Les systèmes solaires photovoltaïques comprennent un certain nombre de panneaux solaires câblés en réseaux en fonction de la demande d'énergie électrique de chacun de ces panneaux, qui à leur tour, sont composés de nombreuses cellules photovoltaïques solaires qui sont les unités essentielles impliquées dans la capture de l'énergie du soleil et sa conversion en électricité. Maintenant, si une ombre ne tombe même que sur une partie du panneau solaire de votre générateur, la sortie du système complet peut être potentiellement compromise, cela peut être appelé ombrage des panneaux PV.

Image montrant la différence de sortie du panneau solaire ombragé et non ombragé

Pour mieux comprendre

Considérez une chaîne de panneaux comme un morceau de tuyau, et l'énergie solaire est comme l'eau qui coule à travers ce tuyau. Contrairement aux grandes cordes, une nuance est quelque chose qui bloque ce flux. Si, par exemple, l'ombre d'un arbre ou d'une cheminée tombe une fois sur tous les panneaux de la chaîne, le rendement de la chaîne entière est réduit à peu près à zéro tant que l'ombre y reste. S'il y a une chaîne séparée et non ombrée, cependant, cette chaîne peut toujours manquer de puissance comme d'habitude.

Représentation graphique de l'effet de l'ombrage sur le système solaire

Quels sont les facteurs qui causent l'ombrage?

Ombrage, généralement causé par les nuages, les obstacles environnementaux tels que les arbres ou les bâtiments à proximité, l'auto-ombrage entre les panneaux en rangées parallèles, la saleté, la poussière, d'autres déjections d'oiseaux semblables à des déchets, etc. Ces effets d'ombrage sont également statiques en raison de la position de l'obstruction ou, dans certains cas, dynamiques, par nuages ​​en mouvement.

Comment cela affecte-t-il les performances du système d'énergie solaire?

Les panneaux solaires sont connectés en combinaison série-parallèle en fonction de la plage de tension d'entrée de l'onduleur. Si l'ombre d'un arbre ou d'une cheminée tombe même sur un panneau de la chaîne, la sortie de l'ensemble de la chaîne sera presque nulle pendant la période d'ombre. S'il y a une chaîne séparée et non ombrée, elle tournera toujours la puissance de sortie comme d'habitude. L'impact de l'ombre sur l'ensemble du système dépend de la manière dont les panneaux sont câblés ensemble.

Comment résoudre le problème d'ombrage ?

• Positionnement des systèmes PV

Avant d'installer un système solaire photovoltaïque, vous devez effectuer une analyse minutieuse du site en tenant compte de toute heure de la journée pour toutes les saisons de l'année afin d'éviter l'ombre. Un arbre ou un bâtiment en croissance à proximité qui pourrait apparaître à l'avenir doit également être pris en compte avant de finaliser l'emplacement du système photovoltaïque.

• Diode de dérivation

Diodes de dérivation pour réduire l'effet d'ombrage

Les effets destructeurs du chauffage par point chaud peuvent être évités grâce à l'utilisation d'une diode de dérivation. Une diode de dérivation est connectée en parallèle, mais avec une polarité opposée, à une cellule solaire comme indiqué ci-dessous. En fonctionnement normal, chaque cellule solaire sera polarisée en direct et donc la diode de dérivation sera polarisée en inverse et sera effectivement un circuit ouvert. Cependant, si une cellule solaire est polarisée en inverse en raison d'une inadéquation du courant de court-circuit entre plusieurs cellules connectées en série, alors la diode de dérivation conduit, permettant ainsi au courant des bonnes cellules solaires de circuler dans le circuit externe plutôt que de polariser en direct chacune bonne cellule. La polarisation inverse maximale à travers la cellule pauvre est réduite à environ une seule chute de diode, limitant ainsi le courant et empêchant le chauffage du point chaud. Le fonctionnement d'une diode de dérivation et l'effet sur une courbe IV sont illustrés dans l'animation ci-dessous.

Flux de courant pour deux cellules en série et effet d'une diode de dérivation. L'animation progresse automatiquement d'une condition à une autre.

L'effet d'une diode de dérivation sur une courbe IV peut être déterminé en trouvant d'abord la courbe IV d'une seule cellule solaire avec une diode de dérivation, puis en combinant cette courbe avec d'autres courbes IV de cellule solaire. La diode de dérivation n'affecte la cellule solaire qu'en polarisation inverse. Si la polarisation inverse est supérieure à la tension au coude de la cellule solaire, la diode s'allume et conduit le courant. La courbe IV combinée est illustrée dans la figure ci-dessous.

Courbe IV de la cellule solaire avec diode bypass.

Empêcher le chauffage par point chaud avec une diode de dérivation. Pour plus de clarté, l'exemple utilise un total de 10 cellules avec 9 non ombrées et 1 ombrée. Un module typique contient 36 cellules et les effets du décalage de courant sont encore pires sans la diode de dérivation, mais sont moins importants avec la diode de dérivation. L'animation se déplace automatiquement. Vous n'avez pas besoin de cliquer pour continuer.

Dans la pratique, cependant, une diode de dérivation par cellule solaire est généralement trop chère et à la place, des diodes de dérivation sont généralement placées entre les groupes de cellules solaires. La tension aux bornes de la cellule solaire ombragée ou à faible courant est égale à la tension de polarisation directe des autres cellules en série qui partagent la même diode de dérivation plus la tension de la diode de dérivation. Ceci est montré dans la figure ci-dessous. La tension aux bornes des cellules solaires non ombragées dépend du degré d'ombrage de la cellule à faible courant. Par exemple, si la cellule est complètement ombragée, les cellules solaires non ombragées seront polarisées en direct par leur courant de court-circuit et la tension sera d'environ 0,6 V. Si la mauvaise cellule n'est que partiellement ombragée, une partie du courant des bonnes cellules peut traverser le circuit et le reste est utilisé pour polariser en direct chaque jonction de cellule solaire, provoquant une tension de polarisation directe plus faible dans chaque cellule. La dissipation de puissance maximale dans la cellule ombrée est approximativement égale à la capacité de génération de toutes les cellules du groupe. La taille de groupe maximale par diode, sans causer de dommages, est d'environ 15 cellules/diode de dérivation, pour les cellules au silicium. Pour un module normal de 36 cellules, par conséquent, 2 diodes de dérivation sont utilisées pour garantir que le module ne sera pas vulnérable à"hot-spot" endommager.

Diodes de dérivation à travers des groupes de cellules solaires. La tension aux bornes des cellules solaires non ombragées dépend du degré d'ombrage de la cellule pauvre. Dans la figure ci-dessus, 0,5 V est arbitrairement affiché.

• Onduleur string avec capacité de suivi MPP

La technologie Maximum Power Point Tracking (MPP Tracking ou MPPT) est désormais un standard parmi les fabricants d'onduleurs string. Les onduleurs string avec MPP Tracker sont capables d'extraire l'énergie la plus utilisable possible d'une chaîne de panneaux solaires (même à l'ombre) en ajustant la tension d'entrée. En un mot, un MPP Tracker aide à minimiser les pertes de sortie associées à l'ombrage partiel et à d'autres décalages de sortie. Les onduleurs sans technologie MPPT perdent la sortie de la chaîne la plus faible lorsqu'elle passe en dessous du seuil de sortie souhaité.

• Micro-onduleur et optimiseurs de puissance

Les micro-onduleurs et les optimiseurs de puissance sont utilisés pour surmonter le problème de l'ombrage partiel. Il permet à chaque panneau solaire de fonctionner individuellement afin que la production d'énergie du système ne soit pas affectée de manière disproportionnée par un ou deux panneaux ombragés.

Différents types de brise-soleil

Il existe différents types de protections solaires, selon les objets qui créent l'ombre.

Ombrage temporaire

L'ombrage temporaire comprend l'ombrage résultant des nuages, des fientes d'oiseaux, de la poussière ou des feuilles tombées.

Ombrage résultant du bâtiment

Les ombrages résultant du bâtiment sont critiques car ils impliquent des ombres directes. Des exemples de ce type d'ombrage sont les cheminées, les conducteurs d'éclairage, les antennes paraboliques, les antennes, les saillies de toit et de façade, la structure de bâtiment décalée, la superstructure de toit pour n'en nommer que quelques-uns.

Ombrage de l'emplacement

L'ombrage de l'emplacement vient de l'environnement du bâtiment. Il pourrait y avoir des arbres ou des buissons, des câbles passant au-dessus des bâtiments, des bâtiments voisins ou des bâtiments éloignés qui pourraient également assombrir l'horizon.

Auto-ombrage

Avec les systèmes de montage en rack, l'auto-ombrage des modules peut être provoqué par la rangée des modules. Dans ces cas, il est nécessaire d'optimiser l'inclinaison et la séparation entre les rangées de modules.

Ombrage direct

L'ombrage direct peut entraîner des pertes d'énergie élevées, car la proximité de l'objet projetant l'ombre empêche le panneau solaire photovoltaïque de capter la lumière.