การแรเงาเป็นการสูญเสียผลผลิตที่ควบคุมได้ที่ใหญ่ที่สุดเพียงครั้งเดียวในการออกแบบระบบสุริยะ อาเรย์ที่มีระยะห่างไม่ดีอาจสูญเสียการสร้างต่อปี 5–15% ไปสู่การแรเงาระหว่างแถว เทียบเท่ากับการทิ้งเอาต์พุตหลายเดือนตลอดอายุโปรเจ็กต์ 25 ปี การเว้นระยะห่างแถวให้ถูกต้องเป็นหนึ่งในการตัดสินใจที่มีมูลค่าสูงสุดในขั้นตอนการออกแบบ
เหตุใดการสูญเสียการแรเงาจึงไม่สมส่วน
ในระบบสตริงอินเวอร์เตอร์ โมดูลในสตริงจะทำงานเป็นอนุกรม เมื่อแถวด้านล่างของโมดูล (หรือเซลล์ด้านล่างในโมดูลแนวตั้ง) ถูกแรเงาโดยแถวด้านหน้า โมดูลจะไม่สูญเสียสัดส่วนเอาต์พุตไปเพียงอย่างเดียว ส่วนที่แรเงาจะกลายเป็นองค์ประกอบที่มีความต้านทานสูงในวงจรอนุกรม ซึ่งจะเปิดใช้งานไดโอดบายพาส และอาจส่งผลให้เอาท์พุตของโมดูลที่แรเงาทั้งหมดลดลง ไม่ใช่แค่พื้นที่เซลล์ที่แรเงาเท่านั้น การสูญเสียที่ไม่สมส่วนนี้คือ "เอฟเฟกต์สตริง" ของการแรเงา
ตัวอย่างเช่น: สตริงที่มีโมดูล 20 โมดูลโดยที่ 1 โมดูลสูญเสียเอาต์พุต 50% เนื่องจากการแรเงาระหว่างแถวบางส่วนที่มุมดวงอาทิตย์ต่ำอาจทำให้สูญเสียเอาต์พุตสตริง 15–25% ไม่ใช่ 2.5% (1/20 × 50%) นี่คือเหตุผลว่าทำไมการเพิ่มประสิทธิภาพการเว้นระยะห่างแถวจึงมีความสำคัญมากกว่าที่จะปรากฏในตอนแรก
เรขาคณิตมุมแสงอาทิตย์
การแรเงาระหว่างแถวเกิดขึ้นเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ในมุมเงยต่ำ โดยทั่วไปในตอนเช้าและตอนเย็น และตลอดทั้งวันในฤดูหนาวที่ละติจูดกลางถึงสูง พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญคือ มุมเงยพลังงานแสงอาทิตย์ขั้นต่ำซึ่งอยู่เหนือแถวด้านหน้าซึ่งไม่มีเงาบนโมดูลด้านหลัง.
ความสัมพันธ์ระหว่างระยะพิทช์ของแถว ความเอียงของโมดูล ความสูงของโมดูล และเงาคือ:
- ความยาวของเงาทอดเป็นแถว = ความสูงของโมดูล × sin(เอียง) / สีแทน(ระดับความสูงของดวงอาทิตย์)
- สำหรับการแรเงาเป็นศูนย์: ระยะพิทช์ของแถว ≥ ความยาวเงา + รอยเท้าฐานของโมดูล
การออกแบบให้ไม่มีเงาตลอดเวลาจะต้องมีระยะห่างมหาศาล ซึ่งไม่สามารถทำได้ในเชิงเศรษฐกิจ แนวทางอุตสาหกรรมที่ได้รับการยอมรับคือการออกแบบไม่ให้มีบังแดดระหว่างแถวเป็นเวลาอย่างน้อย 6-8 ชั่วโมงต่อวัน โดยสูญเสียเล็กน้อยที่มุมดวงอาทิตย์ต่ำในตอนเช้าและบ่ายแก่ๆ (เมื่อการฉายรังสียังต่ำและโทษด้านพลังงานก็มีน้อย)
ระยะห่างแถวตามละติจูด
| ละติจูดของไซต์ | มุมเอียงทั่วไป | GCR (อัตราส่วนความครอบคลุมพื้นดิน) | การสูญเสียแรเงาระหว่างแถวโดยประมาณ |
|---|---|---|---|
| 10–20° (เขตร้อน) | 10–15° | 0.40–0.50 | 1–3% |
| 20–35° (กึ่งเขตร้อน) | 20–25° | 0.35–0.45 | 2–4% |
| 35–45° (เมดิเตอร์เรเนียน) | 25–30° | 0.30–0.40 น | 3–6% |
| 45–55° (ทวีปยุโรป) | 30–35° | 0.25–0.35 | 4–8% |
| 55°+ (ยุโรปเหนือ) | 35–40° | 0.20–0.30 น | 5–10% |
ตัวติดตามแกนเดียว: ปัญหาต่างกัน วิธีแก้ไขต่างกัน
ตัวติดตามแกนเดี่ยว (SAT) จะเปลี่ยนรูปทรงการแรเงาเนื่องจากระยะห่างของแถวที่สัมพันธ์กับการอ้างอิงแนวนอนเปลี่ยนแปลงตลอดทั้งวัน การติดตั้ง SAT ส่วนใหญ่ใช้อัลกอริธึม "ย้อนรอย": ที่มุมเงยของดวงอาทิตย์ที่ต่ำ ตัวติดตามจะเอียงกลับไปในแนวนอนเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดเงาบนแถวที่อยู่ติดกัน โดยแลกกับการปรับมุมเอาท์พุตให้เหมาะสมเพื่อกำจัดการแรเงาระหว่างแถว โดยทั่วไปการย้อนรอยจะกู้คืน 2–5% ของรุ่นต่อปี มิฉะนั้นจะสูญเสียไปจากการแรเงาในระบบ SAT
โมดูลสองหน้า: ระยะห่างส่งผลต่อผลผลิตด้านหลัง
โมดูลสองหน้าสร้างพลังงานจากพื้นผิวทั้งด้านหน้าและด้านหลัง ด้านหลังจับภาพการฉายรังสีที่สะท้อนจากพื้นดิน ซึ่งมีส่วนสนับสนุน "อัลเบโด" อัตราส่วนการครอบคลุมกราวด์ที่สูงขึ้น (แถวที่แน่นขึ้น) ช่วยลดพื้นที่กราวด์ที่มองเห็นได้จากด้านหลังของแต่ละโมดูล ซึ่งช่วยลดการแผ่รังสีด้านหลัง สำหรับโมดูลสองหน้า GCR ที่เหมาะสมจะต่ำกว่าโมดูลใบหน้าเดียว โดยทั่วไปคือ 0.25–0.35 เพื่อให้มีส่วนอัลเบโด้ที่เพียงพอในการสร้างด้านหลังเพิ่มเติม 5–15% เครื่องมือจำลองสถานการณ์ (PVsyst, Bifacial_radiance) สร้างแบบจำลองนี้อย่างชัดเจน
การออกแบบเชือกเพื่อลดผลกระทบจากการแรเงา
นอกเหนือจากระยะห่างระหว่างแถว การกำหนดค่าสตริงจะส่งผลต่อการแพร่กระจายการสูญเสียแรเงา:
- การร้อยเชือกแนวนอน (ตะวันออก-ตะวันตก): แต่ละสตริงมีโมดูลที่ตำแหน่งความสูงเท่ากันในทุกแถว เมื่อแถวล่างถูกแรเงา การสูญเสียจะถูกกระจายไปยังสตริงทั้งหมดตามสัดส่วน ดีที่สุดสำหรับการแรเงาที่สม่ำเสมอ
- การร้อยเชือกแนวตั้ง (เหนือ-ใต้ ต่อแถว): แต่ละสตริงจะอยู่ภายในแถวเดียว เมื่อแถวถูกแรเงา เฉพาะสตริงนั้นเท่านั้นที่จะได้รับผลกระทบ จะดีขึ้นหรือแย่ลงก็ได้ ขึ้นอยู่กับ สถาปัตยกรรมอินเวอร์เตอร์ MPPT.
- โมดูลแบบตัดครึ่ง: แยกแต่ละโมดูลออกเป็นสองส่วนทางไฟฟ้าอิสระ โดยมีไดโอดบายพาสปกป้องแต่ละครึ่ง เมื่อการแรเงาระหว่างแถวส่งผลต่อเฉพาะครึ่งล่างของโมดูลแนวตั้ง เฉพาะไดโอดบายพาสครึ่งล่างเท่านั้นที่เปิดใช้งาน — ลดการสูญเสียเอาต์พุตต่อโมดูลที่แรเงาลงครึ่งหนึ่งเทียบกับเซลล์ที่ตัดเต็ม