你真的知道嗎?遮陰對模組的影響

你真的知道嗎?遮陰對模組的影響
你真的知道嗎?遮陰對模組的影響

這篇文章主要探討遮陰對系統的影響,為什麼原生致力於太陽能系統的技術提升並且去分析太陽能系統的效能?原因很簡單,因為台灣土地有限,當每一單位的面積能提升更多的效能,那對台灣整體的供電才是有正向幫助的。

當然要設計出一個高發電效益的系統,不單單只有遮陰的因素考量,還有許多需要考慮的因子,之後文章再慢慢跟大家分享~

原生團隊設計的太陽光電系統通常比一般系統業者平均高出5~10%的發電量,在設計時會研究模擬各種情況,以客戶的最大利益進行設計考量,不會為了追求最大面積滿鋪,而強硬將模組鋪設在有遮陰的地方,因為這樣對客戶的投資效益並不是最有效益的。

遮陰主要因素

遮陰主要來自的因素大致可區分為:
1. 雲層遮住陽光
2. 現場環境硬體
3. 灰塵堆積

其他因素當然也有很多,如:一隻鳥突然飛累了休憩在模組,人走過去…等。

不管怎麼樣的遮陰原因,我們將這些原因造成的影響歸納兩部分:
1. 對整體系統的影響
2. 對個體模組的影響
 

遮陰對整體系統的影響

當遮陰發生時,整體系統的發電是怎麼運作的呢?

下圖為一般30KW系統的大致配置。

直流箱體系統配置圖
直流箱體系統配置圖


一般30KW的配置一列約有20~22串,我們舉例上圖NO:1裡其中幾片串接,先暫時簡化J-BOX的龐路二極體的數量進行討論。

正常無遮陰情況的電流流經方式如下圖所示,當模組A正面被遮陰,模組電池內部阻抗升高時,電流(路徑1)就會被擋住流不太過去。這時候模組後方的J-BOX就發揮作用囉(二極體達崩潰電壓,啟動旁路作用),它可以知道模組被遮陰,隨即開啟通道,電流就可以從(路徑2)流通。

這樣遮陰會影響電流嗎?當然會影響一點點,但因為J-BOX的巧妙設計,電流就不會因為一片遮陰影響到整體串列的電流路徑了!

正常情況下之電流路徑圖
正常情況下之電流路徑圖

 

遮蔭情況之電流路徑圖
遮陰情況之電流路徑圖


既然不會影響電流,那會影響什麼?會影響電壓!

當有遮陰時,電壓就會少一片,(NO:1)的電壓硬生生比(NO:2)少了一片電壓值(約30-40V),此時會造成什麼樣的影響呢?

我們舉個例子,大家應該有這種經驗,如果家裡的遙控器同時使用一顆「滿載電力的電池」跟一顆「電力快用光的電池」,會發現滿載電力的電池很快就沒電了。低電壓的電池會被視為電阻,持續消耗滿載電池的電力。

回歸太陽能系統來說,遮陰發生時,會發生逆灌電流(高電壓串往低電壓串)的現象,也就是所謂的Reverse Current,此現象會使模組生熱,嚴重的話甚至會令模組產生熱效應(如:熱斑,玻璃破裂,效率變低,電池壽命...等)。
 

對個體模組的影響

這個部分要來探討遮陰發生時模組內部的電流作用,也就是剛剛省略探討的旁路二極體的數量。一般來說,模組內部大部分具備3組旁路二極體,正常情況下,電流流經的方向如圖所示

模組電流方向圖
模組電流方向圖
(圖片來源: 2019日本PV展SUNPOWER攤位)


當模組下方第一排CELL被遮陰時,電池片會變成電阻,此時第一組旁路二極體就會啟動(達二極體崩潰電壓),電流流經的路徑如圖所示,電流繞道而行,剩下約66%的POWER輸出。

遮陰後之電流路徑圖
遮陰後之電流路徑圖
(圖片來源: 2019日本PV展SUNPOWER攤位)


如果遮陰是以縱向(平行短邊)方向遮陰,這時候整個模組狀況就不太妙了,輸出為0%,有裝等於沒裝,還會拖累整個系統。

縱向(平行短邊)遮陰下之電流路徑圖
縱向(平行短邊)遮陰下之電流路徑圖
(圖片來源: 2019日本PV展SUNPOWER攤位)


由於環境的變化相當複雜,所以原生團隊在設計系統時,除了技術外,還會考慮到各種現場因素,再決定模組的擺放方向。
 

灰塵堆積的影響

最後來探討實際案場發生的狀況,現場經過一陣子,其實灰塵會堆積在鋁框的低點,這時候就會發生上述的理論,最下面一排電池被遮陰,變成了電阻,造成CELL升溫的情況,若是長期維持這種狀況,對模組是不好的。 

灰塵堆積於鋁框低點
灰塵堆積於鋁框低點

 

灰塵堆積會造成CELL升溫
灰塵堆積會造成CELL升溫


一位專業的太陽光電系統設計人員,並不是只懂得機電就好,要學習的部分很多,要考慮的面向也很多,原生團隊具備這樣的專業及經驗,並著重在設計專業太陽光電系統行之多年,讓我們幫你做出最可靠、最賺錢的系統,為這地球真正盡一份心力! 
 

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