozwiązania problemu:

1.  Usunięcie obiektu zacieniającego – w analizowanym przypadku najprościej byłoby usunąć drzewo zacieniające instalację. Niestety to skuteczne, aczkolwiek dosyć radykalne rozwiązanie nie będzie możliwe, gdyż drzewo znajduje się na sąsiedniej działce.
2. Ograniczenie wpływu obiektu zacieniającego – chodzi o doprowadzenie do sytuacji w której negatywny wpływ obiektu zacieniającego zostanie ograniczony. W analizowanej sytuacji będzie to przycięcie drzewa aby jego wpływ na działanie instalacji został ograniczony do minimum. Właśnie ten wariant został wybrany przez właścicieli budynku, tym bardziej, że drzewo jest już na tyle wysokie, że w przypadku bardzo silnego wiatru może grozić złamaniem i uszkodzeniem konstrukcji dachu.
3. Zastosowanie optymalizatorów mocy lub mikroinwerterów – optymalizatory mocy to przetworniki mocy na poziomie modułu, które montowane są pod poszczególnymi panelami (wszystkimi bądź tymi, których działanie jest najbardziej utrudnione, np. ze względu na zacienienie).

Optymalizatory mocy zapewniają:

• lepszą wydajność instalacji fotowoltaicznej w sytuacji nierównego nasłonecznienia
• możliwość monitorowania pracy poszczególnych paneli,
• równoległe działanie poszczególnych modułów, dzięki czemu jeden panel nie może negatywnie wpływać na pozostałe.

W instalacji z mikroinwerterami poszczególne moduły fotowoltaiczne mają swoje własne przemienniki częstotliwości, a połączone są równolegle. Oznacza to, że działają od siebie niezależnie, a zacienienie jednego nie wpływa w żaden sposób na działanie całej instalacji, a każdy moduł zawsze pracuje z możliwie maksymalną wydajnością.

Zarówno zastosowanie optymalizatorów mocy, jak i mikroinwerterów poprawia efektywność działania instalacji, jednak podnosi także koszt instalacji fotowoltaicznej, zasadność ich montażu wymaga więc szczegółowej analizy. W analizowanym przykładzie optymalizatory mocy byłyby w pełni uzasadnione, gdyby nie konieczność przycięcia drzewa w celu zapewnienia bezpieczeństwa dachu, co będzie rozwiązaniem tańszym, a jednocześnie gwarantującym podniesienie efektywności pracy instalacji.