Краткий ответ
Тень на солнечных панелях снижает выработку сильнее, чем площадь, которую она закрывает, потому что в последовательной цепочке ячеек ток ограничивает самое слабое звено. Байпасный диод отключает затенённую группу ячеек, а грамотное проектирование струн и MPPT уменьшает потери. На крышах Антальи при постоянной тени рассматривают оптимизаторы или микроинверторы; решение принимается по анализу затенения конкретной крыши.
Главное
- При последовательном соединении ток ограничивает ячейка или панель, получающая меньше всего света; потери не пропорциональны площади тени.
- Байпасный диод отключает затенённую группу ячеек, но снижает напряжение панели.
- Панели с половинными ячейками могут давать преимущество в тени благодаря двум параллельным подцепочкам; называть выигрыш фиксированным процентом некорректно.
- Самая недорогая мера — подключать к одной струне панели с похожей освещённостью и разводить разные ориентации на отдельные входы MPPT.
- В Анталье средняя дневная продолжительность солнечного сияния в декабре — 4,8 часа (MGM); зимняя тень длиннее.
Тень на солнечных панелях может снижать выработку намного сильнее, чем площадь, которую она закрывает. Дело в том, что панели соединены последовательно, а ток ограничивается самым слабым звеном. Даже небольшая тень от дымохода может уменьшить ток всей цепочки панелей. Байпасные диоды, правильное проектирование струн и при необходимости оптимизатор или микроинвертор ограничивают эти потери. Поэтому в Анталье на крышах вилл, многоквартирных домов и сельскохозяйственных построек анализ затенения — первый шаг проектирования.
Почему тень на солнечных панелях снижает выработку непропорционально?
Панель состоит из последовательно соединённых ячеек. В последовательной цепи ток в любой точке одинаков, поэтому одна затенённая ячейка ограничивает ток, который могли бы дать остальные освещённые ячейки. Если соединить панели последовательно в струну (цепочку), то же правило переносится на всю струну: ток цепочки определяет панель, получающая меньше всего света.
Поэтому потери от затенения не пропорциональны площади. Лист или птичий помёт, закрывающие всего несколько процентов панели, при отсутствии защиты могут вызвать гораздо более серьёзную потерю мощности. Кроме того, затенённая ячейка, вынужденная пропускать ток освещённых ячеек, может нагреваться; это явление называется горячей точкой (hot spot) и в долгосрочной перспективе может повредить материал.
Как работает байпасный диод?
Байпасный диод — защитный элемент, подключаемый параллельно группам ячеек внутри панели. Когда группа ячеек оказывается в тени, диод включается и пропускает ток в обход этой группы. Затенённая группа выпадает из цепи, а остальная часть панели продолжает вырабатывать энергию. Количество диодов и расположение групп ячеек зависят от модели панели; точные сведения нужно смотреть в даташите производителя.
У байпасного диода есть своя цена: поскольку затенённая группа отключена, напряжение панели падает. Остальные панели в цепочке не страдают, но снижение напряжения струны меняет рабочую точку инвертора. Диод лишь предотвращает худшее; влияние тени он не устраняет полностью.
Дают ли панели с половинными ячейками преимущество в тени?
Панели half-cut (с половинными ячейками) изготавливаются из ячеек, разрезанных пополам. TommaTech TT605-144TN10 — панель TOPCon мощностью 605 Втп из 144 половинных ячеек. В половинной ячейке ток вдвое меньше; поскольку резистивные потери пропорциональны квадрату тока, потери на уровне ячейки снижаются. Польза же в тени связана не с самой резкой ячеек, а с тем, что панель соединяется как две параллельные подцепочки: если одна половина оказывается в тени, другая может продолжать вырабатывать энергию (по описанию EnergySage). Чистый выигрыш на уровне модуля некорректно выражать фиксированным процентом; подробности о технологии вы найдёте в статье о технологии half-cut ячеек.
Проектирование струн и MPPT для ограничения потерь от тени
Покажем на примере. У панели TommaTech 605 Вт значение Vmp — 43,95 В, Imp — 13,77 А (даташит). Если подключить к одной струне 12 панелей, напряжение цепочки составит около 527 В, а мощность — около 7,26 кВтп (расчёт 12 x 43,95 В и 12 x 605 Вт). Если одна панель в цепочке окажется в тени и сработает её байпасный диод, напряжение струны упадёт, и MPPT инвертора должен будет искать новую рабочую точку. Выработка снижается не только на долю затенённой панели, но и в той мере, в какой нарушается баланс тока и напряжения цепочки. Хороший проект учитывает это взаимодействие с самого начала.
Самая недорогая мера против тени принимается на этапе проектирования. Первое правило — подключать к одной струне панели с похожей освещённостью. Если поставить в одну цепочку группу панелей, находящуюся утром в тени, и группу, весь день открытую солнцу, это потянет вниз всю цепочку.
- Разделение по ориентации: поверхности, обращённые на восток и на запад, подключают к отдельным струнам и по возможности к отдельным входам MPPT.
- Разделение затенённых и незатенённых панелей: панели, которые вероятно окажутся в тени, собирают в собственную струну.
- Длина цепочки: длинные струны могут быть чувствительнее к тени; это учитывают вместе с диапазоном напряжений MPPT инвертора.
- Компоновка: портретное или ландшафтное расположение панелей меняет то, на какие группы ячеек падает тень.
Оптимизатор и микроинвертор: решение на уровне панели
На крышах, где тени не избежать, в дело вступает электроника уровня панели. Оптимизатор выполняет MPPT на выходе каждой панели, поэтому тень на одной панели меньше ограничивает остальные; преобразование по-прежнему выполняет центральный инвертор. Микроинвертор преобразует постоянный ток в переменный за каждой панелью, и панели работают независимо друг от друга. Подробности есть в статье, где мы сравниваем оба подхода, — микроинвертор и оптимизатор.
| Решение | Что делает? | Когда оправдано? |
|---|---|---|
| Байпасный диод | Отключает затенённую группу ячеек | Стандартная защита в каждой панели |
| Разделение струн и MPPT | Группирует панели с похожей освещённостью | При разной ориентации или частичной тени |
| Оптимизатор | Выполняет MPPT на уровне панели | При разрозненной, меняющейся тени |
| Микроинвертор | Преобразует ток отдельно в каждой панели | На многосекционной и сложной крыше |
| Устранение источника тени | Обрезка дерева, перенос панели | Первый выбор, если источник можно убрать |
Электроника уровня панели — это дополнительный компонент и дополнительная точка отказа. Поэтому, если тени немного и её можно устранить, разумнее сначала скорректировать компоновку; оптимизатор или микроинвертор выходят на первый план на крышах с постоянной тенью.
Частые источники тени в Анталье
В Анталье чаще всего тень создают элементы на крыше. На крышах вилл это дымоходы, антенны и наружные блоки кондиционеров; в многоквартирных домах — шахта лифта, водяной бак и выход на крышу; в частных домах — коллекторы солнечных водонагревателей. В домах с садом пальмы и цитрусовые деревья, а в прибрежных районах соседние высокие здания отбрасывают тень в разное время суток в течение года.
Важен и сезон. Зимой солнце низко, поэтому тени удлиняются. По данным MGM, в Анталье средняя дневная продолжительность солнечного сияния составляет 4,8 часа в декабре и 11,7 часа в июле. Поэтому зимняя тень может оказаться важнее летней; анализ затенения следует выполнять для самого неблагоприятного времени года. Горы к северу и западу от Антальи также могут создавать затенение горизонта. Именно поэтому расчёт PVGIS, который мы используем в этой серии, учитывает профиль горизонта, рассчитанный по цифровой модели рельефа (DEM).
На плоских крышах источником тени бывают и сами панели. Если панели установлены не плашмя, а под наклоном, ряд впереди может затенять ряд позади, особенно зимним утром. Поэтому на плоской крыше расстояние между рядами, угол и площадь рассчитываются вместе. Выбор угла мы разобрали в статье угол наклона и ориентация солнечных панелей в Анталье.
Как выполняется анализ затенения?
На этапе осмотра измеряют крышу и окружение; фиксируют высоту и положение объектов, дающих тень. Затем путь солнца в течение года рассчитывается симуляцией, показывающей, на какие панели и в какие часы падает тень. Результат определяет компоновку панелей, распределение по струнам и при необходимости потребность в оптимизаторах. После монтажа для контроля можно выполнить сканирование горячих точек тепловизором; метод мы описали в статье контроль панелей тепловизором.
Не всякая тень постоянна. Птичий помёт, листья и плотная пыль на поверхности панели также ведут себя как локальная тень. Регулярная чистка и обслуживание уменьшают такое затенение; подробности вы найдёте в статье пыль, пыльца и солнечные панели.
Чтобы уменьшить тень, иногда достаточно простых решений: обрезать дерево, перенести одну панель в другое место крыши или оставить зазор рядом с водяным баком. Для систем, у которых проблема с тенью проявилась после установки, подсказкой служат также данные обслуживания и мониторинга. По экрану мониторинга можно увидеть, что отдельная панель или струна вырабатывает меньше остальных.
Практический контрольный список по тени
- Составьте список объектов на крыше и вокруг неё, создающих постоянную тень (дымоход, бак, антенна, дерево).
- Особенно внимательно смотрите на тень в зимний полдень; она длиннее летней.
- Спросите, будут ли затенённые панели подключены к отдельной струне или входу MPPT.
- Сопоставьте необходимость оптимизатора или микроинвертора с результатом симуляции.
- После установки панелей следите за данными о выработке и отмечайте панель, работающую хуже ожидаемого.
Заключение
Тень на солнечных панелях приводит к большему, чем просто потеря площади: при последовательном соединении ток определяет самое слабое звено. Байпасный диод, правильное проектирование струн и при необходимости электроника уровня панели ограничивают потери, но самое эффективное решение чаще всего — убрать источник тени из компоновки. Для анализа затенения вашей крыши и выбора подходящего оборудования вы можете заказать бесплатный осмотр.
Частые вопросы
Насколько тень снижает выработку солнечной панели?
Называть точный процент некорректно, так как потери зависят от формы тени, компоновки панелей и схемы соединения. При последовательном соединении самая слабая панель ограничивает ток, поэтому потери могут быть намного больше затенённой площади. Байпасные диоды и правильное проектирование струн ограничивают этот эффект. Реальные потери покажет симуляция затенения для конкретной крыши.
Для чего нужен байпасный диод?
Байпасный диод пропускает ток в обход группы ячеек внутри панели, когда эта группа оказывается в тени. Затенённая группа выпадает из цепи, а остальная часть панели продолжает вырабатывать энергию. Кроме того, диод ограничивает перегрев затенённых ячеек. Количество диодов зависит от модели панели и указано в даташите; влияние тени он полностью не устраняет.
Обязателен ли оптимизатор на затенённой крыше?
Нет, не обязателен. Если тень постоянна и ограничена, может хватить подключения панелей к отдельной струне или входу MPPT. Оптимизатор оправдан там, где тень меняется в течение дня и по сезонам, разрознена и постоянна. Для решения нужны симуляция затенения и сравнение оборудования; дополнительный компонент означает и дополнительную точку отказа.
Решает ли микроинвертор проблему тени?
Микроинвертор преобразует ток каждой панели отдельно, поэтому тень на одной панели не ограничивает выработку остальных. Это преимущество на крышах с меняющейся тенью. Однако выработка самой затенённой панели всё равно падает. Микроинвертор также означает больше компонентов; выбор делается с учётом конструкции крыши, числа панелей и ожиданий по обслуживанию.
Какие источники тени чаще всего встречаются на крышах в Анталье?
На крышах вилл и многоквартирных домов чаще всего тень дают дымоходы, антенны, наружные блоки кондиционеров, шахты лифтов и водяные баки. В частных домах тень отбрасывают коллекторы солнечных водонагревателей, в домах с садом — пальмы и цитрусовые деревья, в прибрежных районах — соседние высокие здания. Поскольку зимнее солнце низкое, зимой тени длиннее.
Лучше ли панели с половинными ячейками (half-cut) в тени?
Преимущество в тени дают не сами разрезанные пополам ячейки, а соединение панели как двух параллельных подцепочек. Если одна половина оказывается в тени, другая может продолжать вырабатывать энергию. То есть выигрыш обеспечивает внутренняя схема соединения панели. Указывать выигрыш на уровне модуля точным процентом некорректно: он зависит от схемы, формы тени и времени суток.
Как выявляют потери от тени?
На экране мониторинга выработки можно увидеть, что отдельная панель или струна работает хуже остальных. Дополнительно можно выполнить сканирование горячих точек тепловизором: затенённые и нагревающиеся ячейки выглядят теплее. До установки крышу измеряют и симулируют путь солнца в течение года, так что тень учитывается ещё на этапе проектирования.
Источники
Хотите точный расчёт для вашей крыши?
Команда Solar Nexo бесплатно выезжает по вашему адресу в Анталье и проектирует систему, подходящую для вашей крыши, потребления и бюджета.
