Download de film

Download:
» OptiTrac Global Peak film (Engels)

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

Schaduwbeheer

Waarmee moet ik rekening houden in zonnestroominstallaties bij schaduw?

Augustus 2017

1. Inleiding

Schaduwbeheer

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 zonne­instraling. 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.

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

Schaduwbeheer

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 zonne­instraling beschikbare vermogen zo goed mogelijk benutten.

Bij omvormers van SMA neemt de OptiTrac-­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 module 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.

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. OptiTrac Global Peak

OptiTrac Global Peak 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.

OptiTrac Global Peak 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 OptiTrac Global Peak 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.

OptiTrac Global Peak 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 OptiTrac Global Peak:

  • Sunny Boy 1.5 / 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 5­12000TL­20 
  • Sunny Tripower 8-17000TL­10
  • Sunny Tripower 15/20/25000TL­30 
  • Sunny Tripower CORE1

Laat schaduw de pret niet bederven: bekijk de video over de werking van OptiTrac Global Peak, 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. Bij de keuze van het dakgedeelte 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 zonne­instraling (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 OptiTrac Global Peak 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 vind je een oplijsting van al onze omvormers die bezitten over OptiTrac Global Peak.
    • Bij een sterke beschaduwing kan er ook geopteerd worden om de betreffende zonnepanelen verder te optimaliseren met DC Optimizers via de Power+ oplossing. Deze oplossing geeft de grootst mogelijke opbrengst die er op de markt te vinden is. 


Bij de constructie van de installatie is een omvormer voorzien met OptiTrac Global Peak 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 OptiTrac Global Peak).

6. Optimaliseer een installatie met Optimizers

OptiTrac Global Peak zorgt ervoor dat de zonnestroominstallatie in zijn geheel steeds op het correcte MPP werkt. De Optimizers uit de TS4 reeks kunnen echter nog doelgerichter het rendement van individuele beschaduwde zonnepanelen maximaliseren. Dit leidt op zijn beurt tot een volledige installatie die steeds optimaal werkt.

Afb 4: De TS4-T-O Optimizer uit de TS4 reeks.

Indien een zonnepaneel gedurende een bepaald moment van de dag beschaduwd wordt, kan een installateur eenvoudig, zonder extra gereedschap, een Optimizer aanbrengen onder het paneel. Hierdoor zal de impact van de schaduw op de zonnestroominstallatie beperkt blijven. Zelfs als het paneel in kwestie zich volledig in de schaduw bevindt, zal het aanzienlijk meer energie produceren met een TS4-R-O Optimizer aanwezig dan zonder een TS4-R-O Optimizer. Dit betekend dat men enkel een Optimizer aan dient te brengen daar waar het nodig is. 

Afb 5: De gegevens zijn gebaseerd op een systeem met 10 PV-panelen waar onder ideale omstandigheden een stroom van 8A door loopt met een spanning van 30V over elk paneel. Tijdens deze schaduwperiode zijn 4 van de 10 panelen volledig beschaduwd.

De grafiek geeft weer hoe een installatie zich gedraagt in volle zon (geen schaduw), zonder schaduwbeheer en met de verschillende optimalisatiemogelijkheden voor schaduwbeheer toegepast. Zo zien we dat er tijdens de schaduwperiode een zeer groot verschil kan zijn in de energieproductie van de installaties. Hier bewijzen de TS4 Optimizers hun superioriteit.

Afb 6: De gegevens zijn gebaseerd op een systeem met 10 PV-panelen waar onder ideale omstandigheden een stroom van 8A door loopt met een spanning van 30V over elk paneel. Gedurende 20% van de dag vindt er een schaduwperiode plaats en zijn 4 van de 10 panelen volledig beschaduwd. Tijdens de overige 80% van de dag is er werking onder ideale condities.

Deze grafiek geeft een beeld van de dagproductie van een installatie met tijdelijke, gedeeltelijke beschaduwing (4 van de 10 panelen beschaduwd gedurende 20% van de dag). Opnieuw tonen de TS4-R-O Optimizers hun superioriteit. Op dag basis kan men met deze installatie bijna 200 Watt meer produceren, dat is voldoende vermogen om een standaard laptop meer dan twee uur in het stopcontact te laten steken.

Een gedetailleerdere uitleg over Optimizers is hier terug te vinden. Zou u ook graag de rendabiliteit van uw zonnestroominstallatie verhogen? Neem dan Contact op met een van onze erkende SMA installateurs in je buurt.

Haal meer zon uit de schaduw: bekijk de video over de werking van SMA optimizers

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”