Усі розвинені країни прагнуть мінімізувати кількість речовин, що потрапляють у навколишнє середовище та забруднюють його, тому шукають шляхи отримання альтернативної енергії. Хоча в Україні ці тенденції підтримувалися й раніше, останніми роками з’явилося чимало додаткових чинників, які сприяли тому, що навіть приватні особи замислилися над можливістю отримання зеленої електроенергії. Тому зростає попит на сонячні панелі в Києві, Харкові, Одесі, Дніпрі, Черкасах, Хмельницькому, Житомирі, Ужгороді, Львові та інших населених пунктах. У процесі експлуатації користувачі помічають, що трафік енергії, який забезпечується модулями, що перетворюють енергію сонця на електричну, не завжди стабільний. Коли відбувається затінення сонячних панелей, вироблення енергії знижується, при цьому повністю уникнути потрапляння модулів у тінь неможливо. Тому виникає питання — чи можна стабілізувати обсяг виробленої електроенергії та підвищити його при повному або частковому затіненні. Якщо ви теж хочете дізнатися, як збільшити потужність сонячної батареї в тіні та забезпечити максимально можливу ефективність роботи системи, рекомендуємо витратити кілька хвилин на читання цієї статті.
Як тінь впливає на роботу СЕС. Як підвищити ефективність СЕС за наявності затінення
Вибираючи місце для встановлення сонячних панелей, практично неможливо уникнути затінення, незалежно від того, на яку сторону світу орієнтований ваш дах, яка у нього конфігурація, чи є поруч об'єкти. Розробляючи проект сонячної електростанції, варто враховувати безліч факторів, серед яких основні:
- сонце не стоїть на місці, в якийсь із періодів, вранці, в обід або ввечері панелі однозначно будуть менше освітлені та потраплять у затінення;
- тінь можуть створювати хмари, які зменшують кількість сонячних променів, що досягають землі;
- крім статичних об'єктів, таких як будівлі, димоходи, дерева тощо, затінення можуть створювати гілки, листя, пір'я та послід птахів, інші забруднення, що час від часу потрапляють на панелі.
При повному або частковому затіненні придбаної вами сонячної панелі для будинку, квартири або іншого об'єкта знижується продуктивність не тільки 1 модуля, але й усього ланцюга, в якому знаходиться пристрій. Чому так відбувається та як поліпшити роботу сонячної електро станції в тіні, ми розберемо далі.
Що відбувається, коли сонячна батарея в тіні?
Перш ніж боротися з тінями, розберемо, що відбувається, коли сонячні панелі не отримують достатню кількість сонячного світла при різних видах підключення.
Зміна продуктивності при затіненні послідовно підключених сонячних панелей
При розробці проекту СЕС багато хто закладає послідовне з'єднання декількох сонячних панелей з виведенням отриманої енергії на 1 MPPT-контролер інвертора. Таке підключення електрообладнання дає можливість підсумувати напругу від кожного модуля зі збереженням струму, що характеризує 1 панель. При такому монтажі струм проходить послідовно через всі ланки ланцюга, що відповідають за генерацію, від «+» до «-», від «-» до «+». Якщо повністю або частково затінити 1 з модулів, то сила струму на виході з ланцюга, що складається з послідовно з'єднаних панелей, знижується до значення, яке дає елемент, що потрапив у тінь. Це як з трубопроводами, по яких рухається вода або повітря. Якщо на якійсь із ділянок утворюється засмічення, то пропускна здатність трубопроводу в цілому знизиться до параметрів, що відповідають зоні засмічення.
Розглянемо на прикладах. Припустимо, що ви встановили 5 панелей потужністю 480 Вт, кожна з яких за максимальних параметрів забезпечують напругу 35,37 В та силу струму 13,55 А. Без затінення такий ланцюг у період пікової активності забезпечує вироблення електроенергії на рівні:
5 (модулів) * 35,37 (В) * 13,55 (А) = 2 396 Вт на годину
Тим, хто раніше не стикався з роботою СЕС, хочемо нагадати, що електроенергія, яка надійде від сонячних панелей та інвертора до АКБ батарей (стаціонарної мережі) — буде нижчою, ніж на вході в інвертор. Це пов'язано з втратами під час перетворення.
Якщо одна з панелей потрапляє в тінь, вироблення енергії знижується, струм падає на 25 % та більше. При густій тіні (наприклад, якщо на панелі лежить листя, пташиний послід, потрапив бруд) струм може знизитися навіть до 1 А. Припустимо, що затінення мінімальне та струм від 1 з 5 панелей знизився на 25 %, тепер дорівнює 10,16 А. У такі періоди ланцюг із 5 панелей генеруватиме до:
5 (модулів) * 35,37 (В) * 10,16 (А) = 1 796 Вт на годину
Втрати становитимуть близько 600 Вт на годину. Якщо затінення панелі буде сильним, струм від неї може знизитися до 1 А. У такому випадку загальна продуктивність ланцюга становитиме лише близько 176 Вт на годину:
5 (модулів) * 35,37 (В) * 1 (А) = 176 Вт на годину
Як бачите, при послідовному підключенні, у разі затінення 1 сонячної панелі монокристалічної, полікристалічної або будь-якої іншої, що входить до ланцюга, продуктивність всієї мережі буде залежати від найменшого струму. Тому при такому варіанті монтажу важливо ще на етапі проектування виконати розрахунок затінення, щоб врахувати рельєф, азимут, рівень інсоляції, мінімізувати можливе потрапляння тіні від одного ряду на інший. Також у стринг сонячної панелі можна інтегрувати байпаси, про них ми розповімо трохи пізніше.
Зміна продуктивності при паралельному підключенні сонячних панелей
У деяких випадках власники об'єктів приймають рішення підключати елементи до інвертора паралельно. У таких випадках подача електроенергії може відбуватися від кожної придбаної вами сонячної панелі для квартир окремо або ж від модулів, послідовно з'єднаних у кілька відокремлених ланцюгів. При повному або частковому затіненні елементів, які підключені до інвертора паралельно, може виникати збій у роботі контролерів. Під впливом густої тіні може знижуватися не тільки струм, але й напруга. Якщо у вас інвертор з 1 MPPT, йому доведеться постійно вносити поправки в налаштування, регулюючи продуктивність, особливо якщо тінь рухається. Це не лише знизить загальну продуктивність мережі, але й може призвести до передчасного зносу обладнання.
Як підвищити потужність сонячної батареї в тіні: ефективні рішення
Врахування сонця при проектуванні СЕС допомагає заздалегідь, хоча б частково, нівелювати ризик затінення та зниження продуктивності, прийняти рішення, що краще:
- Купити сонячні панелі полікристалічні, які добре зарекомендували себе в похмуру погоду, але при густій тіні втрачають продуктивність. Їх ККД найвищий, вони компактні, але коштують дорожче за інші аналоги.
- Придбати монокристалічні сонячні панелі, які найбільш ефективні під прямими променями, але в тіні їхня продуктивність наближається до нуля. Вони доступні за ціною, але ККД нижчий, ніж у монокристалічних, а габарити більші.
- Вибрати аморфні сонячні панелі, які найбільш продуктивні в тіні та умовах слабкого освітлення. Але вони мають відносно низький ККД та швидко деградують.
- Сонячна панель біфракційна, якщо її встановити на поверхні з високими відбивними властивостями, може генерувати електроенергію, перетворюючи не тільки прямі сонячні промені, але й відбиті. Завдяки цьому, при затіненні їхня продуктивність знижується незначно. Але цей вид модулів відносно дорогий.
Крім вибору типу панелей, грамотне проектування допомагає визначити оптимальні методи, спрямовані на підвищення ефективності сонячних панелей у тіні. Рішень може бути безліч, для кожного випадку вони повинні бути індивідуальними, тут ми розберемо основні.
Стринг сонячних батарей із застосуванням шунтуючих діодів
Як би ви не розмістили сонячні панелі, тіні в будь-якому разі потраплятимуть на них, повністю або частково закриваючи поверхню елемента. Щоб мінімізувати негативні наслідки та стабілізувати вироблення електроенергії, при послідовному підключенні рекомендується використовувати шунтуючі діоди. Вони можуть виявляти панелі, які повністю або частково замінені, пошкоджені та працюють не на повну потужність. Після виявлення вони відсікають модуль, запускаючи рух потоку через байпас. Таким чином, виключають з процесу ділянку з мінімальним струмом та напругою, стабілізують ланцюг загалом. Своїм клієнтам, які раніше встановили СЕС або ж тільки планують цим зайнятися, ми рекомендуємо все ретельно розрахувати, за необхідності придбати запчастини для сонячних батарей, щоб збільшити продуктивність.
Якщо повернутися до раніше наведеного прикладу з 5 батареями, при затіненні однієї з них, коли спрацьовує шунтуючий діод (працюють 4 модулі), ми отримаємо такі показники:
4 (модулів) * 35,37 (В) * 13,55 (А) = 1 917 Вт на годину.
Як бачите, продуктивність у такій ситуації виходить вищою, ніж якщо батарея продовжує працювати паралельно з іншими. Ряд виробників вже передбачили можливість уникнути накладення на поверхні тіні. У сонячну батарею ще на етапі виробництва вбудовують діоди, які можуть відсікати не тільки модуль у цілому, але й окремі його сегменти.
Як збільшити струм сонячної батареї в тіні за допомогою інвертора
При паралельному підключенні, щоб уникнути некоректної роботи контролерів та зниження продуктивності, рекомендується при виборі інвертора для напруги віддавати перевагу моделям з декількома MPPT. Ідеально, якщо кожен ланцюг або батарея підключені до окремого трекінгового контролера. Таке рішення дає можливість оптимізувати роботу ланцюжків, отримуючи максимально можливий ефект від кожного з них. На об'єктах, де особливо важлива продуктивність, можна встановити мікроінвертори для кожної сонячної панелі окремо. Це рішення вимагає великих інвестицій на етапі придбання обладнання та монтажу, але водночас забезпечує більший ККД під час роботи системи.
Збільшення продуктивності роботи СЕС внаслідок правильного розміщення панелей
Тим, хто використовує батареї сонячні переносні, в цьому випадку трохи простіше, адже при попаданні тіні на поверхню, модуль можна перемістити. Якщо сонячні панелі будуть встановлені стаціонарно, важливо заздалегідь розрахувати з урахуванням особливостей місцевості, погоди, активності сонця, азимутів та цілей, оптимальне положення для кожного з модулів. Ви можете розмістити панелі таким чином, щоб вони забезпечували:
- максимальну продуктивність у період найвищої сонячної активності протягом дня або всього року;
- рівномірний потік енергії в ранкові або вечірні години цілий рік;
- поверталися слідом за сонцем та забезпечували максимально можливу енергогенерацію в кожен період часу.
Якщо ви не впевнені, що можете самостійно вибрати сонячну панель за потужністю, типом та розміром, з урахуванням сучасних технологій, зверніться за допомогою до експертів ВЕНКОН. На цей момент, окрім панелей із вбудованими діодами, є моделі, створені із застосуванням Half-cel технології. У них вся поверхня розділена на групи комірок, що створює більше стрінгів та дає можливість максимально зберегти продуктивність при виході з ладу (або сильному затіненні) однієї з частин.
Отже, підбиваючи підсумки, хочемо сказати, що:
- Поточна ситуація з інфраструктурою в Україні показала, що весна – найкращий час для переходу на сонячну енергію, адже зараз активність сонця збільшується та при грамотному підході СЕС швидко себе окупить.
- При проектуванні необхідно ретельно прорахувати всі показники, правильно оцінити можливі затінення та наслідки, які вони можуть спричинити. Якщо ви сумніваєтеся у своїх силах, довірте цей етап експертам, які можуть врахувати нюанси та перевірити все на 3D-моделях.
- Для підвищення ефективності необхідно використовувати сучасні інструменти. Такі, як шунтуючі діоди (що забезпечують роботу в режимі байпас), мікроінвертори та інвертори з декількома MPPT, батареї з технологією Half-cel, трекери та інше.
- Також не варто забувати про необхідність своєчасного обслуговування елементів системи. Адже робота сонячних батарей залежить від їх чистоти та цілісності.
Сподіваємося, що наша стаття допомогла вам розібратися, як тіні впливають на продуктивність сонячних панелей та як підвищити ефективність СЕС у випадках, коли неможливо повністю уникнути затінення. Якщо у вас залишилися питання щодо цієї теми або потрібна допомога у виборі сонячних панелей, інверторів, АКБ та іншої електротехніки, звертайтеся за консультацією до експертів ВЕНКОН.
