Затенение — это самая большая контролируемая потеря урожайности при проектировании солнечных систем. Плохо разнесенный массив может потерять 5–15% годовой выработки из-за затенения между рядами, что эквивалентно потере месяцев выработки в течение 25-летнего срока службы проекта. Правильный выбор междурядья — одно из самых важных решений на этапе проектирования.
Почему потери затенения непропорциональны
В цепной инверторной системе модули в цепочке работают последовательно. Когда нижняя строка модуля (или нижняя ячейка в портретном модуле) затенена строкой впереди, она не просто теряет свой пропорциональный выход. Заштрихованная часть становится элементом с высоким сопротивлением в последовательной цепи, активируя обходные диоды и потенциально снижая выходной сигнал всего заштрихованного модуля, а не только заштрихованной области ячейки. Эта непропорциональная потеря является «струнным эффектом» затенения.
Например: цепочка из 20 модулей, в которой один модуль теряет 50 % выходной мощности из-за частичного затенения между рядами при малом угле солнца, может привести к потере выходной мощности цепочки на 15–25 %, а не 2,5 % (1/20 × 50 %). Вот почему оптимизация междурядья имеет гораздо большее значение, чем может показаться на первый взгляд.
Геометрия солнечного угла
Затенение между рядами происходит, когда солнце находится под низким углом возвышения — обычно утром и вечером, а зимой в течение всего дня в средних и высоких широтах. Критическим параметром конструкции является минимальный угол возвышения солнечной энергии, выше которого передний ряд не отбрасывает тень на модули позади.
Взаимосвязь между шагом строк, наклоном модуля, высотой модуля и тенью следующая:
- Длина тени, отбрасываемой рядом = высота модуля × sin(наклон) / tan(солнечная высота)
- Для нулевого затенения: шаг строки ≥ длина тени + площадь основания модуля.
Проектирование, обеспечивающее постоянное отсутствие затенения, потребует огромного пространства, что экономически непрактично. Принятый в отрасли подход заключается в том, чтобы исключить затенение между рядами в течение как минимум 6–8 часов в день с небольшими потерями при низких углах солнечного света рано утром и ближе к вечеру (когда освещенность также низкая и потери энергии невелики).
Расстояние между строками по широте
| Широта места | Типичный угол наклона | GCR (коэффициент покрытия земли) | Расчетная потеря затенения между рядами |
|---|---|---|---|
| 10–20° (тропики) | 10–15° | 0,40–0,50 | 1–3% |
| 20–35° (субтропики) | 20–25° | 0,35–0,45 | 2–4% |
| 35–45 ° (Средиземноморье) | 25–30° | 0,30–0,40 | 3–6% |
| 45–55 ° (континентальная Европа) | 30–35° | 0,25–0,35 | 4–8% |
| 55°+ (Северная Европа) | 35–40° | 0,20–0,30 | 5–10% |
Одноосные трекеры: другая проблема, другое решение
Одноосные трекеры (SAT) изменяют геометрию штриховки, поскольку шаг строк относительно горизонтальной опорной точки меняется в течение дня. В большинстве установок SAT используется алгоритм «обратного отслеживания»: при малых углах возвышения солнечного света трекер наклоняется назад к горизонтали, чтобы не отбрасывать тень на соседний ряд, — при этом некоторые оптимизации выходного угла используются для устранения затенения между рядами. При обратном отслеживании обычно восстанавливается 2–5% годовой выработки, которая в противном случае была бы потеряна из-за затенения в системах SAT.
Двусторонние модули: расстояние влияет на выход задней стороны
Двусторонние модули генерируют энергию как с передней, так и с задней поверхности. Задняя сторона улавливает отраженное излучение от земли — вклад «альбедо». Более высокий коэффициент покрытия земли (более плотные ряды) уменьшает площадь земли, видимую с задней части каждого модуля, уменьшая освещенность задней стороны. Для двусторонних модулей оптимальный GCR ниже, чем для односторонних — обычно 0,25–0,35 — чтобы обеспечить адекватный вклад альбедо в размере 5–15% дополнительной генерации на задней стороне. Инструменты моделирования (PVsyst, Bifacial_radiance) моделируют это явно.
Конструкция струн для минимизации влияния затенения
Помимо интервала между строками, конфигурация строк влияет на распространение потерь затенения:
- Горизонтальная натяжка (восток-запад): Каждая строка содержит модули на одинаковой высоте в каждой строке — когда нижняя строка затенена, потери распределяются по всем строкам пропорционально. Лучше всего подходит для равномерного затенения.
- Вертикальная нанизка (север-юг, по ряду): Каждая строка содержится в одной строке — когда строка закрашивается, затрагивается только эта строка. Может быть лучше или хуже в зависимости от инвертор с архитектурой MPPT.
- Полуразрезанные модули: Разделите каждый модуль на две независимые электрические половины, при этом каждую половину защищают байпасные диоды. Когда межрядное затенение влияет только на нижнюю половину портретных модулей, активируется только обходной диод нижней половины, что вдвое снижает выходные потери на затененный модуль по сравнению с полноразмерными ячейками.