Ce inseamna umbrirea partiala pentru panourile fotovoltaice ?

   Umbrirea usoara (sau totala) este cauzată de obiectele care sunt indepartate si mai ales de nori. Deși acest tip de umbrire nu este controlabil, este intodeauna luat în calcul în estimarea randamentului. De asemenea, veți constata că, atunci când este înnorat, radiația difuză lovește în continuare panoul, permițând o mică producție de energie. Umbrirea cauzata de nori este aproape întotdeauna uniformă, iar umbrirea uniformă este mult mai ușor de gestionat. Vom discuta despre acest aspect, ceva mai târziu in cadrul acestui articol.

   Cea mai problematica este insa umbrirea partiala cauzată de obiecte solide aflate mai aproape de panou. Exemplele din aceasta categorie includ coșuri, coșuri de fum, frunze, murdărie, copaci, păsări, excremente de păsări, alte zone de acoperiș, antene etc. Aceste obiecte pot bloca mult mai mult lumina solară pe zonele afectate, decât o face umbrirea usoara. Este TOTAL incorect să presupunem că umbrirea unei porțiuni mici a sistemului nu este o problemă mare, deoarece umbrirea neuniformă este extreme de dificil de gestionat. De asemenea, aceasta umbrire poate provoca efecte secundare nedorite, inclusiv distrugerea totală sau partială a unui panou fotovoltaic. Pentru a înțelege de ce se intamplă acest lucru, trebuie să știm cum funcționează panourile fotovoltaice și asa numitele șiruri (denumite “stringuri” in limbajul tehnic).

Panourile sunt formate din celule solare, cel mai frecvent intalnite sunt cele de 60 de celule. Aceste celule sunt conectate în serie, cu trei diode de bypass instalate pe fiecare sub-șir de 20 de cellule, exact ca in imaginea de mai sus.

Într-un sistem cu invertor on-grid, care utilizeaza stringuri cu panouri multiple interconectate, putem avea o succesiune mai lunga de  panouri conectate în serie, dar si grupuri conectate in paralel. Stringurile intodeauna definesc numarul de panouri care sunt conectate în serie!

Revenind la imaginea de mai sus, vom vedea ca tensiunea crește pentru fiecare panou pe care îl aveți în string, în timp ce curentul rămâne același. Lungimea șirului (stringului) asa cum am mentionat, poate sa fie diferita, dar pentru panourile cu 60 de celule, acestea sunt de cele mai multe ori între 6 și 23 panouri, în funcție de tensiunea panoului și limitele invertorului. Sunt întalnite si grupuri de cate 2 sau 3 stringuri in paralel pe aceeasi intrare MPPT. Acest lucru mărește curentul transportat, menținând în același timp tensiunea. Atentie la proiectarea acestor sisteme, pentru că invertorul trebuie să fie capabil să poată gestiona curentul adăugat la legarea in parallel.

Într-un sistem off-grid cu regulator solar MPPT, stringurile sunt de regula mici, formate din 2 sau 3 panouri in serie. Exista unele regulatoare MPPT pentru off-grid, care accepta si stringuri mai mari de 5 – 10 panouri in serie.

Panourile din această configurație sunt conectate la un invertor Maximum Power Point Tracker (MPPT), care determină cea mai eficientă tensiune de funcționare pentru șirul (sau șirurile multiple) de panouri conectate la acesta. Majoritatea invertoarelor de string de 3 kW și care au cel putin două MPPT-uri, permite grupurilor de panouri să fie conectate și gestionate separat. Acest lucru deschide mai multe posibilități, cum ar fi o mai bună gestionare a umbririi dar și o flexibilitate sporită în design. Să nu uitam ca intodeauna panourile din acelasi string trebuie instalate pe aceeasi suprafata de expunere !

CE SE ÎNTÂMPLĂ CÂND APARE UMBRIREA CELULELOR FOTOVOLTAICE

Dacă un obiect total opac blochează toată celula, aceasta nu mai produce curent. Dacă un obiect pe jumătate opac blochează doar jumătate din celulă, 25% din curentul celulei se pierde. Pierderea de curent este proporțională cu cantitatea de lumină solară blocată. Atentie !! Pierderea totală este totuși mult mai mare, deoarece prin celulele conectate într-un string putem tranzita un curent egal cu curentul celulei cu cea mai mică producție. Altfel spus, celula umbrita blocheaza fluxul de curent limitandu-l la valoarea ei de productie !  Amintiți-vă ca intodeauna puterea este egală cu tensiunea înmulțită cu curentul tranzitat, astfel încât scăderea curemtului uneia dintre cellule, vă reduce puterea intregului string de cellule legate in serie.

La umbrirea produsa într-un anumit moment, o celulă intră în „tensiune de polarizare inversă”, în care tot fluxul se oprește și celula convertește curentul din celelalte celule în căldură, creând un „hotspot”. Acest hotspot (punct fierbinte) poate provoca o serie de efecte nedorite, cum ar fi arderea filamentelor si firelor aplicate pe celula, degradarea mai rapidă și/sau crăparea celulei și/sau a sticlei de protectie. Toate panourile au diode de bypass instalate, ceea ce previne hotspot-urile, dar din pacate acestea nu sunt perfecte.

În sistemele cu stringuri lungi, deoarece mai multe panouri sunt conectate în serie, un panou afectat de umbrire va produce mai puțin curent ceea ce reduce curentul din string (și, prin urmare, puterea totala produsă) în întregul string. Un panou complet umbrit va produce mult mai puțină tensiune. Dacă sunt umbrite sufficient de multe panouri din string, tensiunea șirului va scădea până la punctul în care stringul va produce foarte puțină putere sau chiar deloc.

Doar umbrele partiale vor face să apară fenomenele descrise mai sus. Umbrirea usoara sau uniforma a celulelor (de exemplu umbra produsă de un cer inorat), va afecta toate panourile în mod egal și nu va bloca la fel de mult lumina soarelui. Acesta este motivul pentru care umbrirea partială este mai dramatică decât umbrirea uniformă.

DIODE DE BYPASS

Panourile solare sunt in general echipate cu diode de bypass, de obicei trei, care permit curentului să circule prin ele scurcircuitand sub-șirul de 20 de celule, atunci si numai atunci cand apare o celulă în polarizare inversă. Acest lucru împiedică apariția hotspoturilor (puncte fierbinti). De asemenea, aceasta diodă blochează orice zonă cu celule care produc un curent mai mic decat cel nominal (datorita umbririi), cu scopul de a reduce curentul tuturor celulelor dintr-un panou fotovoltaic. Cu toate acestea, există unele probleme cu diodele de bypass.

O diodă bypass activată va întrerupe întregul sub-șir, care este de 20 din cele 60 de celule existente, de pe un panou convențional. Acest lucru reduce si tensiunea de ieșire panoului cu puțin peste o treime (1/3 de tensiune pierdută + tensiunea specifica a diodei). Din păcate însă, diodele de bypass nu sunt recunoscute pentru durata lor lungă de viață, iar activarea lor regulată nu va ajuta prelungirea acestei durate de viată. Dacă o diodă intră într-un scurtcircuit, aceasta nu va mai proteja celulele din sub-șir, de aparitia unor hotspoturi, ducând la probleme suplimentare. Dacă dioda de bypass se va scurcircuita, atunci  acesta va dezactiva permanent șirul de celule pe care este conectat.

Dacă aveți două ștringuri de panouri, conectate în paralel la un MPPT și unul are diode de bypass activate, aceasta va crea puncte de putere maxime false (False Hotspot) . Aceasta este o problemă dificila de administrat de un invertor ongrid. În acest caz stringul cu diodele activate va avea o tensiune mai mica, fata de cel conectat in paralel. Când se întâmplă acest lucru, chiar și invertoarele on-grid foarte  inteligente, se vor bloca pe tensiunea de funcționare incorectă rezultând pierderi mari de randament. Umbrirea usoara, uniforma,  sau variațiile de lumină dintre șirurile independente (cum ar fi cele conectate est/vest), nu sunt o problemă importantă. Aceste efecte de umbrire sunt uniforme și nu activează diodele de bypass, ceea ce înseamnă că tensiunile fiecărui string sunt similare în aceste condiții.

DETECȚIA UNEI DIODE DE BYPASS DEFECTE

Diodele de bypass se pot defecta. Aceste diode de bypass se pot intrerupe sau se pot scurtcircuita. Acest lucru se poate datora perioadelor lungi de curent ridicat dar și de temperatură ridicată, atunci când acestea diode de baypass se activează datorită celulelor umbrite sau datorită faptului că valoarea de vârf a tensiunii inverse (Peak Inverse Voltage rating) este depășită, asa cum ar fi atunci când are loc un fulger sau traznet in apropiere. Cel mai practic mod de a determina “starea de sănătate” a diodelor de bypass este cu ajutorul unui dispozitiv de analiza a caracteristicii de curbă I-V, cum ar fi de exemplu aparatul HT Instruments IV400. Analizând matricea PV, șirul sau modulul curbelor I-V, devine posibil identificarea rapidă a anomaliilor cauzate de scurtcircuitele cauzate de  diodele de bypass.

Diodele defecte pot fi detectate rapid si cu ajutorul unei camere cu imagini termice. Această fotografie prezintă o imagine IR (infrarosu) a unui panou fotovoltaic cu o diodă de bypass defecta. În acest panou fotovoltaic, celulele solare conectate la o dioda de bypass normală și cele conectate la o dioda de bypass defectă, au temperaturi diferite la suprafață. Motivul este că o diodă bypass defectă (dioda este in scurt circuit) constituie un circuit închis pentru celulele solare conectate, iar curentul generat din celulele solare din acel sub-sir se transforma in căldură în acele celulele solare. Prin urmare, temperatura suprafeței celulelor solare de pe modulul conectat la dioda de bypass defecta, este mai mare decât cea a celulelor solare conectate la dioda de bypass normală.

 Urmariti celelate postari despre acest subiect.