Schaduwbeheer

Waarmee moet ik rekening houden in zonnestroominstallaties bij schaduw?

Maart 2019

Schaduwbeheer - Waarmee moet ik rekening houden in zonnestroominstallaties bij schaduw?

1. Inleiding

Zonnepanelen zijn niet gemaakt om vaak in de schaduw te staan, dus het is aan te raden deze plaatsen zoveel mogelijk te vermijden. Het kan echter niet altijd worden voorkomen dat dakramen, schoorstenen of bomen een schaduw werpen op de zonnepanelen van een zonnestroominstallatie.

Om de rendabiliteit van een zonnestroominstallatie niet te beperken, moet men al bij de planning maatregelen treffen om de door schaduw veroorzaakte rendementsverliezen zo laag mogelijk te houden. Daarbij spelen invloedsfactoren zoals de positionering van de zonnepanelen, de aaneenschakeling van de zonnepanelen en in het bijzonder de keuze van de juiste omvormer en eventueel enkele Optimizers, een belangrijke rol.

Door rekening te houden met enkele belangrijke planningsregels kunnen deze factoren zo aan de specifieke zonnestroominstallatie worden aangepast dat het energieaanbod ervan vrijwel volledig kan worden benut.

2. Effecten van gedeeltelijke schaduw op de zonnestroominstallatie

Ieder zonnepaneel heeft een individueel vermogenspunt, waarop deze het hoogst mogelijke elektrische vermogen kan afgeven. Dit is het zogenaamde Maximum Power Point (MPP).

De hoogte van dit vermogen hangt vooral af van de kracht van de zonne-­instraling. Wanneer afzonderlijke zonnepanelen van een string in de schaduw komen te liggen, leidt dit tot een aanmerkelijke wijziging van de elektrische eigenschappen. De string heeft nu meerdere vermogenspunten van verschillende kwaliteit.

Schaduwbeheer - Gedeeltelijke beschaduwing van een dakraam op enkele panelen.

Afb 1:Gedeeltelijke beschaduwing van een dakraam op enkele panelen.

Schaduwbeheer - Vermogen­/spanningsdiagram van de weergegeven PV­installatie op twee verschillende tijden (met en zonder schaduw)

Afb 2: Vermogen­/spanningsdiagram van de weergegeven PV­installatie op twee verschillende tijden (met en zonder schaduw). De curves laten zien dat er bij schaduw twee MPP's ontstaan met een verschillende kwaliteit. Hierbij valt het vermogen bij de lokale MPP lager uit dan bij de algemene MPP [2].

3. Schaduw: een bijzondere taak voor de omvormer

Iedere omvormer beschikt over een zogenaamde MPP­tracker. Deze zorgt ervoor dat de zonnepanelen altijd op het optimale vermogenspunt worden gebruikt. Wanneer de zonnepanelen op deze wijze worden aangestuurd, kan deze het bij een bepaalde zonne-­instraling beschikbare vermogen zo goed mogelijk benutten.

Bij omvormers van SMA neemt de SMA ShadeFix-­regelaar deze taak voor zijn rekening en zorgt zo voor een optimaal energierendement.

In het hierboven beschreven geval ontstaan twee verschillende vermogenspunten door beschaduwing van afzonderlijke zonnepanelen binnen één module. In dit geval moet de omvormer kiezen op welke van deze vermogenspunten, de lokale MPP (LMPP) of de algemene MPP (GMPP), de string wordt geregeld.

Om niet onnodig energie te verliezen bij het zoeken naar het vermogenspunt, bewaken conventionele MPP-­trackers alleen het nabijgelegen vermogenspunt. Daarbij wordt een eventueel alternatief vermogenspunt soms niet waargenomen. Het actuele vermogen van de zonnestroominstallatie kan dan duidelijk lager liggen dan deze zou moeten zijn op basis van de beschaduwing.

ontwikkeling van het algemene en lokale MPP-vermogen van een deelmodule van een in de ochtenduren beschaduwde PV installatie

Afb. 3: ontwikkeling van het algemene en lokale MPP-vermogen van een deelmodule van een in de ochtenduren beschaduwde PV installatie. Het grijze vlak geeft het rendementsverlies aan dat kan ontstaan wanneer in plaats van de algemene MPP de lokale MPP wordt ingesteld [2].

4. SMA ShadeFix

SMA ShadeFix gedraagt zich anders ten opzichte van de meeste MPP trackers in niet-SMA omvormers. Om ook bij een gedeeltelijk in de schaduw liggende zonnestroominstallatie altijd het optimale vermogenspunt te vinden, is de beproefde MPP­tracker van de SMA omvormer uitgebreid met deze extra functie.

SMA ShadeFix kan de zonnepanelen tijdelijk op een grotere afstand van het bekende vermogenspunt regelen. Hierdoor bevindt de omvormer zich op ieder moment op het vermogenspunt met het op dat moment hoogste vermogen en kan zo het energieaanbod van de gehele string onder alle omstandigheden volledig benutten [1].

Het is onvermijdelijk dat hierdoor tijdens het zoeken verliezen optreden. De zoekmethode van SMA ShadeFix is er echter speciaal op gericht, om in tijden zonder schaduw de verliezen door het zoeken naar een eventueel tweede vermogensmaximum te beperken tot maximaal 0,2 procent.

In bepaalde gevallen kan het zinvol zijn om in zonnestroominstallaties met langzaam optredende beschaduwing de zoekfrequentie (cyclustijd) individueel aan te passen en te verlagen. Dit verlaagt de zoekverliezen nog verder.

SMA ShadeFix is standaard geactiveerd in al de omvormers uit ons huidig assortiment (sinds productiedatum 9 juli 2014). Enkele oudere modellen zijn hier later ook mee uitgebreid of kunnen hier nog een firmware update voor ontvangen. Hieronder vindt u een lijst met alle omvormers die beschikken over SMA ShadeFix:

  • Sunny Boy 1.5 / 2.0 / 2.5
  • Sunny Boy 3.0 / 3.6 / 4.0 / 5.0
  • Sunny Boy 3-5000TL-21
  • Sunny Boy 3-5000TL-20 (Na firmware update)
  • Sunny Boy 2500 / 3000TLST­21
  • Sunny Boy 2000 / 2500 / 3000HF­30
  • Sunny Tripower 5­-12000TL­20 
  • Sunny Tripower 3.0 / 4.0 / 5.0 / 6.0 / 8.0 / 10.0
  • Sunny Tripower 8-17000TL­10
  • Sunny Tripower 15/20/25000TL­30 
  • Sunny Tripower CORE1
  • Sunny Tripower CORE2

Laat schaduw de pret niet bederven: bekijk de video over de werking van SMA ShadeFix, de software waarmee alle SMA omvormers standaard zijn uitgerust

5. Planning bij gedeeltelijk beschaduwde zonnestroominstallaties

Om de rendabiliteit van tijdelijk beschaduwde zonnestroominstallaties niet te beperken, moeten de door schaduw veroorzaakte rendementsverliezen al bij de planning zo laag mogelijk worden gehouden.

Als hulp voor de installatieplanner worden hieronder de belangrijkste regels bij de planning beschreven.

5.1 Keuze van het dakgedeelte

Om de energieverliezen bij gedeeltelijke beschaduwde paneelstrings te beperken moet de omvormer in staat worden gesteld om de beschaduwde zonnecellen elektrisch te omzeilen. Zo worden de daarmee parallel geschakelde onbeschaduwde zonnepanelen van dezelfde string optimaal benut.

Het toch al verminderde vermogen van de beschaduwde zonnecellen kan in deze tijd niet worden gebruikt, tenzij er met optimizers gewerkt wordt op deze panelen (zie verder). Bij de keuze van het dakdeel waarop de zonnestroominstallatie wordt geplaatst moet er daarom op worden gelet dat dit gedeelte niet langdurig in de schaduw komt te liggen en vooral niet op tijden met een hoge zonne-instraling (op het midden van de dag, in de zomermaanden).

U kan speciale simulatieprogramma’s gebruiken om de eigenschappen van de beschaduwing in te schatten (zoals de grootte van het beschaduwde oppervlak en de verandering ervan in de loop van het jaar).

5.2 Keuze van de wijze waarop de zonnepanelen worden geschakeld

Ook de wijze waarop de zonnepanelen van de string aan elkaar zijn geschakeld heeft een grote invloed op het energierendement. Voordat de installatie wordt aangelegd moet altijd eerst het verloop van de beschaduwing worden geanalyseerd.

Belangrijke karakteristieken voor een zonnestroominstallatie die gedeeltelijk in de schaduw komt te liggen zijn:

  • Het aandeel van de beschaduwde zonnepanelen in verhouding tot de volledige string
  • en de wijzigingen in de schaduw gedurende de tijd.

De volgende aanbevelingen zijn belangrijk voor de omgang met gedeeltelijke beschaduwde zonnestroominstallaties:

  • Wanneer slechts enkele panelen en/of slechts een klein deel van de zonnepanelen (bijv. < 10 % van het totale aantal) in de schaduw komen te liggen, raden we aan om SMA ShadeFix aangeschakeld te laten.
  • Bij omvormers met meerdere MPP trackers is het zinvol om de beschaduwde en onbeschaduwde zonnepanelen gescheiden te regelen. Hierbij geldt:
    • Zonnepanelen met ongeveer gelijke instraling samen nemen.
    • Geen parallelschakeling van strings met verschillende instralingen aansluiten op een aparte MPP tracker. Hiervoor kunnen worden gebruikt of omvormers met multistringtechnologie. Hier is een oplijsting beschikbaar van al onze omvormers die bezitten over SMA ShadeFix.


Bij de constructie van de installatie is een omvormer voorzien met SMA ShadeFix zeker nodig wanneer men de rendementsverliezen wil beperken. Om de verliezen nog verder te minimaliseren kunnen Optimizers altijd toegepast worden. Lees hier meer over Optimizers.

5.3 Keuze van de omvormer

De keuze van de omvormer heeft ook invloed op eventuele rendementsverliezen door schaduw. Daarom moet er bij de keuze van de omvormer rekening worden gehouden met volgende drie punten:

  • Omvormers met een groot ingangsbereik kunnen ook bij schaduw en de daardoor veroorzaakte vermindering van de MPP­spanning nog steeds het optimale vermogenspunt instellen.
  • Omvormers met een regeling van afzonderlijke strings kunnen ook een gedeeltelijk in de schaduw liggende module in de buurt van het optimale rendement regelen en een groot deel van de mogelijke verliezen vermijden.
  • Om rendementsverliezen door schaduw zo laag mogelijk te houden is het nodig om voor de gedeeltelijk beschaduwde strings een omvormer te gebruiken, waarvan de MPP-­tracking het bestaan van meerdere vermogenspunten kan herkennen (zoals SMA ShadeFix).

Informatie over de tekst

Bronnen:
[1] J. Iken: "Leistungsgipfel mit Geheimnissen" (topvermogen met geheimen) in Sonne Wind & Wärme, 17/2009, pag. 160
[2] SMA Solar Technology AG: "SUNNY BOY 3000TL / 4000TL / 5000TL - Parameters en meetwaarden", www.SMA-Benelux.com
[3] G. Bettenwort, J. Laschinski: "Schattenmanagement – Der richtige Umgang mit teilverschatteten PVGeneratoren" (schaduwmanagement – de juiste omgang met gedeeltelijk beschaduwde PV-generatoren), 23e symposium Photovoltaische Solarenergie, 2008, Bad Staffelstein
[4] SMA Solar Technology AG: Technische beschrijving "OptiTrac Global Peak - SUNNY BOY 3000TL / 4000TL / 5000TL", www.SMA-Benelux.com

Bronnen:
[1] J. Iken: "Leistungsgipfel mit Geheimnissen"(topvermogen met geheimen) in Sonne Wind & Wärme, 17/2009, pag. 160
[2] SMA Solar Technology AG: Technische informatie “Schaduwmanagement - Efficiënt gebruik van deels overschaduwde PV-installaties met OptiTrac Global Peak”