Tecnologia: Soluzioni efficaci per il problema dell'ombreggiatura dei moduli solari
Hauke Schmidt
· 07.05.2024
In linea di massima, la resa di una cella solare si riduce del 10-20% quando il cielo è coperto; un'ombreggiatura parziale può avere un effetto altrettanto devastante. Tuttavia, le dimensioni e il tipo di ombra giocano un ruolo importante. Un'ombra diffusa ma estesa, ad esempio quella di una vela, agisce come una copertura nuvolosa e riduce di conseguenza la resa di circa l'80%.
L'ombra stretta e ugualmente diffusa di uno strallo, invece, non costa quasi nulla, mentre l'ombra dura di un grande albero o di un supporto per ringhiera può bloccare quasi completamente la produzione di energia, anche se è interessato solo un angolo del modulo.
Questo comportamento è dovuto alle proprietà delle celle solari e alla loro interconnessione nel modulo. Una singola cella fornisce circa 0,5 volt. Per ottenere la tensione necessaria per un sistema a 12 volt, diverse celle sono collegate in serie come una stringa.
Ridurre il problema dell'ombreggiatura con diodi di bypass?
Il problema è che in un collegamento in serie, la cella più debole limita la corrente dell'intero sistema. Quindi, se una cella solare è in ombra, il modulo fornisce solo la potenza che questa cella continua a produrre. Un'ombra diffusa più ampia interessa diverse celle, ma riduce la loro produzione in misura minore rispetto a un'ombra dura che causa il collasso completo di una cella. Non esiste una vera e propria soluzione al problema, poiché non c'è modo di aggirare il collegamento in serie per ottenere la tensione richiesta. Spesso si sostiene che il problema dell'ombra può essere ridotto utilizzando i cosiddetti diodi di bypass.
Questi diodi sono collegati in parallelo alle celle solari e funzionano in modo molto semplificato come una valvola. Finché le celle solari forniscono la massima tensione, i diodi sono bloccati. Se la tensione delle celle diminuisce a causa dell'ombreggiatura, il diodo si apre e bypassa le celle ombreggiate in modo che il resto del modulo possa continuare a fornire elettricità. In pratica, questo effetto è minimo, poiché anche il resto del pannello senza le celle ombreggiate fornisce una tensione inferiore.
Controllo del surriscaldamento dei moduli solari
I diodi di bypass sono molto più importanti per evitare gli hotspot. Questo è il termine usato per descrivere il surriscaldamento delle celle in ombra. Se una cella non è più in grado di fornire la stessa corrente delle altre, diventa una resistenza, per dirla in parole povere. Il problema è che quando la tensione delle altre celle raggiunge circa 15 volt, la cella in ombra inizia ad assorbire un'enorme quantità di energia e la converte in calore. Nel processo, si riscalda a tal punto da distruggersi. Per evitare questo inconveniente, dopo un massimo di 24 celle vengono utilizzati diodi di bypass, che possono essere immaginati come una valvola come descritto sopra. In questo modo, la tensione inversa massima sulla cella ombreggiata è limitata a 24 volte 0,5 volt, ossia al di sotto del valore critico di 15 volt, e la cella converte molto meno energia in calore.
Distribuzione intelligente dei moduli solari
Per ridurre il calo di prestazioni in caso di ombreggiamento, invece di utilizzare i diodi, è necessario prestare maggiore attenzione a una distribuzione intelligente dei moduli e collegarli in modo appropriato. Anche sulle imbarcazioni più piccole, può essere sensato dividere il sistema in un lato di babordo e uno di tribordo, che vengono poi collegati in parallelo o, idealmente, hanno regolatori di carica separati. In questo modo si può compensare l'ombra proiettata dal grande boma. Solbian utilizza talvolta 10-15 regolatori di carica collegati in rete per sistemi complessi, al fine di isolare i moduli in ombra.
