Waarom Zelfs Gedeeltelijke Schaduw Slecht Is Voor Zonne-energiesystemen

Zonnepanelen werken het beste als er geen schaduw op zit. Sterker nog, een schaduw die op zelfs maar één deel van een zonnepaneel in uw zonnestelsel valt, kan mogelijk de prestaties van het hele systeem beïnvloeden. Welke strategieën zijn er voor het omgaan met mogelijke schaduw van zonnesystemen?

Waarom heeft schaduw zo’n dramatische impact op de energieproductie?

In de meeste gevallen bestaan fotovoltaïsche (PV) systemen voor woningen en bedrijven uit zonnepanelen (het geheel wordt een “array” genoemd) en een omvormer. De zonnepanelen vangen zonlicht op en zetten dit om in gelijkstroom (gelijkstroom), terwijl de omvormer de gelijkstroom op zijn beurt omzet in net- en apparaatcompatibele wisselstroom (AC).

De meeste zonnesystemen voor kleine woningen en kleine bedrijven bevatten tussen de 6 en ongeveer 30 panelen, hoewel de “grootte” van een systeem meestal wordt aangegeven door de capaciteit (in kilowatt – bijvoorbeeld 5 kW). Om technische redenen die verband houden met de spanningsvereisten van de omvormer van het systeem, worden zonne-energiesystemen doorgaans onderverdeeld in “reeksen” zonnepanelen. Kleine systemen hebben mogelijk maar één string, terwijl grote systemen er misschien veel meer hebben. Een string kan uit één paneel bestaan, maar meestal zijn het er meer.

Je kunt een reeks panelen zien als een stuk pijp, en de zonne-energie is als water dat door die pijp stroomt. Bij traditionele zonnepanelensnaren is de schaduw iets dat de doorstroming blokkeert. Als bijvoorbeeld de schaduw van een boom of een schoorsteen op zelfs maar één van de panelen in de string valt, zullen de prestaties van de hele string tot vrijwel nul worden teruggebracht zolang de schaduw er is. Als er echter een aparte, niet-gearceerde string is, zal die string zoals gewoonlijk elektriciteit blijven produceren.

In extreme gevallen hoeft er niet noodzakelijkerwijs een schaduw op een heel paneel te vallen. Afhankelijk van de technologie die in het betreffende zonnepaneel wordt gebruikt, kan het beschaduwen van slechts één cel de prestaties van het paneel en daarmee de hele string afvlakken. Veel moderne panelen zijn echter uitgerust met zogenaamde bypass-diodes, die de effecten van gedeeltelijke schaduw minimaliseren door in wezen stroom rond de beschaduwde cel of cellen te laten “vloeien”.

Strategieën en technologieën voor het omgaan met schaduwrijke zonnepanelen

De prestaties en dus het rendement op de investering (ROI) van een zonne-energiesysteem kunnen echter ernstig worden beïnvloed door schaduw – vooral schaduw die regelmatig optreedt omdat een object elke dag op hetzelfde tijdstip een schaduw werpt als de zon aan de hemel schijnt – Er zijn verschillende manieren om deze effecten te voorkomen of te verzachten.

Plaats uw zonnepanelen op een plaats waar er geen regelmatige schaduw is

Dit is de eerste en meest voor de hand liggende stap om ervoor te zorgen dat uw systeem niet de gevolgen ondervindt van gedeeltelijke schaduw. Het is uiterst belangrijk om rekening te houden met alle tijden van de dag en het seizoen bij het bepalen of een object in de buurt mogelijk een schaduw op uw dak werpt. Met behulp van verschillende kaarttools zou een installateur van een zonnesysteem u moeten kunnen vertellen of schaduw een probleem is.

Een voorbeeld van een boom die hoog genoeg is geworden om een aanzienlijke hoeveelheid schaduw te werpen op een nabijgelegen zonnepaneel op het dak – een situatie die eigenaren van zonnepanelen moeten vermijden.

Eigenaren van zonnestelsels moeten er ook voor zorgen dat er geen bomen in de buurt zijn die hoog genoeg kunnen worden om uiteindelijk schaduwproblemen te veroorzaken. De levensduur van het zonnestelsel wordt doorgaans geschat op meer dan 25 jaar, gedurende welke tijd bomen voldoende tijd hebben om te groeien.

Wolken zijn een andere bron van potentiële schaduw. Wolken die overdag binnendringen, kunnen ook leiden tot schommelingen in de systeemprestaties, maar deze zijn in principe onvermijdelijk. Er wordt gezegd dat zonnecellen van amorf silicium beter omgaan met schaduw dan zonnepanelen van kristallijn silicium, maar over het algemeen zijn kristallijne panelen over het algemeen een betere keuze vanwege het relatief lage algehele rendement van amorfe panelen.

Er zijn enkele andere technologieën in ontwikkeling die zelfs bij slecht weer een hoge efficiëntie kunnen opleveren, zoals ‘superzwarte’ zonnecellen, maar de meeste daarvan zijn nog duur of nog niet commercieel verkrijgbaar.

Gebruik een stringomvormer met MPP-trackingfunctie

Maximum Power Point Tracking (MPP Tracking of MPPT) is een technologie die inmiddels standaard is in de meeste hoogwaardige omvormers. Een omvormer uitgerust met een MPP-tracker (of meerdere daarvan) kan (zelfs in de schaduw) de meest bruikbare energie uit een set zonnepanelen halen door de spanning altijd aan te passen aan het gewenste ingangsbereik van de omvormer. Kortom, een MPP-tracker helpt prestatieverlies als gevolg van gedeeltelijke schaduw en andere discrepanties in paneelprestaties te minimaliseren. Omvormers zonder MPPT-mogelijkheid verliezen simpelweg het vermogen van de zwakkere string zodra deze onder de vereiste vermogensdrempel komt.

MPPT en zonwering in een meerstringig zonne-energiesysteem

Een voorbeeld van gedeeltelijke schaduw in een traditioneel multi-string omvormersysteem (afbeelding tegoed: pvsolarchina.com)

Koop een systeem met micro-omvormers of power optimizers

Als de schaduw op uw dak niet uitgebreid is (“near shading”), dan kunnen micro-omvormers of power optimizers de juiste optie voor u zijn. Deze apparaten omzeilen het probleem van gedeeltelijke schaduw door in de eerste plaats de noodzaak of het belang van koorden te elimineren. Zowel micro-omvormers als power optimizers zorgen ervoor dat elk zonnepaneel in een systeem onafhankelijk kan werken, zodat de energieproductie van het totale systeem niet onevenredig wordt beïnvloed door slechts één of twee schaduwpanelen. (Let op: een nieuwere technologie van Maxim, gebruikt in een reeks JinkoSolar-modules, belooft een nog gedetailleerdere schaduwbescherming dan traditionele micro-omvormers of power optimizers.)

Het grootste nadeel van deze technologieën is dat ze vaak iets duurder zijn dan een standaard centraal stringomvormersysteem, dus in gevallen waarin schaduw geen probleem is, hoef je er niet veel geld aan uit te geven.

Enecsys micro-omvormer: probleem en oplossing

Een illustratie die laat zien hoe micro-omvormers/power optimizers het probleem van gedeeltelijke schaduw op zonnepanelen kunnen helpen oplossen (via de inmiddels ter ziele gegane fabrikant van micro-omvormers Enecsys).