Instalacja fotowoltaiczna jest odnawialnym źródłem energii, które stanowi naszą szansę na powolne odchodzenie od wyczerpywania zasobów ziemskich. Na pracę instalacji fotowoltaicznej ma wpływ wiele czynników, dlatego wciąż nie jest ona tak powszechna, jak można by oczekiwać, dokładając do tego wysoką cenę budowy. Jaki wpływ na panele fotowoltaiczne, a więc i cały system, ma zacienienie paneli?
Zacienienie paneli fotowoltaicznych, co to jest?
Zacienienie słusznie kojarzy się z wpływem cienia na pracę paneli. W końcu ciężko znaleźć teren, gdzie słońce cały czas pada jednakowo, zwłaszcza jeśli mówimy o wybranym osiedlu domków jednorodzinnych w Polsce, gdzie miejsc zacienionych może być sporo. Nigdy tak naprawdę się nad tym nie zastanawiamy, jak dużo cienia znajduje się nad naszym domem w poszczególne dni. Kiedy zainteresujemy się umieszczeniem modułu na dachu prywatnego budynku, okazuje się, że cienia, którego nigdy nie zauważaliśmy, jest stanowczo za dużo. Cień ma natomiast ogromny wpływ na pracę wszystkich ogniw fotowoltaicznych. Od stopnia zacienienia zależy wydajność nie tylko poszczególnego modułu, ale wszystkich składowych instalacji.
W tym momencie fotowoltaikę należy porównać do swoistego domina, gdzie jeden element ma znaczący wpływ na drugi. Nawet jeśli tylko ułamek z wszystkich ogniw będzie w strefie zacienienia, cały system automatycznie będzie mniej wydajny, zupełnie jakby ktoś pchnął klocek domina i cała konstrukcja przewróciła się w mgnieniu oka. Wpływ zacienienia na wszystkie ogniwa instalacji należy rozpatrywać z uwagą jeszcze przed budową instalacji. Jeżeli dodasz tę informację do innych wymagań fotowoltaiki, z pewnością się zniechęcisz. Nie martw się jednak, to dlatego w budowę modułów fotowoltaicznych planują specjaliści, a do Ciebie należy tylko ogólne rozeznanie. Twoja wiedza musi sięgać tak głęboko, byś był w stanie podjąć dobrą decyzję, jeśli chodzi o materiały i ewentualne zauważenie, że w obliczeniach może się coś nie zgadzać. To prawda, że instalacja jest dość trudna do zaplanowania, ale fachowcy wiedzą, co robią. Skoro wiemy, że montaż paneli fotowoltaicznych jest wart rozważenia, wróćmy do naszego zacienienia. Czy da się jakoś zaradzić temu niepodlegającemu kontroli zjawisku?
Jak zniwelować skutki zacienienia modułów fotowoltaicznych?
Inżynierowie opracowali sposób, który jest wykorzystywany w fotowoltaice po to, by zniwelować skutki zacienienia każdego modułu, w jaki wyposażona jest dana instalacja. Odpowiedzialne za to są tak zwane diody bocznikujące. Diody zamontowane są na powierzchni każdego modułu. Kiedy jest on równomiernie oświetlony przez promienie słoneczne, diody pozostają w stanie spoczynku. Kiedy zacienienie utrzymuje się na poziomie 20%, diody bocznikujące biorą się do pracy. Jak działają?
Kiedy diody przystępują do pracy, moc pozyskiwana przez panel, czyli energia, przepływa właśnie przez diody, zupełnie pomijając te części ogniw, które są w stanie zacienienia i zostają tymczasowo wyłączone z obiegu. Dzięki temu moc instalacji nie ulega aż tak znacznemu obniżeniu. Diody są zamontowane równolegle z łańcuchami ogniw fotowoltaicznych, klasycznie z tyłu modułu w puszce przyłączeniowej.
Nie wszystkie ogniwa na panelu fotowoltaicznym są wyposażone w diody. Występujące zacienienie mogłoby wtedy doprowadzić do wyłączenia z pracy całych paneli fotowoltaicznych, na których pojawiło się zacienienie. Wtedy instalacja mogłaby stracić 100% wytwarzanej energii, co byłoby katastrofą dla właściciela, zwłaszcza w okresie od października do grudnia, gdzie promieni słonecznych jest jak na lekarstwo. Z tego względu na jeden moduł przypadają 3 diody. Taka konstrukcja powoduje wyłączenie części panelu w stanie zacienienia. Ogniwa produkują wtedy jedynie o 33% energii mniej, z czym jesteśmy jeszcze w stanie się pogodzić.
Zacienienie ma katastrofalne skutki dla paneli połączonych ze sobą szeregowo, co działa jak dawne lampki na choinkę. Kiedy jedna się przepaliła, inne natychmiast również przestawały świecić. Dla zachowania maksymalnej wydajności instalacji fotowoltaicznej zaleca się takie planowanie budowy, by do zacienienia paneli w ogóle nie dochodziło. Wydaje nam się jednak, że nie da się tego uniknąć w 100%. Oczywiście kąt nachylenia dachu, układ paneli od odpowiedniej strony ma duże znaczenie dla wydajności modułów, jednak cień może pojawić się wszędzie. Pogoda jest zmienna. Na to inżynierowie również znaleźli sposób. Zwróć uwagę na pojęcie maksymalnego punktu mocy. To takie miejsce na powierzchni modułu fotowoltaicznego, gdzie w danym momencie mieści się największy poziom mocy dla całej instalacji. Nowoczesne inwertery solarne wyposażone są w specjalny algorytm i mają zdolność wychwytywania tego punktu. Co więcej, podążają za nim nieustannie, dlatego nie ma obaw, że w którymś przypadku będziemy korzystać z mniejszej wydajności paneli. To bez wątpienia kolejny dobry sposób, by z posiadanej instalacji czerpać maksimum.
Wszyscy, którzy interesują się fotowoltaiką zapewne wiedzą, że to wciąż nie koniec prac i ulepszeń w tej dziedzinie. Z roku na rok spadają ceny instalacji, a wzrasta wydajność poszczególnych jej elementów, co wpływa na efekt pracy całego systemu. Od niedawna wiadomo, że trwają prace nad wprowadzeniem do produkcji perowskitów, które zastąpią w budowie modułu drogi krzem. Wpłynie to nie tylko na cenę paneli, ale również na ich wielkość i elastyczność. Podobno przyszłość modułów jest taka, że będziemy mogli mieć mini system solarny wszędzie, gdzie chcemy: na telefonie, dachach aut, powierzchni płaszczy etc. Fotowoltaika jest jednym z niewielu rozwiązań, jakie mamy w alternatywie do ziemskich zasobów. Niektórzy mogą czuć się zniechęceni kosztem instalacji tego typu, a także mnogością warunków do spełnienia, by energia słońca, jaką mamy do dyspozycji, mogła zostać wykorzystana w pełni. W takim wypadku warto też rozważyć budowę mikroinstalacji, gdzie część prądu czerpie się z sieci elektroenergetycznej, a część z własnego systemu. Nadwyżki energii możemy magazynować w sieci i z niewielkim opustem odbierać ją w dowolnym terminie. To rozwiązanie również przyczynia się do obniżenia rachunków.
Nie tylko mocny cień nie wpływa korzystnie na pracę paneli solarnych. Zbyt duża ilość promieni słonecznych długotrwale padających na powierzchnię także zmniejsza wydajność systemu, ponieważ dochodzi do przegrzania paneli i nie są one w stanie pracować tak wydajnie, jak w warunkach optymalnych. Najlepiej ocenia się zatem nie cień i nie ostre słońce, a lekko zachmurzone niebo, co daje optymalne warunki do pracy systemu. Trzeba przyznać, że systemom fotowoltaicznym ciężko jest dogodzić, nie tylko od września do grudnia, ale przez cały rok. Mimo to budowa paneli jest tak dopracowana, że ani cień, ani inne czynniki nie są w stanie pozbawić nas możliwości czerpania w ten sposób energii wystarczającej dla naszych potrzeb.
