Hoe schaduw de werking van zonnepanelen beïnvloedt: Stroom versus spanning

Waarom de stroom eerst afneemt

De stroom in een zonnecel verloopt bijna lineair met de lichtintensiteit: hoe meer fotonen het contactpunt van de cel raken, des meer elektronen stromen erdoor. Als een deel van het zonnepaneel wordt bedekt, stoppen deze cellen met het leveren van stroom. Echter, in een serie van zonnecellen moet de stroom door alle cellen gaan. De onbedekte cellen kunnen de stroom niet omleiden via de bedekte cellen, waardoor de totale stroom in de serie afneemt tot het niveau dat de zwakste cel nog kan verwerken.

De spanning vertoont andere eigenschappen. Een enkele siliciumcel produceert een open-circuit-spanning van ongeveer 0,5–0,6 volt, en de totale spanning van het paneel is de som van de spanningen van alle cellen. Als enkele cellen worden verdonkerd, heeft dit nauwelijks invloed op de totale spanning. Als er geen belasting is aangesloten, blijft de open-circuit-spanning vrijwel hetzelfde; tijdens het opladen kan de werkspanning echter met ongeveer 10% of minder afnemen. Voor het opladen is spanning nodig als drijvende kracht; de oplader ziet dus nog steeds voldoende spanning om stroom te leveren – alleen is de hoeveelheid stroom die wordt geleverd veel minder.

Bypass-dioden: de ingebouwde bescherming tegen schade

Panelen zijn niet hulpeloos tegen gedeelde schaduwing. De meeste panelen zijn uitgerust met bypass-dioden die de stroom een alternatieve route bieden om de cellen die in de schaduw staan heen te leiden. Als een gedeelte van het paneel in de schaduw komt te staan en de spanning daardoor daalt, zal de bijhorende bypass-diode openen, zodat de overige cellen nog steeds stroom kunnen leveren bij een hogere spanning, maar met een lagere stroom. Hierdoor wordt alleen de bijdrage van de verdonkerte cellen gemist, niet die van het hele paneel.

Er zijn twee belangrijke consequenties van deze bescherming die je moet weten:

• De schade is proportional, niet catastrofaal, wanneer de dioden hun werk goed doen. Een gebied dat met 20% in de schaduw komt, kost ongeveer even veel energie als de uitstoot van dat gebied plus de energieverlies van de diode; de hele zonnepanelenreeks wordt hierdoor niet onbruikbaar.
• Een defecte diode kan ervoor zorgen dat het probleem zich opnieuw verspreidt over de hele reeks zonnepanelen, waardoor de cellen in de schaduw warmte gaan afgeven – dit fenomeen wordt beschreven op onze pagina over het voorkomen van warmtepunten. Als een zonnepanel in een hoek na het groeien van een boom te heet wordt, vermoed dan eerst een defecte diode dan dat de cellen zelf het probleem zijn.

MPPT-controleers herstellen een deel van de schade

Een MPPT-controleer (Maximum Power Point Tracking) past zijn omvormingsverhouding voortdurend aan op de beste beschikbare werkingssituatie van het panel. De controleer kan de energie die de cellen in de schaduw niet hebben geproduceerd niet vervangen, maar hij voorkomt wel dat de overgebleven energie wordt verbruikt. Bij een PWM-controleer zal het paneel dat veel in de schaduw komt verder van zijn optimale werkingssituatie af komen; hierdoor wordt de verschillende tussen de energie die het paneel produceert en de energie die de accu opneemt groter.

Wat dit doet met de werking van een straatlamp in de nacht

De schade die optreedt door de schaduw van bomen heeft minder ernstige gevolgen voor de werking van een straatlamp. De MPPT-controleer zorgt ervoor dat de accu nog steeds voldoende energie krijgt, waardoor de lichtbron ’s nachts nog steeds werkt.

Een fout is altijd eerst financieel merkbaar, voordat deze fysiek zichtbaar wordt. Een lagere dagelijkse opbrengst betekent dat de accu elke avond met minder opgeslagen energie wordt opgeladen. Het eerste teken van een probleem is dat de lamp niet meer zo lang op volle sterkte schijnt; daarna dimt de lamp al vroeger dan het programma zou voorschrijven, en in het ergste geval stopt de lamp helemaal met werken voordat het dag wordt. Vanaf de grond is het echter niet te zien of er een fout in het zonnepaneel zit. Daarom horen we het meestal dat de lamp om 3 uur ’s nachts uitgaat, en niet dat het zonnepaneel wordt bedekt door schaduw.

Langdurige, gedeelde schaduwing veroorzaakt ook andere problemen: de door schaduw bedekte cellen geven warmte af, waardoor de isolatie en de solderingen verouderen. Dit leidt tot een vermindering van de levensduur van het zonnepaneel met 30–50%. Dit gebeurt echter op een andere manier dan wanneer er permanente warmteplekken zijn.

Kontrol van het zonnepaneel: vijf minuten, zonder gereedschap

1. Kijk om 9.00 uur, middag en 15.00 uur naar de panelen. De schaduw kan veranderen; een tak die in juni nog geen probleem oplevert, kan in september al een obstakel vormen voor de zonlichtopname.
2. Let op de ‘opvallende dieven’…’ Denk aan nieuwe bomen, vlaggenpalen, borden of satellietantennes die zijn geplaatst nadat het systeem is in gebruik genomen.
3. Controleer of de panelen vuil zijn. Stof en druppels kunnen worden weggeveegd; onze instructies voor het schoonmaken vind je op de speciale pagina.
4. Lees de dagelijkse rapporten van de controller, als deze beschikbaar zijn. Een piek in de laadstroom in de vroege ochtenduren en daarna een stabiele waard wijzen op schaduwproblemen; een constante nulwaarde van de stroom sinds zonsopkomst kan een verbindingsschade aangeven.
5. Knip of verplaats de obstakels voordat je de panelen vervangt of uitbreidt. Het toevoegen van meer panelen om de schaduwproblemen te verhelpen kost meer dan het verwijderen van de obstakels; bovendien blijft het systeem dat de schaduw reguleert nog steeds actief.

Wat deze pagina niet behandelt:

(De tekst geeft geen duidelijk antwoord op deze vraag; er wordt alleen aangegeven wat er wel wordt behandeld.)

Op deze pagina wordt de fysie van schaduwwerking uitgelegd voor DC-gekoppelde panelen in off-grid-verlichtingssystemen. Hier wordt geen aandacht besteed aan panelen die zijn verbonden aan het elektriciteitsnetwerk en zijn uitgerust met micro-inverters of power-optimizers, aangezien deze schaduw op andere manieren verwerken. Als er op uw locatie echte schaduw is die niet kan worden vermeden, kunt u de benodigde cijfers invoeren in onze controller-sizing-calculator. De calculator houdt rekening met de verminderde energieopname door de schaduw en berekent zo de juiste grootte van de batterij, gebaseerd op de werkelijke omstandigheden in plaats van een optimistische veronderstelling van helder weer.