Schaduwmythe: Schaduw op zonnepanelen – een probleem uit het verleden?

Slimme ontwikkelingen op de zonne-energiemarkt zoals Dynamic Peak Manager van Fronius werpen een schaduw op het aloude probleem van de schaduw.

Hoe meer zon, hoe meer zonne-energie. Huiseigenaren die van plan zijn een PV-installatie op een dak te installeren, moeten weten onder welke voorwaarden de installatie goed werkt en optimale opbrengsten genereert. Schaduw op zonnepanelen wordt nog steeds beschouwd als een van de grootste storende factoren, maar in deze blogpost leert u waarom gedeeltelijke schaduw nu slechts een verwaarloosbaar effect heeft op de opbrengst van een PV-installatie.

Effecten van gedeeltelijke schaduw op zonnepanelen

Felle zon, geen wolk in de lucht en een PV-installatie op het dak - de perfecte omstandigheden voor eigenaren van PV-installaties om een hoog zonne-energieopbrengst te behalen. Er zijn maar weinig daken volledig vrij van schaduw, omdat bomen, palen, tv-antennes en aangrenzende gebouwen vaak schaduw op de zonnepanelen werpen. Het resultaat is - naar alle waarschijnlijkheid - een lagere productie en opbrengst. Maar bij nadere beschouwing blijkt al snel dat verliezen door ongelijkmatige schaduw eigenlijk een verwaarloosbaar effect hebben op de totale opbrengst gedurende een jaar. Kritische factoren hierbij zijn een correcte lay-out van de zonnepanelen in combinatie met de juiste omvormer.

Het doorbreken van een hardnekkige mythe

Er wordt nog steeds algemeen aangenomen dat schaduw op zonnepanelen, bijvoorbeeld door gevallen bladeren, ervoor zorgt dat de hele PV-installatie geen of slechts zeer weinig stroom genereert. Het idee is vergelijkbaar met dat van een tuinslang die, ongeacht waar in de slang wordt geknepen, geen of slechts zeer weinig water doorlaat. Deze bewering is al lang achterhaald, omdat de oplossing hiervoor nu in elk zonnepaneel is ingebouwd in de vorm van bypass diodes.

Alternatieve route naar een goede opbrengst met bypass diodes

Elke zonnepaneel is nu uitgerust met bypass diodes die als een brug fungeren wanneer delen van een zonnepaneel in de schaduw staan. De bypass diodes worden in dergelijke gevallen geactiveerd en geleidend gemaakt door de DC-spanning van de omvormer die op de string wordt gezet te wijzigen, en zo de getroffen cel-string van het zonnepaneel te bypassen. Dit voorkomt oververhitting en mogelijke hotspots en genereert ook een winstgevende opbrengst ondanks gedeeltelijke schaduw.

Verbeteringen op de markt voor zonnepanelen

De voortdurende ontwikkeling van zonnepanelen helpt ook om thuis de PV-installaties voor op het dak nog efficiënter te maken. Dankzij de halfceltechnologie, waarbij afzonderlijke zonnecellen in tweeën worden gedeeld, wordt niet alleen het vermogensverlies van conventionele zonnepanelen beperkt, maar wordt ook het lichtgebruik ervan verbeterd en wordt een stabiele werking gegarandeerd, zelfs bij hoge temperaturen.

Het schaduwgedrag wordt ook verbeterd met halfcelzonnepanelen, waarbij bypass diodes de zonnepanelen in het midden in tweeën delen. Als de onderste of bovenste helft van het halfcelzonnepaneel bijvoorbeeld door bladeren in de schaduw staat, kan de andere helft van het zonnepaneel nog steeds het volledige vermogen leveren. Ter vergelijking: een gelijkmatig in de schaduw staande volledigcelzonnepaneel zou het vermogen van het gehele zonnepaneel verliezen.

Meer vermogen met efficiënt MPP-trackingalgoritme

Om schaduw- of mismatchverlies zoveel mogelijk te beperken, worden string- of multistring-omvormers met één, of eventueel meerdere, Maximum Power Point-trackers (MPP-trackers) uitgerust. Idealiter is elke string voorzien van één MPP-tracker die continu het optimale werkpunt van de aangesloten strings bepaalt en zo het vermogen van de PV-installatie te allen tijde maximaal behoudt.

Dynamic Peak Manager – efficiënt schaduwbeheer standaard inbegrepen

Een slim schaduwbeheersysteem, idealiter reeds geïntegreerd in de omvormer, zorgt voor een maximale opbrengst ondanks gedeeltelijke schaduw zodat ook daken met gedeeltelijke schaduw in de lay-out kunnen worden opgenomen. Dynamic Peak Manager van Fronius is een intelligent MPP-trackingalgoritme dat schaduw detecteert en de opbrengst op stringniveau optimaliseert. Dynamic Peak Manager scant en analyseert de volledige spanningsvermogenscurve met regelmatige intervallen van ongeveer 10 minuten, waarbij steeds het meest efficiënte werkpunt van de PV-installatie wordt gezocht (globaal Maximum Power Point).

Voorbeeld van schaduw veroorzaakt door een schoorsteen

Uit een schaduwsimulatie met onafhankelijke simulatiesoftware blijkt dat het schaduwverlies op jaarbasis gering is. In principe moet rekening worden gehouden met twee verschillende verliescategorieën.

Zonnepaneelspecifiek gedeeltelijk schaduwverlies: Door verschillende schaduwobjecten, in dit geval een schoorsteen, wordt het zonlicht tegengehouden en valt er minder licht op de zonnepanelen. Deze verminderde lichtinval kan door geen enkele omvormer, vermogensoptimalisator of micro-omvormer worden geoptimaliseerd. De enige oplossing in dit geval is het verwijderen van het object dat de schaduw vormt.

Het mismatchverlies, d.w.z. het verbindingsverlies tussen strings, kan daarentegen met een intelligent MPP-trackingalgoritme aanzienlijk worden verbeterd. Zoals u ziet in de tabel, is het mismatchverlies dankzij Dynamic Peak Manager ongeveer twee derde lager dan het schaduwverlies op zonnepaneelniveau.

Type schaduwverlies

Verlies in %

Verlies in kWh

Zonnepaneelspecifieke gedeeltelijke schaduw

-0,18%

26,07 kWh

(van 14,485 kWh)

Kan niet worden beïnvloed door omvormers, vermogensoptimalisatoren enz.

Mismatch (verbinding/schaduw)

-0,06%

8,7 kWh

(van 14,485 kWh)

Sterk verminderd met Dynamic Peak Manager

Schaduwresultaten op jaarbasis uit de simulatie met horizontaal geplaatste zonnepanelen

Uit de simulatieresultaten blijkt duidelijk dat zonnepaneelspecifieke gedeeltelijke schaduw tot een veel hoger verliespercentage leidt (ongeveer 0.18%) dan mismatchverliezen (ongeveer 0.06%). Als de omvormer die het hart van uw PV-installatie vormt, beschikt over efficiënte MPP-tracking en slim schaduwbeheer, zoals alle Fronius-omvormers, kunt u er zeker van zijn dat u optimale opbrengsten behaalt, zelfs onder moeilijke omgevingsomstandigheden, en dat uw hardware en software in perfecte harmonie werken, zonder extra onderdelen of kosten.

Is een vermogensoptimalisator een oplossing?

Hoewel DC-vermogensoptimalisatoren de opbrengst van de installatie ook kunnen verbeteren bij schaduw, blijken ze zelden rendabel. Een vermogensoptimalisator probeert elke module met zijn individuele MPP te optimaliseren. Door de spanning op zonnepaneelniveau te regelen, biedt een vermogensoptimalisator zeker voordelen, vooral bij weinig schaduw, maar alleen zolang de bypass diodes niet geactiveerd worden.

Als extra onderdelen hebben DC/DC-omvormers zelf energie nodig en verbruiken ze zelfs stroom in stand-bymodus, die eerst door de PV-installatie moet worden meegegenereerd. Als een gevolg hiervan is de behaalde extra opbrengst vaak lager en rechtvaardigt daarom meestal niet de hogere investeringskosten. Bovendien verminderen de vele extra onderdelen die op elk zonnepaneel moeten worden geplaatst de algemene betrouwbaarheid van de PV-installatie en verhogen ze dus ook de kans op falen van de PV-installatie.

Kortom:

Schaduw op zonnepanelen kan niet altijd worden vermeden, maar dankzij veelbelovende ontwikkelingen op de markt, waarbij zowel zonnepanelen als stringomvormers betrokken zijn, kunnen schaduwverliezen nu effectief worden tegengegaan.

Wat hier van belang is, is het type schaduw of vermogensverlies: Nu is er een remedie voor met name mismatchverlies, die kan worden veroorzaakt door ongelijke schaduw van zonnepanelen. Met behulp van geïntegreerd schaduwbeheer zoals Dynamic Peak Manager van Fronius kunnen deze verliezen zeer laag worden gehouden.

Het grootste deel van het schaduwverlies wordt consequent veroorzaakt door mindere lichtinval als gevolg van schaduwgevende objecten (boom, huis, palen enz.). Dit kan niet worden verminderd door DC-vermogensoptimalisatoren, micro-omvormers of andere vermogenselektronica op zonnepaneelniveau. Alleen het verwijderen van het object kan dit probleem verhelpen.

Investeren in extra onderdelen zoals DC-vermogensoptimalisatoren om het vermogen te optimaliseren is zelden kosteneffectief. Vooral in het geval van harde schaduwen op PV-installaties waarbij slechts enkele zonnepanelen in de schaduw staan, lijkt het gebruik van vermogensoptimalisatoren niet gunstig te zijn, omdat ze extra energie vergen en bovendien de gehele PV-installaties gevoeliger maken voor uitval.

De huidige pagina bestaat niet in de doeltaal.

Solar Energy

Schaduw op zonnepanelen – een probleem uit het verleden?