Σκίαση φ/β πλαισίου – ένα πρόβλημα που ανήκει στο παρελθόν;

Επιδράσεις μερικής σκίασης σε φ/β πλαίσια

Απόλυτη ηλιοφάνεια, ούτε ένα σύννεφο στον ουρανό και ένα φωτοβολταϊκό σύστημα στη στέγη – οι ιδανικές συνθήκες ώστε οι ιδιοκτήτες φωτοβολταϊκών συστημάτων να επιτύχουν υψηλής απόδοσης παραγωγή ηλιακής ενέργειας. Ωστόσο, οι στέγες που δεν έχουν καθόλου σκίαση είναι πολύ λίγες, καθώς δέντρα, κολόνες, κεραίες τηλεόρασης και διπλανά κτίρια συχνά ρίχνουν σκιά στα φ/β πλαίσια. Το αποτέλεσμα είναι –θεωρητικά– χαμηλότερη παραγωγή και απόδοση. Αλλά με μια πιο προσεκτική ματιά αποκαλύπτεται γρήγορα ότι οι απώλειες λόγω ανομοιόμορφης σκίασης έχουν ουσιαστικά αμελητέα επίδραση στη συνολική απόδοση μέσα στο έτος. Οι καθοριστικοί παράγοντες εδώ είναι η διασφάλιση της σωστής διάταξης των πλαισίων σε συνδυασμό με τον σωστό μετατροπέα.

Η κατάρριψη ενός μύθου

Εξακολουθεί να είναι ευρέως διαδεδομένη η άποψη ότι η σκίαση στα φ/β πλαίσια –από πεσμένα φύλλα για παράδειγμα– θα έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή μηδενικής ή πολύ λίγης ενέργειας από ολόκληρο το φωτοβολταϊκό σύστημα. Το σκεπτικό είναι αντίστοιχο με αυτό στην περίπτωση ενός λάστιχου κήπου το οποίο, ανεξαρτήτως του πού πιέζεται, δεν θα βγάζει καθόλου ή πολύ λίγο νερό. Αυτός ο ισχυρισμός είναι γνωστό ότι δεν ισχύει πλέον, καθώς η λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι τώρα πια ενσωματωμένη σε κάθε πλαίσιο με τη μορφή διόδων παράκαμψης.

Μεγαλύτερη παραγωγή με τον αποδοτικό αλγόριθμο επιτήρησης MPP

Για να ελαχιστοποιείται όσο γίνεται η σκίαση ή η απώλεια λόγω ανομοιομορφίας, οι μετατροπείς στοιχειοσειράς ή μετατροπείς πολλαπλών στοιχειοσειρών είναι εξοπλισμένοι με έναν –ή ενδεχομένως πολλούς– επιτηρητές σημείου μέγιστης ισχύος (MPP tracker). Ιδανικά, κάθε στοιχειοσειρά διαθέτει έναν MPP tracker που προσδιορίζει συνεχώς το βέλτιστο σημείο λειτουργίας των συνδεδεμένων στοιχειοσειρών και με τον τρόπο αυτό διατηρεί την παραγωγή του φωτοβολταϊκού συστήματος στο μέγιστο ανά πάσα στιγμή.

Dynamic Peak Manager – αποτελεσματική διαχείριση σκίασης στη βασική έκδοση

Ένα έξυπνο σύστημα διαχείρισης σκίασης –ιδανικά ενσωματωμένο ήδη στον μετατροπέα– διασφαλίζει μέγιστη απόδοση παρά τη μερική σκίαση, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να συμπεριληφθούν στη διάταξη και περιοχές της στέγης με μερική σκίαση. Το Dynamic Peak Manager από τη Fronius είναι ένας έξυπνος αλγόριθμος επιτήρησης MPP, που ανιχνεύει τη σκίαση και βελτιστοποιεί την απόδοση σε επίπεδο στοιχειοσειράς. Για να γίνει αυτό, σαρώνει και αναλύει ολόκληρη την καμπύλη ισχύος-τάσης σε τακτά χρονικά διαστήματα των 10 λεπτών περίπου, βρίσκοντας πάντα το πιο αποδοτικό σημείο λειτουργίας του φωτοβολταϊκού συστήματος (καθολικό σημείο μέγιστης ισχύος).

Παράδειγμα σκίασης από καμινάδα

Μια προσομοίωση σκίασης με τη χρήση ανεξάρτητου λογισμικού προσομοίωσης δείχνει ότι η ετήσια απώλεια λόγω σκίασης είναι μικρή.  Βασικά, πρέπει να ληφθούν υπόψη δύο διαφορετικές κατηγορίες απώλειας.

Απώλεια λόγω μερικής σκίασης συγκεκριμένων πλαισίων: Λόγω των διαφόρων αντικειμένων που ρίχνουν σκιά –σε αυτή την περίπτωση καμινάδα– η ηλιακή ακτινοβολία μπλοκάρεται και πέφτει λιγότερο φως στα φ/β πλαίσια. Αυτή η μειωμένη πρόσπτωση φωτός δεν μπορεί να βελτιστοποιηθεί με κανέναν μετατροπέα, βελτιστοποιητή ισχύος ή μικρομετατροπέα. Η μοναδική λύση σε αυτή την περίπτωση είναι η απομάκρυνση του αντικειμένου που ρίχνει τη σκιά.

Αντίθετα, η απώλεια λόγω ανομοιογένειας –απώλεια λόγω διασύνδεσης σε στοιχειοσειρές– μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με έναν έξυπνο αλγόριθμο επιτήρησης MPP: Όπως φαίνεται στον πίνακα, χάρη στο Dynamic Peak Manager, η απώλεια λόγω ανομοιογένειας είναι χαμηλότερη κατά περίπου δύο τρία από την απώλεια λόγω σκίασης σε επίπεδο πλαισίου.

Αποτελέσματα σκίασης σε ετήσια βάση από την προσομοίωση με φ/β πλαίσια σε οριζόντια διάταξη

Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν ξεκάθαρα ότι η μερική σκίαση συγκεκριμένων πλαισίων οδηγεί σε πολύ υψηλότερη ποσοστιαία απώλεια (περίπου 0.18%) σε σχέση με τις απώλειες λόγω ανομοιογένειας (περίπου 0.06%). Αν ο μετατροπέας, που αποτελεί την καρδιά του φωτοβολταϊκού σας συστήματος, διαθέτει αποτελεσματική επιτήρηση MPP και έξυπνη διαχείριση σκίασης, όπως όλοι οι μετατροπείς Fronius, μπορείτε να είστε βέβαιοι ότι επιτυγχάνετε βέλτιστες αποδόσεις ακόμα και σε απαιτητικές περιβαλλοντικές συνθήκες, και ότι το hardware και το λογισμικό σας λειτουργούν σε απόλυτη αρμονία – χωρίς πρόσθετα εξαρτήματα ή άλλες δαπάνες.

Είναι λύση ο βελτιστοποιητής ισχύος;

Παρόλο που οι βελτιστοποιητές DC μπορούν να βελτιώσουν και την παραγωγή του συστήματος σε περίπτωση σκίασης, η χρήση τους συνήθως δεν συμφέρει: Ο βελτιστοποιητής προσπαθεί να βελτιστοποιήσει κάθε πλαίσιο με το δικό του MPP. Ελέγχοντας την τάση σε επίπεδο πλαισίου, ο βελτιστοποιητής ισχύος προσφέρει αναμφίβολα πλεονεκτήματα, ειδικά σε περίπτωση ελαφριάς σκίασης, αλλά μόνο εφόσον δεν είναι ενεργοποιημένες οι δίοδοι παράκαμψης.

Ως πρόσθετα εξαρτήματα, οι μετατροπείς DC/DC απαιτούν ενέργεια και καταναλώνουν ενέργεια ακόμα και σε λειτουργία standby, η οποία πρέπει να παραχθεί πρώτα από το φωτοβολταϊκό σύστημα. Έτσι, η πρόσθετη απόδοση που επιτυγχάνεται είναι συχνά χαμηλότερη και συνεπώς δεν δικαιολογεί συνήθως το υψηλότερο κόστος της επένδυσης. Επιπλέον, τα πολλά πρόσθετα εξαρτήματα που πρέπει να τοποθετηθούν σε κάθε πλαίσιο μειώνουν τη συνολική αξιοπιστία του συστήματος, ενώ αυξάνουν επίσης την πιθανότητα βλάβης του φωτοβολταϊκού συστήματος.