Os sistemas fotovoltaicos solares são compostos por um número de painéis solares conectados em matrizes que dependem da demanda de energia elétrica de cada um desses painéis, que, por sua vez, são compostos de muitas células PV solar que são as unidades essenciais envolvidas na captura de energia do sol e na conversão em eletricidade. Agora, se uma sombra cair, mesmo apenas em uma parte do painel solar em seu conjunto, a saída do sistema completo pode estar potencialmente comprometida, isso pode ser referido como um sombreamento de painéis fotovoltaicos.

Imagem mostrando a diferença na saída do painel solar sombreado e não sombreado

Para melhor compreensão

Considere a estrutura dos painéis como uma peça de cano, e a energia solar é como a água fluindo por esse cano. Cordas solares incomuns, uma sombra é algo que bloqueia esse fluxo. Se, por exemplo, a sombra de uma árvore ou chaminé cair em apenas um em todos os painéis dentro da cadeia, a saída da cadeia inteira é reduzida para quase zero pelo tempo que a sombra permanecer ali. Se houver uma corda separada e sem sombra, no entanto, essa corda ainda pode perder força como de costume.

Representação gráfica do efeito de sombreamento no sistema solar

Quais são os fatores que causam o sombreamento?

Sombreamento, normalmente causado por nuvens, obstruções ambientais, como estrias ou prédios próximos, auto-sombreamento entre painéis em filas paralelas, sujeira, poeira e diferentes outras gotas de pássaros semelhantes a lixo, etc. nuvens em movimento.

Como isso afeta o desempenho do sistema de energia solar?

Os painéis solares são conectados em uma combinação série-paralela, dependendo da faixa de tensão de entrada do inversor. Se a sombra de uma árvore ou chaminé estiver caindo mesmo em um painel da corda, a saída da corda inteira será quase zero durante o período da sombra. Isso ocorre porque os painéis são ligados juntos de forma que a saída seja reduzida a um nível de corrente que passa pelo painel mais fraco. Se houver uma string separada e sem sombra, ela ainda aumentará a potência de saída como de costume. O impacto da sombra no sistema inteiro depende de como os painéis estão ligados entre si.

Como resolver o problema de sombreamento?

• Posicionamento de sistemas fotovoltaicos

Antes de instalar um sistema solar fotovoltaico, você deve fazer uma análise cuidadosa do local, considerando todas as horas do dia para todas as estações do ano para evitar sombra. Uma árvore em crescimento nas proximidades ou edifício que pode surgir no futuro também precisa ser considerado antes de finalizar a localização do Sistema FV.

• Bypass Diode

Ignorar diodos para diminuir o efeito de sombreamento

Os efeitos destrutivos do aquecimento de pontos quentes podem ser contornados com o uso de um diodo de derivação. Um diodo de bypass é conectado em paralelo, mas com polaridade oposta, a uma célula solar, conforme mostrado abaixo. Em operação normal, cada célula solar terá polarização direta e, portanto, o diodo de derivação será polarizado reversamente e será efetivamente um circuito aberto. No entanto, se uma célula solar é polarizada reversamente devido a uma incompatibilidade na corrente de curto-circuito entre várias células conectadas em série, então o diodo de bypass conduz, permitindo assim que a corrente das células solares boas flua no circuito externo em vez de polarização direta cada bom celular. A polarização reversa máxima na célula pobre é reduzida para cerca de uma única queda de diodo, limitando assim a corrente e evitando o aquecimento do ponto quente. A operação de um diodo de bypass e o efeito em uma curva IV são mostrados na animação abaixo.

Fluxo de corrente para duas células em série e o efeito de um diodo de bypass. A animação avança automaticamente de uma condição para outra.

O efeito de um diodo de derivação em uma curva IV pode ser determinado encontrando primeiro a curva IV de uma única célula solar com um diodo de derivação e, em seguida, combinando esta curva com outras curvas IV da célula solar. O diodo de bypass afeta a célula solar apenas em polarização reversa. Se a polarização reversa for maior do que a tensão do joelho da célula solar, o diodo liga e conduz a corrente. A curva IV combinada é mostrada na figura abaixo.

Curva IV da célula solar com diodo de bypass.

Evitando o aquecimento de pontos quentes com um diodo de bypass. Para maior clareza, o exemplo usa um total de 10 células com 9 sem sombreado e 1 sombreado. Um módulo típico contém 36 células e os efeitos da incompatibilidade de corrente são ainda piores sem o diodo de bypass, mas são menos importantes com o diodo de bypass. A animação se move automaticamente. Você não precisa clicar para continuar.

Na prática, entretanto, um diodo de bypass por célula solar geralmente é muito caro e, em vez disso, os diodos de bypass são normalmente colocados entre grupos de células solares. A voltagem através da célula solar sombreada ou de baixa corrente é igual à voltagem de polarização direta das outras células em série que compartilham o mesmo diodo de bypass mais a voltagem do diodo de bypass. Isso é mostrado na figura abaixo. A voltagem nas células solares não sombreadas depende do grau de sombreamento na célula de baixa corrente. Por exemplo, se a célula estiver completamente sombreada, então as células solares não sombreadas serão polarizadas para frente por sua corrente de curto-circuito e a tensão será de cerca de 0,6V. Se a célula pobre estiver apenas parcialmente sombreada, parte da corrente das células boas pode fluir através do circuito, e o restante é usado para polarizar cada junção de célula solar, causando uma voltagem de polarização direta mais baixa em cada célula. A dissipação de potência máxima na célula sombreada é aproximadamente igual à capacidade de geração de todas as células do grupo. O tamanho máximo do grupo por diodo, sem causar danos, é de cerca de 15 células / diodo de bypass, para células de silício. Para um módulo normal de 36 células, portanto, 2 diodos de derivação são usados ​​para garantir que o módulo não seja vulnerável a&ponto quente &. dano.

Diodos de desvio em grupos de células solares A voltagem nas células solares não sombreadas depende do grau de sombreamento da célula pobre. Na figura acima, 0,5 V é mostrado arbitrariamente.

• Inversor de string com capacidade de rastreamento MPP

A tecnologia de Rastreamento de Ponto de Potência Máxima (MPP Tracking ou MPPT) agora é um padrão entre os fabricantes de inversores de string. Os inversores de string com MPP Tracker são capazes de extrair a energia mais utilizável possível de uma série de painéis solares (mesmo quando sombreados) ajustando a tensão de entrada. Em poucas palavras, um MPP Tracker ajuda a minimizar as perdas de saída associadas ao sombreamento parcial e outras incompatibilidades de saída. Os inversores sem tecnologia MPPT perdem a saída da string mais fraca quando ela passa abaixo do limite de saída desejado.

• Microinversor e otimizadores de energia

Microinversores e otimizadores de energia são usados ​​para superar o problema de sombreamento parcial. Ele permite que cada painel solar funcione individualmente para que a produção de energia do sistema não seja afetada de forma desproporcional por apenas um ou dois painéis sombreados.

Diferentes tipos de sombras solares

Existem diferentes tipos de sombras solares, dependendo dos objetos que criam a sombra.

Sombreamento temporário

O sombreamento temporário inclui o sombreamento resultante de nuvens, fezes de pássaros, poeira ou folhas caídas.

Sombreamento resultante da construção

As sombras resultantes da construção são críticas, pois envolvem sombras diretas. Exemplos deste tipo de sombreamento são chaminés, condutores de iluminação, antenas parabólicas, antenas, saliências do telhado e da fachada, estrutura de construção deslocada, superestrutura do telhado, apenas para citar alguns.

Sombreamento do local

O sombreamento do local vem do entorno do prédio. Pode haver árvores ou arbustos, cabos passando pelos prédios, prédios vizinhos ou prédios distantes que podem causar escurecimento do horizonte.

Auto-sombreamento

Com sistemas de montagem em rack, o autossombreamento dos módulos pode ser causado pela fileira dos módulos. Nestes casos, é necessário otimizar a inclinação e a separação entre as filas do módulo.

Sombreamento direto

O sombreamento direto pode causar grandes perdas de energia, já que a proximidade do objeto de projeção de sombra impede o painel solar fotovoltaico de capturar a luz.