التظليل هو أكبر خسارة يمكن التحكم فيها في إنتاج النظام الشمسي. يمكن أن تفقد المصفوفة ذات التباعد الضعيف ما بين 5 إلى 15% من التوليد السنوي بسبب التظليل بين الصفوف - وهو ما يعادل التخلص من أشهر من الإنتاج على مدار عمر المشروع الذي يبلغ 25 عامًا. يعد الحصول على تباعد الصفوف بشكل صحيح أحد القرارات ذات القيمة الأعلى في مرحلة التصميم.
لماذا تكون خسائر التظليل غير متناسبة؟
في نظام عاكس السلسلة، تعمل الوحدات الموجودة في السلسلة بشكل متسلسل. عندما يتم تظليل الصف السفلي من الوحدة النمطية (أو الخلية السفلية في الوحدة النمطية العمودية) بالصف الموجود في المقدمة، فإنها لا تفقد ببساطة ناتجها المتناسب. يصبح القسم المظلل عنصرًا عالي المقاومة في الدائرة المتسلسلة، مما يؤدي إلى تنشيط الثنائيات الالتفافية ومن المحتمل أن يؤدي إلى إسقاط خرج الوحدة المظللة بأكملها - وليس فقط منطقة الخلية المظللة. هذه الخسارة غير المتناسبة هي "تأثير السلسلة" للتظليل.
على سبيل المثال: سلسلة مكونة من 20 وحدة حيث تفقد وحدة واحدة 50% من الإخراج بسبب التظليل الجزئي بين الصفوف بزاوية شمس منخفضة قد يتسبب في فقدان إخراج السلسلة بنسبة 15-25% - وليس 2.5% (1/20 × 50%). هذا هو السبب في أن تحسين تباعد الصفوف مهم أكثر بكثير مما قد يبدو في البداية.
هندسة الزاوية الشمسية
يحدث التظليل بين الصفوف عندما تكون الشمس في زاوية ارتفاع منخفضة - عادةً في الصباح والمساء، وطوال اليوم في الشتاء عند خطوط العرض المتوسطة إلى المرتفعة. معلمة التصميم الحاسمة هي الحد الأدنى لزاوية الارتفاع الشمسية التي فوقها لا يلقي الصف الأمامي أي ظل على الوحدات الموجودة خلفه.
العلاقة بين درجة الصف وإمالة الوحدة وارتفاع الوحدة والظل هي:
- طول الظل الناتج عن الصف = ارتفاع الوحدة × sin (الميل) / tan (الارتفاع الشمسي)
- للتظليل الصفري: درجة الصف ≥ طول الظل + مساحة قاعدة الوحدة
إن التصميم بدون تظليل في جميع الأوقات سيتطلب مسافات هائلة – وهو أمر غير عملي اقتصاديًا. يتمثل النهج المقبول في الصناعة في التصميم بحيث لا يكون هناك تظليل بين الصفوف لمدة 6-8 ساعات على الأقل يوميًا، مع فقدان صغير عند زوايا الشمس المنخفضة في الصباح الباكر وفي وقت متأخر بعد الظهر (عندما يكون الإشعاع منخفضًا أيضًا وتكون عقوبة الطاقة طفيفة).
تباعد الصفوف حسب خط العرض
| خط عرض الموقع | زاوية الميل النموذجية | GCR (نسبة التغطية الأرضية) | خسارة التظليل بين الصفوف المقدرة |
|---|---|---|---|
| 10-20 درجة (المناطق الاستوائية) | 10-15 درجة | 0.40-0.50 | 1-3% |
| 20-35 درجة (شبه الاستوائية) | 20-25 درجة | 0.35-0.45 | 2-4% |
| 35–45° (البحر الأبيض المتوسط) | 25-30 درجة | 0.30-0.40 | 3-6% |
| 45–55° (أوروبا القارية) | 30-35 درجة | 0.25-0.35 | 4-8% |
| 55°+ (شمال أوروبا) | 35-40 درجة | 0.20-0.30 | 5-10% |
أجهزة التتبع أحادية المحور: مشكلة مختلفة وحل مختلف
تعمل أدوات التتبع أحادية المحور (SAT) على تغيير هندسة التظليل نظرًا لأن درجة الصف بالنسبة إلى المرجع الأفقي تتغير على مدار اليوم. تستخدم معظم تركيبات SAT خوارزمية "التتبع العكسي": عند زوايا الارتفاع الشمسية المنخفضة، يميل جهاز التتبع للخلف نحو الوضع الأفقي لتجنب إلقاء الظل على الصف المجاور - مع استبدال بعض تحسينات زاوية الإخراج للتخلص من التظليل بين الصفوف. عادةً ما يستعيد التراجع 2-5٪ من التوليد السنوي الذي كان من الممكن أن يُفقد بسبب التظليل في أنظمة SAT.
الوحدات ثنائية الجانب: يؤثر التباعد على إنتاجية الجانب الخلفي
تولد الوحدات ثنائية الوجه الطاقة من الأسطح الأمامية والخلفية. يلتقط الجانب الخلفي الإشعاع المنعكس من الأرض - مساهمة "البياض". تعمل نسبة التغطية الأرضية الأعلى (الصفوف الضيقة) على تقليل مساحة الأرض المرئية من الجزء الخلفي لكل وحدة، مما يقلل من إشعاع الجانب الخلفي. بالنسبة للوحدات ثنائية الوجه، يكون معدل GCR الأمثل أقل من الوحدات أحادية الوجه - عادةً 0.25-0.35 - للسماح بمساهمة كافية من البياض بنسبة 5-15% لتوليد الجانب الخلفي الإضافي. أدوات المحاكاة (PVsyst، Bifacial_radiance) تصمم هذا بشكل واضح.
تصميم سلسلة لتقليل تأثير التظليل
بخلاف تباعد الصفوف، يؤثر تكوين السلسلة على كيفية انتشار خسائر التظليل:
- التوتير الأفقي (شرق-غرب): تحتوي كل سلسلة على وحدات في نفس موضع الارتفاع في كل صف - عندما يتم تظليل الصف السفلي، يتم توزيع الخسارة عبر جميع السلاسل بشكل متناسب. الأفضل لتأثير التظليل الموحد.
- التوتير العمودي (من الشمال إلى الجنوب، لكل صف): يتم تضمين كل سلسلة في صف واحد - عندما يتم تظليل الصف، تتأثر تلك السلسلة فقط. يمكن أن يكون أفضل أو أسوأ اعتمادا على العمارة MPPT العاكس.
- وحدات نصف قطع: قم بتقسيم كل وحدة إلى نصفين كهربائيين مستقلين، مع حماية الثنائيات الالتفافية لكل نصف. عندما يؤثر التظليل بين الصفوف فقط على النصف السفلي من الوحدات النمطية، يتم تنشيط الصمام الثنائي الالتفافي للنصف السفلي فقط - مما يقلل من خسارة الإخراج لكل وحدة مظللة إلى النصف مقابل الخلايا كاملة القطع.