I pannelli solari continueranno a funzionare producendo elettricità anche quando sono parzialmente ombreggiati. Se sono completamente bloccati da un oggetto, tuttavia, il pannello solare smetterà di produrre elettricità. A volte, anche se l’ombra non blocca completamente il pannello solare, può interrompere la produzione di elettricità.
Per capire come funziona, dobbiamo approfondire l’impatto delle ombreggiature sulla produzione di energia solare, i componenti dei pannelli solari e come funzionano quando sono presenti le ombre.
Shadings and Solar Irradiance
La radiazione solare è generalmente espressa come la somma di due componenti. Il primo è denominato Direct Normal Irradiance (DNI) e rappresenta l’irradiamento (potenza ottenibile dall’energia solare per metro quadrato) su una superficie perpendicolare al Sole. In altre parole, è correlato alla radiazione solare che colpisce direttamente i pannelli solari
Il secondo componente è noto come Diffused Horizontal Irradiance (DHI). Questo concetto è correlato a tutta la radiazione solare riflessa da nuvole, laghi o montagne che hanno un impatto indiretto sui pannelli solari.
L’immagine sotto può esprimere meglio come questi due fattori raggiungono il pannello solare.
Esistono due tipi principali di sfumature. Un tipo è chiamato ombreggiature lontane e l’altro tipo è chiamato ombreggiature vicine.
Le ombre lontane (chiamate anche ombreggiature dell’orizzonte) si riferiscono alle perdite di radiazione solare dovute alle ombre causate da oggetti di grandi dimensioni come montagne, valli o edifici alti. Le ombre lontane sono quantificate come perdite in DHI.
Vicino all’ombra si trovano oggetti vicini come alberi, muri, camini, antenne, case o altri moduli che causano ombre sul pannello solare. Queste sono quantificate come perdite nel DNI e sono le più significative.
I miei pannelli solari produrranno elettricità nei giorni nuvolosi?
La risposta breve a questa domanda è sì.
Le nuvole riducono la quantità di luce solare, ma riducono in modo specifico la componente diretta della radiazione solare. Sulla base dei concetti che abbiamo descritto prima, riducono radicalmente la quantità di DNI che raggiunge i pannelli solari.
Tuttavia, nonostante la giornata nuvolosa, possiamo ancora vedere la luce del sole, giusto?
Questo perché la componente DHI è ancora presente nelle giornate nuvolose. Pertanto, i tuoi pannelli solari continueranno a produrre elettricità utilizzando la componente DHI della radiazione solare. L’unica differenza è che produrranno effettivamente meno elettricità rispetto alle giornate di sole.
L’effetto della quasi ombreggiatura nei pannelli solari
Una volta che un oggetto provoca ombre in un pannello solare, l’effetto riduce la potenza in uscita dell’intera stringa (insieme di pannelli solari configurati in serie) perché l’ostruzione riduce la quantità di fotoni che possono essere assorbiti dal modulo.
Allo stesso tempo, se un pannello solare è parzialmente ombreggiato, la corrente viene ridotta. Ora, se abbiamo una stringa di moduli e uno di essi è parzialmente ombreggiato, l’intera stringa deve ridurre la sua corrente o potenza in uscita perché sono configurati in serie. Questa è una legge della fisica che purtroppo non può essere evitata.
Ora, cosa succede esattamente quando un modulo è ombreggiato?
Diodi di bypass e pannelli solari
Al fine di massimizzare la produzione di energia in presenza di ombre, i produttori di pannelli solari hanno deciso di includere diodi di bypass nella scatola di giunzione (situata nella parte posteriore del modulo). I diodi di bypass sono dispositivi elettronici che agiscono ogni volta che sono presenti ombreggiature parziali in un modulo.
Con i diodi di bypass inclusi, il modulo parzialmente ombreggiato continuerà a produrre elettricità, solo in quantità inferiore. Poiché i diodi di bypass possono essere costosi, i produttori di pannelli solari tendono a raggruppare una serie di celle in un singolo diodo di bypass e posizionare tre diodi di bypass sulla scatola di giunzione del pannello.
In questo modo, ogni volta che un angolo o un settore del modulo è ombreggiato, il corrispondente diodo di bypass bloccherà la produzione di quel settore di celle, ma consentirà comunque la produzione di elettricità dagli altri due diodi di bypass. Per capire meglio questo effetto puoi dare un’occhiata a questo video
D’altra parte, se un pannello solare in una stringa di moduli è parzialmente ombreggiato, i diodi di bypass agiranno per consentire il flusso di corrente dagli altri moduli in base alla corrente massima che il modulo ombreggiato può produrre. Inoltre, i diodi di bypass aiutano anche ad evitare la presenza di punti caldi che possono danneggiare gravemente i pannelli solari.
I diodi di bypass mitigano l’impatto della quasi ombreggiatura sui pannelli solari e consentono loro di continuare a produrre elettricità in presenza di ombre. Tuttavia, le quasi ombre sono ancora completamente indesiderabili per le prestazioni di un sistema fotovoltaico.
Questo è il motivo per cui il tuo installatore solare deve progettare il sistema in modo appropriato per ridurre l’impatto delle ombreggiature e deve quantificare le perdite per ombreggiamento in modo che siano inferiori al 10% all’anno nei programmi di simulazione.
Soluzioni straordinarie nel settore per mitigare l’impatto delle ombre
Per combattere gli scenari in cui non è possibile evitare le ombreggiature, l’industria ha escogitato diverse soluzioni:
MLPE
I primi e forse i più affidabili per gli scenari di ombreggiatura sono l’elettronica di potenza a livello di modulo (MLPE) come i microinverter di Enphase , gli ottimizzatori di potenza CC di SolarEdge o Tigo Energy in cui l’ottimizzazione della potenza in ogni modulo è indipendente. In altre parole, le ombreggiature su un pannello non influiscono sugli altri.
Inverter di stringa o centrali
Un altro fattore che deve essere preso in considerazione quando sono presenti ombreggiature sul pannello solare è l’inseguimento del punto di massima potenza (MPP).
Quando i pannelli solari sono ombreggiati, la curva I / V della stringa perde la sua forma regolare e nella curva compaiono due punti di massima potenza: MPP globale e MPP locale.
Come puoi vedere nel grafico sopra, LMPP è inferiore a GMPP.
Gli inverter regolari potrebbero scegliere l’LMPP come punto operativo massimo della curva perché il loro raggio di ricerca è limitato. Tuttavia, soluzioni straordinarie di aziende di inverter come SMA e Fronius massimizzano la potenza in uscita dell’array in presenza di tende selezionando il punto di funzionamento su GMPP, grazie alla funzione SMA OptiTrac Global Peak e al Dynamic Peak Manager di Fronius.
Innovazione del pannello solare
Un’altra soluzione interessante che consente di massimizzare la produzione di energia in presenza di ombre è il design del pannello solare di Panasonic.
I moduli Panasonic HIT N330 / N325 sono gli unici nel settore che incorporano 4 diodi di bypass. Questo permette di ridurre il numero di celle solari che potrebbero perdere inutilmente la produzione in presenza di ombre, e massimizza anche l’energia che possono produrre anche gli altri moduli non ombreggiati.
