Wpływ zacienienia na wydajność instalacji fotowoltaicznych

Użytkownik i doradca energetyczny, którzy na etapie opracowania koncepcji instalacji fotowoltaicznej nie biorą pod uwagę ujemnych skutków wpływu zacienienia, ryzykują wysokie straty uzysku energii – i to na przestrzeni 20 i więcej lat.

Już nawet cień pochodzący od anten dachowych może bowiem prowadzić do znacznego spadku zdolności wytwórczej energii przez taką instalację. Nie zawsze jednakże udaje się całkowicie uniknąć zacienienia. Niemniej istnieją metody, które mogą pomóc zminimalizować straty.

Użytkownicy instalacji częstokroć próbują na dachach swoich domów montować urządzenia fotowoltaiczne o wysokiej mocy, by osiągnąć tą drogą wysoki uzysk energii. Do tego dochodzą stale rosnące wymagania odnośnie estetyki dachów, co w konsekwencji powoduje dążenie do możliwie pełnego i równomiernego pokrycia ich powierzchni fotoogniwami. Istnienie możliwości zacienienia generujących siłę elektromotoryczną ogniw stawia użytkowników w obliczu wyboru: albo montować pokrywające prawie całą połać dachu zintegrowane moduły o znacznej mocy, albo też zrezygnować z części modułów na rzecz wysokiego jednostkowego uzysku energii. Konieczność dokonania wyboru rodzi z kolei pytanie: jak wysoki jest spadek uzysku energii wywołany zacienieniem? I w jaki sposób można ów spadek ograniczyć?

Zacienienie ma wiele przyczyn

Zacienienie instalacji fotowoltaicznej może mieć wiele przyczyn. W zasadzie można je podzielić na przyczyny powodujące zacienienie okresowe względnie przemijające oraz stałe. Typowym przykładem zacienienia przemijającego jest pokrycie ogniw fotowoltaicznych warstwą śniegu. W zależności od miejsca i wysokości położenia instalacji pokrywa śnieżna może spowodować spadek uzysku energetycznego, który trudno uznać za nieistotny. Wprawdzie zacienienie tego rodzaju jest nieuniknione, można jednak wymiernie określić jego skutki. Stosownie zatem do lokalizacji ewentualny wpływ opadów śniegu na zdolność generowania energii przez konkretną instalację fotowoltaiczną powinno się uwzględnić na etapie doboru jej odpowiedniego rozmieszczenia.

Sytuacja przedstawia się inaczej w wypadku okresowych zacienień wywołanych obecnością zanieczyszczeń, takich jak: liście, igliwie, pyłki, nasiona, kurz, pył, sadza i ptasie odchody. Zanieczyszczeń tego rodzaju nie można zazwyczaj przewidzieć na etapie projektowania. Jeśli jednak pozostają one przez dłuższy okres czasu na powierzchni fotoogniw, należy się liczyć z odpowiednim spadkiem uzysku energii.

Efekt wystarczającego samooczyszczania oraz spłukiwania względnie rozpuszczania zanieczyszczeń przez spływające wody deszczowe uzyskuje się przy kącie nachylenia modułów wynoszącym 15°C. W wypadku mniejszych kątów nachylenia można zastosować dodatkowo inne metody czyszczenia. Wiążą się one jednak ze znacznymi nakładami, a ponadto – gwoli uniknięcia uszkodzeń generujących energię fotoogniw – wymagają zachowania szczególnej ostrożności.

Obowiązująca zasada to: im większy jest kąt nachylenia modułu fotowoltaicznego, tym skuteczniejsze jest samooczyszczanie, przy czym zawsze konieczna będzie optymalizacja kąta ustawienia modułów pozwalająca na osiągnięcie maksymalnego uzysku energii.

Autorzy: Simon Schwarz, Sascha Bursian

O szkodach powodowanych częściowym lub całkowitym zacienieniem, przeprowadzonej analizie zacienienia, przykładach spadku uzysku energii można przeczytać w Polskim Instalatorze nr 4/2013 na str. 42-48