Arcering Effect op de output van zonne-PV-systeem

- Oct 20, 2020-

Zonne-PV-systemen bestaan uit een aantal zonnepanelen bedraad in arrays, afhankelijk van de vraag naar elektriciteit van elk van deze panelen, die op hun beurt, samengesteld uit vele zonne-PV-cellen die de essentiële eenheden die betrokken zijn bij het vastleggen van energie uit de zon en het omzetten van hen in elektriciteit. Nu, als een schaduw valt zelfs maar op een deel van het zonnepaneel in uw array, de output van het volledige systeem kan potentieel worden aangetast, kan dit worden aangeduid als arcering van PV-panelen.

Afbeelding met verschil in output van gearceerd en ongeschaduwd zonnepaneel

202010200842054250713

Voor een beter begrip

Beschouw een reeks panelen als een stuk pijp, en de zonne-energie is als water stroomt door die pijp. In conventionele zonnesnaren is een schaduw iets dat die stroom blokkeert. Als, als voorbeeld, schaduw van een boom of een schoorsteen valt op zelfs een in alle panelen binnen de string, de output van de hele string teruggebracht tot slechts ongeveer nul, zolang de schaduw zit daar. Als er een aparte, onbeschaduwde snaar is, kan deze string echter nog steeds stroom blijken zoals gewoonlijk.

shading in string of solar cells-41   

shading in string of solar cells-42

Grafische weergave van het effect van schaduw op het zonnestelsel

Various partial shading effect on performance

Wat zijn de oorzaken van schaduwen?

Arcering, meestal veroorzaakt als gevolg van wolken, milieuobstakels zoals bomen of nabijgelegen gebouwen, zelfschaduwen tussen panelen in parallelle rijen, vuil, stof en andere andere prullenbakken zoals vogeluitwerpselen, enz. Deze arceringseffecten zijn ook statisch als gevolg van de positie van de obstructie of in sommige gevallen dynamisch, als voorbeeld, een schaduw geworpen door bewegende wolken.

Hoe beïnvloedt het de prestaties van zonne-energie systeem?

Zonnepanelen zijn aangesloten op serie-parallelle combinatie, afhankelijk van de omvormer input voltage bereik. Als schaduw van een boom of schoorsteen zelfs op één paneel van de koord valt, zal de output van de gehele koord bijna nul voor de periode van de schaduw zijn. Dit komt omdat de panelen zijn aangesloten op een zodanige wijze dat de output wordt teruggebracht tot een niveau van stroom die door het zwakste paneel. Als er een aparte, niet-schaduwrijke snaar is, wordt het uitgangsvermogen nog steeds zoals gewoonlijk. De impact van schaduw op het hele systeem hangt af van maar de panelen zijn aan elkaar bedraad.

Solar-Panels-and-Shading-Effect

Hoe pak je het arceringsprobleem aan?

  • Positionering van PV-systemen

202010200842054879013

Alvorens het installeren van een zonne-PV-systeem moet u een zorgvuldige analyse van de site overweegt alle tijd van de dag voor alle seizoenen van het jaar om schaduw te vermijden. Een nabijgelegen groeiende boom of gebouw die kan komen in de toekomst moet ook worden overwogen voordat de afronding van de locatie voor PV-systeem.

  • Bypass Diode

Bypass Diodes om het effect van schaduw te verlagen

De destructieve effecten van hot-spot verwarming kan worden omzeild door het gebruik van een bypass diode. Een bypass diode is parallel verbonden, maar met tegengestelde polariteit, met een zonnecel zoals hieronder weergegeven. Onder normale werking, elke zonnecel zal worden naar voren bevooroordeeld en dus de bypass diode zal worden omgekeerd bevooroordeeld en zal effectief een open circuit. Echter, als een zonnecel is omgekeerd bevooroordeeld als gevolg van een mismatch in kortsluiting stroom tussen verschillende serie aangesloten cellen, dan is de bypass diode geleid, waardoor de stroom van de goede zonnecellen te stromen in het externe circuit in plaats van vooruit biasing elke goede cel. De maximale omgekeerde bias over de arme cel wordt teruggebracht tot ongeveer een enkele diode daling, waardoor de stroom wordt beperkt en warmwaterverwarming wordt voorkomen. De werking van een bypassdode en het effect op een IV-curve worden weergegeven in de onderstaande animatie.

bypass_diode_current_flow.gifHuidige stroom voor twee cellen in serie en het effect van een bypassdode. De animatie gaat automatisch van de ene voorwaarde naar de andere.

Het effect van een bypass diode op een IV curve kan worden bepaald door eerst het vinden van de IV curve van een enkele zonnecel met een bypass diode en vervolgens het combineren van deze curve met andere zonnecel IV curven. De bypass diode beïnvloedt de zonnecel alleen in omgekeerde bias. Als de omgekeerde bias groter is dan de kniespanning van de zonnecel, dan schakelt de diode in en voert stroom uit. De gecombineerde IV-curve wordt weergegeven in de onderstaande figuur.

IV curve with by-pass

IV curve van zonnecel met bypass diode.

bypass_diode_iv.gif

Voorkomen van hot-spot verwarming met een bypass diode. Voor de duidelijkheid, het voorbeeld maakt gebruik van een totaal van 10 cellen met 9 onbeschaduwd en 1 gearceerd. Een typische module bevat 36 cellen en de effecten van de huidige mismatch zijn nog erger zonder de bypass diode, maar zijn minder belangrijk met de bypass diode. De animatie wordt automatisch verplaatst. U hoeft niet te klikken om door te gaan.

In de praktijk, echter, een bypass diode per zonnecel is over het algemeen te duur en in plaats daarvan bypass diodes worden meestal geplaatst over groepen van zonnecellen. De spanning over de gearceerde of laagstroom zonnecel is gelijk aan de voorwaartse bias spanning van de andere serie cellen die dezelfde bypass diode plus de spanning van de bypass diode delen. Dit blijkt uit onderstaande figuur. De spanning over de niet-schaduwige zonnecellen is afhankelijk van de mate van schaduw op de lage stroomcel. Bijvoorbeeld, als de cel volledig in de schaduw is, dan zullen de niet-schaduwige zonnecellen naar voren worden beïnvloed door hun kortsluiting stroom en de spanning zal ongeveer 0,6V. Als de arme cel slechts gedeeltelijk in de schaduw staat, kan een deel van de stroom van de goede cellen door het circuit stromen en wordt de rest gebruikt om elke zonnecelverbinding vooruit te sturen, waardoor een lagere voorwaartse biasspanning over elke cel ontstaat. De maximale stroomafvoer in de gearceerde cel is ongeveer gelijk aan het genererend vermogen van alle cellen in de groep. De maximale groepsgrootte per diode, zonder schade te veroorzaken, is ongeveer 15 cellen/bypassdode, voor siliciumcellen. Voor een normale 36-celmodule worden daarom 2 bypassdiodes gebruikt om ervoor te zorgen dat de module niet kwetsbaar is voor "hot-spot" schade.

BYPASS diode

Bypass diodes over groepen zonnecellen. De spanning over de ongeschaduwde zonnecellen hangt af van de mate van schaduw van de arme cel. In de bovenstaande figuur wordt 0,5V willekeurig weergegeven.

  • String omvormer met MPP tracking mogelijkheid

Maximale Power Point Tracking (MPP Tracking of MPPT) technologie is nu een standaard onder string omvormer fabrikant. String omvormers met MPP Tracker zijn in staat om de meest bruikbare energie mogelijk te persen uit een reeks zonnepanelen (zelfs wanneer gearceerd) door het aanpassen van de input voltage. In een notendop, een MPP Tracker helpt om output verliezen in verband met gedeeltelijke arcering en andere output mismatches te minimaliseren. Omvormers zonder MPPT-technologie verliezen de output van de zwakkere tekenreeks wanneer deze onder de gewenste uitvoerdrempel komt.

202010200842061836737

  • Micro Omvormer en vermogensoptimalisten

Zowel micro-inverters als power optimizers worden gebruikt om het probleem van gedeeltelijke schaduw te overwinnen. Het laat elk zonnepaneel om individueel te werken, zodat het systeem energieproductie niet onevenredig wordt beïnvloed door slechts een of twee schaduwrijke panelen.

202010200842068579308 202010200842066321878

Verschillende soorten zonne-arceringen

Er zijn verschillende soorten zonne-arceringen, afhankelijk van de objecten die de schaduw te creëren.

Tijdelijke arcering

Tijdelijke schaduwen omvat schaduwen die het gevolg zijn van wolken, vogeluitwerpselen, stof of gevallen bladeren.

Schaduwen als gevolg van het gebouw

Arceringen als gevolg van het gebouw is van cruciaal belang omdat het gaat om directe schaduwen. Voorbeelden van dit soort schaduwen zijn schoorstenen, lichtgeleiders, satellietschotels, antennes, dak- en geveluitsteeksels, offset bouwstructuur, dak bovenbouw om er maar een paar te noemen.

Arcering vanaf de locatie

De schaduw van de locatie komt uit de omgeving van het gebouw. Er kunnen bomen of struiken, kabels lopen over de gebouwen, naburige gebouw of verre gebouwen die even kunnen leiden horizon donkerder.

Zelfschaduwen

Bij rackmontagesystemen kan zelfschaduwing van de modules worden veroorzaakt door de rij van de modules. In deze gevallen is het noodzakelijk om de kanteling en de scheiding tussen de modulerijen te optimaliseren.

Directe arcering

Directe arcering kan leiden tot hoge verliezen van energie als de nabijheid van de schaduw-gieten object om de PV zonnepaneel belemmeren om het licht te vangen.