schaduweffecten
meten=weten
| |
|
||||||
|
schaduweffecten |
meten=weten |
index | |||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Fig.
1. Plat dak opstelling (4e verdieping) van 1028 Wp PV-systeem
met 2 typen zonnepanelen (95 resp. 108 Wp) op open frames, de
2e groep in 2 rijen (2 voor en 4 achter). Schaduwwerking in de
wintermaanden is gesimuleerd weergegeven. |
N.B.: ondanks de duidelijk waarneembare schaduweffecten, heb ik er voor gekozen het PV-systeem te laten staan in de huidige opstelling om een aantal redenen:
Actuele
monitoring
Met behulp van de OK4 data manager kan op het hoofdscherm
op de computer monitor de schaduwwerking fraai zichtbaar
gemaakt
worden doordat de prestaties
van alle individuele inverters, en tevens die van de
zelf geselecteerde (sub-)groepen middels kleurcodes zichtbaar
gemaakt kunnen worden.
De kleurcodes geven in stappen van 10 procent de prestatie
weer t.o.v. de
maximaal haalbare opbrengst en door het kleurverloop
gedurende
de dag zijn op deze wijze de prestaties per inverter
(en/of per subgroep inverters)
goed te volgen.
Schaduweffecten zichtbaar maken m.b.v. logging functie OK4 data manager
en Excel
De nauwkeurigste manier om de schaduweffecten zichtbaar te maken is het
PV-systeem m.b.v. de in de OK4 data manager versie .42 ingebouwde logging
functie continu op een wolkeloze dag te monitoren met een gekozen interval
van ongeveer 15 minuten (voldoende voor een duidelijke weergave van de
veranderingen in de belangrijkste systeemgegevens). De software schrijft
de (geselecteerde) gelogde data weg naar een tekstfile welke in Excel
is te importeren en verder bewerkt kan worden om grafieken te kunnen
maken.
Voor het zichtbaar maken van schaduweffecten zijn de belangrijkste systeemdata de cumulatieve energiemeterstand van de inverters (E in Wattuur, Wh), het momentane of actuele door de inverter afgegeven vermogen (Pac in Watt, W), en de inverter temperatuur (T in graad Celsius, ºC). Omdat de energiemeterstanden van inverters in de loop van de tijd sterk kunnen gaan uiteenlopen en de kWh tellers van nieuwe inverters op “0” starten worden voor het bepalen van vergelijkbare energiemeterstanden alle kWh tellers fictief op 0 gezet aan het begin van de dag en vervolgens de cumulerende dagopbrengsten berekend.
Per systeemvariabele worden achtereenvolgens de individuele inverter gegevens berekend, de gemiddelde data per subgroep en, tenslotte, de genormeerde (energie)data per subgroep (Wattuur per Wattpiek, Wh/Wp; resp. Watt per Wattpiek, W/Wp). In de hierna volgende figuren worden de genormeerde en/of gemiddelde data getoond voor de wolkeloze, kraakheldere late najaarsdag 9 december 2002. Wintertijd is Midden-Europese Tijd (MET = UT <“Universal Time”> + 1h).
Fig.
2. Genormeerde
energie productie (cumulerende dagopbrengst) per AC-module per
subgroep, 9 december 2002. |
De grafiek in figuur 2 is gemaakt door de opbrengsten voor de individuele AC-modules per subgroep te middelen, en deze vervolgens te normeren door het resultaat te delen door het Wattpiek vermogen van de betreffende panelen in de subgroep (95 of 108 Wp). Omdat in de 95 Wp groep 1 inverter defect was tijdens de meetperiode, is voor deze subgroep het gemiddelde van de 3 functionerende inverters bepaald. Op deze wijze zijn de opbrengstresultaten van alle zonnepanelen objectief met elkaar te vergelijken. Duidelijk is te zien dat er een groot verschil (plm. een factor 3½) in energieproductie optreedt tussen de onbeschaduwde en beschaduwde 108 Wp panelen door de schaduwwerking. Het hierdoor optredende energie productieverlies bedraagt voor ons PV-systeem maximaal ongeveer 0,8 kWh per dag (alleen op zonnige dagen in hartje winter). Aan de grafiek is ook goed te zien dat de achterste 108 Wp zonnepanelen pas laat een significante hoeveelheid energie gaan produceren omdat ze ’s ochtends al direct in de schaduw van de voorste panelen staan als de zon boven de horizon komt. Tenslotte is ook de iets hogere genormeerde dagproductie (plm. 0,2 Wh/Wp) van de onbeschaduwde 108 Wp AC-modules t.o.v. de 95 Wp exemplaren goed in de grafiek zichtbaar: de 108 Wp AC-modules zijn een stuk efficiënter dan de 95 Wp voorgangers met dezelfde OK4 inverters.
Fig.
3. Genormeerd
actueel (momentaan) vermogen per AC-module per subgroep, 9 december
2002. |
In figuur 3 is het genormeerde actuele (momentane) AC vermogen op 9 december 2002 per subgroep weergegeven met weer een duidelijk verschil tussen de onbeschaduwde en beschaduwde 108 Wp panelen. Uit de originele gegevens is af te leiden dat, ondanks de relatief laagstaande zon op deze dag, het gemiddelde actuele vermogen per inverter kan oplopen tot 55 W voor de voorste 108 Wp zonnepanelen, 43 W voor de 95 Wp panelen, en slechts 25 W voor de beschaduwde achterste 108 Wp panelen. Het maximaal gemeten uitgangsvermogen voor beide typen AC-modules is tot nu toe 92 Watt (voorjaar en zomer; niet getoonde resultaten). Terwijl het maximale genormeerde vermogen van de inverters op de onbeschaduwde panelen (95 en 108 Wp) zoals te verwachten rond het middaguur geproduceerd wordt (rond de 0,5 W/Wp om plm. 12h15 wintertijd), valt deze voor de achterste 108 Wp panelen ongeveer 3 kwartier later omdat deze panelen rond het middaguur nog deels beschaduwd zijn (zie ingetekende loodlijnen). In de grafiek is tenslotte om ongeveer 11h00 een tijdelijk “dip” te zien in de curve van de voorste 108 Wp AC-modules. Dit is waarschijnlijk te wijten aan een tijdelijke verminderde werking van 1 inverter aangezien er op deze wolkeloze dag geen condenssporen zijn gesignaleerd. Soortgelijke kortdurende “haperingen” treden vaker op bij de gebruikte OK4 inverters.
Fig.
4. Gemiddelde
inverter temperatuur per AC-module per subgroep, 9 december 2002. |
Figuur 4 toont tenslotte de gemiddelde inverter temperatuur per subgroep op 9 december 2002 waarin het verschil in beschaduwing van de 2 108 Wp subgroepen ook duidelijk naar voren komt. De inverter temperatuur is in eerste instantie een afspiegeling van het omzettingsrendement van de inverter: bij hoge lichtintensiteit is het AC vermogen hoog en bij beperkte koeling stijgt daardoor de inverter temperatuur. Vandaar dat de curves in figuur 4 die van het momentane vermogen (Fig. 3) “op de voet volgen”.
Uit de gegevens in figuur 4 en andere ervaringsgegevens kunnen de volgende gevolgtrekkingen gemaakt worden: (1) De (gemiddelde) inverter temperatuur klimt van een paar graden onder naar een paar graden boven het vriespunt op deze late najaarsdag met nachtvorst. De inverter temperatuur is afhankelijk van diverse factoren zoals de omgevingstemperatuur, de efficiëntie van de omzetting van gelijkstroom in wisselstroom door de inverter, en factoren als wind (met name bij open frames zoals in onderhavig systeem een afkoelend effect hebbend met positieve gevolgen voor het omzettingsrendement) en dakbedekking (zwart asfaltpapier heeft in de zomer een accumulerend effect op de omgevingstemperatuur met nadelige gevolgen voor het omzettingsrendement). (2) De eindtemperatuur ligt bijna altijd een paar graden hoger dan de begintemperatuur omdat, met name bij heldere nachten, de luchttemperatuur vlak voor zonsopgang het laagst is. (3) De temperaturen van de inverters op de onbeschaduwde 95 en 108 Wp zonnepanelen zijn vrijwel gelijk (alleen bij hoge omzettingsrendementen in voorjaar en zomer blijft de temperatuur van de 95 Wp inverters iets achter bij die op de 108 Wp panelen). (4) Evenals bij het momentane vermogen (Fig. 3) wordt de maximum inverter temperatuur bij de beschaduwde zonnepanelen op een iets later tijdstip bereikt dan bij de onbeschaduwde panelen (ingetekende loodlijnen).
Conclusie
De
in deze bijdrage gepresenteerde grafieken geven een duidelijk en ondubbelzinnig
beeld
van de effecten van schaduwwerking op de energieproductie,
vermogensoutput en inverter temperatuur binnen een particulier zonnestroomsysteem,
mogelijk gemaakt door dagelijkse monitoring van individuele AC-modules.
In een tweede bijdrage, “Effecten op systeemopbrengsten
in de loop van de tijd”, zullen de cumulatieve effecten op
de langere termijn bekeken en gekwantificeerd worden.
2. Effecten op systeemopbrengsten in de loop van de tijd
In de vorige bijdrage (Schaduweffecten zichtbaar maken in dagcurves) zijn voor een late najaarsdag de schaduweffecten op de belangrijkste systeemvariabelen van een particulier 1028 Wp (5) PV-systeem met 10 AC modules met OK4 inverters gekwantificeerd. In deze tweede bijdrage worden de effecten op de totale kWh meterstanden en systeem dagopbrengsten in de loop van de tijd stapsgewijs geanalyseerd en de lange termijneffecten van de beschaduwing becijferd. Voor een grafische weergave van de opstelling van de zonnepanelen, zie Fig. 1 in het hierboven weergegeven artikel.
Meterstanden
Voor een goed beeld van de cumulatieve effecten van de beschaduwing worden
eerst de dagelijkse kWh meterstanden van de vlak voor de winter 2001/2002
op de 108 Wp zonnepanelen geïnstalleerde OK4E-100 inverters bekeken
(Fig. 5).
Fig.
5. Individuele kWh meterstanden van inverters op 108 Wp zonnepanelen
in de periode 2001/2002 (21 oktober tot 21 maart) waarin schaduweffecten
zijn waargenomen. |
Duidelijk is te zien dat de meterstanden van de inverters op de voorste 2 onbeschaduwde zonnepanelen (39150 resp. 55595) respectievelijk de achterste 4 beschaduwde exemplaren (overige inverter ID nummers) vanaf eind november sterk uiteen gaan lopen. Bij de beschaduwde zonnepanelen zijn zelfs 2 deelgroepen te onderscheiden met elk 2 AC-modules die per dag iets korter/langer beschaduwd worden. Het verschil tussen de individuele inverters loopt aan het eind van de gemeten winterperiode (5 maanden) met schaduwwerking op tot maximaal 4 kWh. N.B.: het is normaal dat individuele inverter meterstanden iets van elkaar kunnen gaan afwijken in de loop van de tijd, ook bij identiek opgestelde zonnepanelen omdat zowel de zonnepanelen als de inverters nooit exact hetzelfde resultaat geven bij gelijke lichtcondities; de verschillen zullen echter klein zijn. De opvallende verschillen in Fig. 5 zijn louter door schaduwwerking ontstaan omdat de 108 Wp zonnepanelen net voor de winterperiode geïnstalleerd waren (12 oktober 2001; alle kWh tellers op 0 startend). In Fig. 5 zijn de data van de inverters op de 95 Wp zonnepanelen niet getoond omdat deze anderhalf jaar eerder geplaatst zijn en dus reeds veel hogere kWh meterstanden hebben.
Dagopbrengsten
Vanwege het uiteenlopen van de kWh meterstanden in de loop van de tijd
is het voor een vergelijking van de prestaties van zowel individuele
inverters als van totale opbrengsten van groepen inverters gedurende
een langere periode beter om te kijken naar de dagopbrengsten per inverter
of per groep. Dit doen we door per inverter het verschil tussen de
opeenvolgende ochtend meterstanden per dag te bepalen. Uit deze individuele
dagopbrengsten worden in eerste instantie de totale opbrengsten per
groep zonnepanelen (95 resp. 108 Wp) bepaald die in Fig.
6 worden getoond.
De ochtend meterstanden worden bepaald zodra alle inverters in het
PV-systeem zijn opgestart en het AC-vermogen per inverter niet groter
is dan 1 Watt.
Fig.
6. Gerealiseerde
totale dagopbrengsten van beide groepen AC modules (4x 95 Wp, lichtblauw,
resp. 6x 108 Wp, paars) bepaald uit de dagelijkse ochtend meterstanden
tijdens het opstarten van de inverters. Van 27 tm 29 oktober konden
de meterstanden niet bepaald worden i.v.m. afwezigheid. |
In Fig. 6 is in het linker- en rechtergedeelte van de grafiek te zien dat de opbrengsten van de 108 Wp groep (paarse lijn) zoals te verwachten beduidend hoger zijn dan die van de 95 Wp groep (lichtblauwe lijn) doordat eerstgenoemde groep 2 panelen meer bevat en efficiëntere zonnepaneel/inverter combinaties heeft. Echter, in hartje winter (midden van de grafiek) lijken de dagopbrengsten in te zakken tot ongeveer het niveau van die van de 95 Wp groep, ook op zonnige dagen (“pieken”).
Genormeerde dagopbrengsten
Zoals reeds in de eerste bijdrage beschreven is het beter om energieopbrengsten
van verschillende groepen AC-modules met elkaar te vergelijken door
de resultaten te normeren, d.w.z., te delen door het per groep aanwezige
Wattpiek vermogen. Als we dit toepassen op de gegevens getoond in Fig. 6 krijgen we het
resultaat zoals weergegeven in Fig. 7, uitgedrukt in Wh per Wp.
Fig.
7. Genormeerde
dagopbrengst per groep inverters op 95 (lichtblauw) resp. 108 Wp
modules (paars), in Wattuur per Wattpiek. ROLLOVER image: als u de muiswijzer over het plaatje beweegt, ziet u Fig. 6 verschijnen (cumulatieve dagopbrengsten); beweeg de muiswijzer van het plaatje vandaan en Fig. 7 wordt getoond (genormeerde dagopbrengsten). Let op het verschil in het curveverloop en de getallen op de Y-as! |
Door de normering komen de productieverschillen tussen de 2 groepen inverters midden in de winter zeer duidelijk naar voren (Fig. 7): de normopbrengsten van de 108 Wp groep (paarse lijn) blijven dan op zonnige dagen (pieken) ver achter bij die voor de 95 Wp groep (lichtblauwe lijn), terwijl op dagen zonder schaduwwerking (links en rechts in Fig. 7) de 95 Wp groep altijd (iets) achter blijft op de 108 Wp groep doordat eerstgenoemde minder efficiënte zonnepaneel/inverter combinaties bevat en de instraling op beide groepen AC-modules identiek is.
Voor het meer in detail analyseren van het effect van de schaduwwerking hebben we de resultaten van de subgroepen nodig, dus een onderscheid tussen de onbeschaduwde resp. beschaduwde 108 Wp AC modules. De genormeerde opbrengsten van deze 2 deelgroepen worden weergegeven in Fig. 8.
Fig.
8. Genormeerde
dagopbrengst van de 2 subgroepen bij de 108 Wp AC modules: onbeschaduwde
zonnepanelen in voorste rij (lichtrood), resp. beschaduwde zonnepanelen
in achterste rij (oranje). |
Het verschil in genormeerde dagopbrengsten tussen de (4) beschaduwde en de (2) onbeschaduwde AC modules in de 108 Wp groep (oranje resp. lichtrode lijnen in Fig. 8) kan op sommige zonnige dagen tot een factor 3 oplopen (pieken in de curves). Omdat bij somber weer met een continu bedekte hemel alleen strooilicht wordt omgezet in zonnestroom en er geen schaduwwerking van de zon is, vallen de “dalen” in beide curves echter vrijwel altijd over elkaar heen. Schaduweffecten zijn tot eind oktober en vanaf begin maart vrijwel te verwaarlozen of non-existent: ook de pieken in de 2 curves liggen dan vrijwel op dezelfde hoogte.
Trendlijnen
Door het “onrustige” karakter van de hiervoor getoonde dagopbrengst
curves (“zaagtand-effect” door sterk wisselende hoeveelheid
zonneschijn in de loop van de tijd) kunnen trends lastig gereconstrueerd
worden. Voor een “rustiger” beeld van de verschillen tussen
de 3 subgroepen kunnen we daarom beter gebruik maken van de in Excel
aanwezige mogelijkheid trendlijnen te berekenen, zoals getoond in Fig.
9.
Fig. 9. Door Excel berekende trendlijnen met het zwevend gemiddelde (periode
van 14 dagen) van de genormeerde dagopbrengsten van de 3 onderscheiden subgroepen:
95 Wp modules (4) in voorste rij (lichtblauw), 108 Wp modules (2) in voorste
rij (lichtrood), resp. 108 Wp modules (4) in achterste rij (oranje). |
In Fig. 9 zijn de door Excel berekende trendlijnen getoond met het zwevend gemiddelde van de genormeerde dagopbrengsten van de 3 subgroepen, waarbij gekozen is voor een relatief korte periode van 14 dagen om de karakteristieke variatie in dagopbrengst niet te veel uit te middelen. Voor de duidelijkheid zijn de curves met de originele resultaten onzichtbaar gemaakt zodat de 3 ervan afgeleide trendlijnen goed met elkaar vergeleken kunnen worden. Heel goed is te zien dat midden in de winter de trendmatige opbrengsten voor de achterste, beschaduwde 108 Wp subgroep (oranje) sterk achterblijven bij de onbeschaduwde 95 Wp (lichtblauw) en 108 Wp subgroepen (lichtrood), en dat de onbeschaduwde 108 Wp zonnepanelen altijd iets beter presteren dan de onbeschaduwde 95 Wp zonnepanelen die er naast staan. Echter, zodra schaduweffecten geen rol van betekenis meer spelen, lopen de trendlijnen voor de achterste en voorste 108 Wp zonnepanelen weer vrijwel gelijk op en “duikt” de trendlijn voor de 95 Wp subgroep onder beide 108 Wp curves, zoals vooral rechts in Fig. 9 goed is te zien. N.B.: omdat in Fig. 9 trendlijnen zijn afgebeeld, worden gecumuleerde resultaten (zwevend gemiddelde) naar rechts verschoven: een bepaald punt op een curve geeft feitelijk het gemiddelde resultaat van de afgelopen 2 weken aan.
De op bovenstaande wijze verkregen resultaten zijn in de loop van de tijd verder te vervolgen, waardoor het optreden van schaduweffecten bij ons PV-systeem op eenvoudige wijze zichtbaar gemaakt kan worden zoals in Fig. 10.
Fig.
10. Trendlijnen voor het zwevend gemiddelde van
de genormeerde opbrengsten van
de 3 in Fig. 9 weergegeven subgroepen in de loop van de tijd
(tijdvak: 12-10-01 tm 21-7-04), met een periode van 60 dagen.
De curves zijn
gecorrigeerd voor enkele in de loop van de tijd optredende inverter
defecten: alleen de resultaten van correct werkende omvormers
zijn meegenomen. |
In Fig. 10 wordt de langjarige trendmatige ontwikkeling van het zwevend gemiddelde van de normopbrengsten van de 3 subgroepen getoond; er is dan ook voor een langere periode van 60 dagen voor het bepalen van het zwevend gemiddelde gekozen. Terwijl vooral in de zomerperiodes duidelijk te zien is dat de 95 Wp groep achterblijft bij de 108 Wp groep (zowel modules voor als achter; het grotere rendement van de 108 Wp panelen manifesteert zich vooral in perioden met hoge dagopbrengsten), duikt de trendlijn voor de achterste rij 108 Wp zonnepanelen uitsluitend in de winterperiodes onder die voor de overige panelen door de uitsluitend in deze periode optredende schaduweffecten op deze AC-modules (groene pijlen).
Kwantificeren van schaduweffecten
Met bovenstaande benadering is weliswaar kwalitatief in de loop van de
tijd het optreden van schaduweffecten goed zichtbaar te maken, maar
is nog niet bekend hoeveel productieverlies het PV-systeem daardoor
ondervindt. Om dit te bepalen moeten we eerst de hypothetische verliezen
per dag bepalen op grond van de berekende gemiddelde dagopbrengsten
per inverter per subgroep, zoals in Fig. 11.
Fig.
11. Totale
(hypothetische) dagopbrengst verliezen van de 4 beschaduwde 108
Wp AC modules. |
Dagelijks productieverlies
Uit de gemiddelde dagopbrengsten van de 2 onbeschaduwde resp. van de
4 beschaduwde 108 Wp AC-modules kan op eenvoudige wijze het hypothetische
gemiddelde productieverlies per beschaduwd zonnepaneel berekend worden
door de 2e van de 1e waarde af te trekken. Het totale hypothetische
productieverlies per dag is de uitkomst van deze waarde maal het aantal
beschaduwde AC modules (4), zoals in Fig. 11 getoond voor de meetperiode
sinds de winter van 2000/2001. Duidelijk is te zien dat het totale
verlies per dag niet boven de 0,8 kWh voor het gehele PV-systeem van
1028 Wp uitkomt (alleen op zonnige dagen), wat veroorzaakt wordt door
de toch al lage opbrengsten in de winterperiode (voor ons systeem maximaal
ongeveer 3 kWh op zonnige dagen omstreeks half maart terwijl op zomerse
dagen ruim 6 kWh gehaald kan worden). Ook is goed te zien dat slechts
op relatief weinig dagen de wat grotere verliezen optreden, en wel
uitsluitend op zonnige dagen midden in de winterperiode.
Nu de dagelijkse (hypothetische) verliezen bekend zijn is door deze per dag in de loop van de tijd op te tellen op eenvoudige wijze het totale accumulerende (hypothetische) systeemverlies te berekenen zoals getoond in Fig. 12.
Fig.
12. Totaal (hypothetisch) cumulatief productieverlies als gevolg van schaduweffecten
sinds winterperiode 2001/2002. |
Cumulatief productieverlies
Fig. 12 toont het cumulatieve productieverlies van ons PV-systeem veroorzaakt
door schaduweffecten. In 2001/2002 was het totaal berekende verlies
in de periode van 21 oktober tot 21 maart 12,348 kWh, in 2002/2003
8,641 kWh, en in 2003/2004 nog maar 7,770 kWh, hetgeen correspondeert
met het aantal zonnige dagen in de betreffende periodes (relatief veel
in 2001/2002, weinig in 2003/2004). In Tabel 1 zijn de relatieve (hypothetische)
verliezen voor deze 3 winterperiodes voor de 108 Wp groep als geheel
en voor het complete PV-systeem weergegeven.
Tab.
1. Verlies aan energieopbrengsten per geanalyseerde winterperiode (21 okt – 21 mrt), gerelateerd aan de totaalopbrengsten van de gehele 108 Wp groep en aan die van het volledige PV-systeem voor deze periode. |
 |
Tabel 1 geeft de verliezen voor de bekeken (winter-)periodes weer die telkens in 2 aaneengesloten jaren vallen. De verliespercentages lijken aan de hoge kant (1e grijze kolom), ook als we deze relateren aan de totaalopbrengsten van het hele PV-systeem in de geanalyseerde winterperiode (laatste grijze kolom). Het is echter belangrijker om naar het verlies op jaarbasis te kijken. Hiervoor normeren we de totale jaaropbrengst per (sub-) groep (1 jan – 31 dec) door de gemiddelde jaarlijkse opbrengst per inverter in elke groep te delen door het nominale vermogen van de AC-modules in die groep; deze normopbrengst wordt uitgedrukt in kWh/Wp. Omdat instralingsgegevens voor onze (zonrijke) lokatie niet beschikbaar zijn kunnen de jaarcijfers onderling niet zonder meer met elkaar vergeleken worden; wel kunnen verschillen tussen (sub-)groepen binnen 1 jaar worden vastgesteld omdat ze identiek zijn opgesteld t.o.v. de zon. Voor de berekeningen in tabellen 2 en 3 is uitsluitend gebruik gemaakt van de resultaten van inverters die het hele jaar door normaal gefunctioneerd hebben. De verschillen in jaaropbrengst tussen individuele inverters binnen 1 subgroep zijn gering (maximaal 2 % afwijking van het gemiddelde).
| Tab. 2. Gemiddelde jaarproductie, genormeerde jaarproductie en standaard-deviatie (s.d.) per OK4 inverter op 2 groepen AC-modules. De gemiddelde jaarproductie voor 2001 was voor de 108 Wp modules niet te bepalen omdat ze pas in oktober van dat jaar werden geïnstalleerd. |  |
In Tabel 2 worden de resultaten voor de 2 hoofgroepen (95 resp. 108 Wp AC modules) gegeven waaruit duidelijk blijkt dat de eerste groep een genormeerde jaaropbrengst heeft die ongeveer 10% onder die voor de 108 Wp modules ligt, zelfs al treden er in de laatste groep schaduweffecten op in de winter (Tabel 3). Dit komt door de veel hogere efficiëntie van de combinatie 108 Wp zonnepaneel/OK4 inverter, en omdat de schaduweffecten op jaarbasis slechts marginaal blijken te zijn zoals weergegeven in Tabel 3.
Tab. 3. Gemiddelde jaarproductie, genormeerde jaarproductie, standaarddeviatie (s.d.) en afwijking van de genormeerde jaarproductie t.o.v. het groepsgemiddelde van alle 108 Wp modules (Tabel 2) per OK4 inverter op de onbeschaduwde (voor) resp. beschaduwde (achter) 108 Wp modules in 2002 en 2003. |
 |
Tabel 3 geeft tenslotte de prestaties van de onbeschaduwde en de beschaduwde subgroepen van de 108 Wp AC modules weer waaruit blijkt dat er weliswaar op jaarbasis een duidelijke afwijking in de genormeerde productie optreedt, maar dat deze verschillen t.o.v. het groepsgemiddelde niet groter worden dan 1 tot 2 procent. De beschaduwing in de winterperiode heeft dus geen dramatisch negatieve gevolgen voor de jaarproductie van deze AC-modules. De belangrijkste oorzaak hiervan is het feit dat in het voorjaar/zomer het grootste deel van de jaarproductie wordt behaald en dat de gesignaleerde schaduweffecten in de jaaropbrengst een ondergeschikte rol spelen.
Conclusies
In deze en de vorige bijdrage is een poging gedaan zichtbaar te maken
wat de kwalitatieve en kwantitatieve effecten van beschaduwing op de
productie van een particulier PV-systeem zijn door analyse van dagcurves
en systematische dagelijkse metingen van inverter meterstanden. Het
blijkt mogelijk om de schaduweffecten zeer nauwkeurig in beeld te brengen
en het effect op de normopbrengst van de beschaduwde modules te berekenen.
In principe is het ook mogelijk om op grond van systematische metingen
van de week- en/of maandopbrengsten per inverter soortgelijke grafieken
en berekeningen te maken. Hierbij dient wel aangetekend te worden dat
daarbij veel details verloren zullen gaan en de schaduweffecten slechts
globaal in kaart gebracht zullen kunnen worden.
Duidelijk is in ieder geval dat de effecten op ons PV-systeem marginaal zijn (in de orde van grootte van 1-2 procent op de genormeerde jaaropbrengst), hetgeen met de optimale oriëntatie (pal zuid), obstakelloze opstelling (plat dak op 4e verdieping appartementcomplex), en de lokatie van het PV-systeem (op 7 kilometer afstand van de zonrijke Zuid-Hollandse kust) te maken heeft. Het mag duidelijk zijn dat PV-systemen met partiële beschaduwing in lente of zomer met veel grotere verliezen te maken zullen krijgen en dat het daarom van het grootste belang is een opstelling te kiezen die in die periodes zo veel mogelijk gevrijwaard zal zijn van enige vorm van schaduw. Let daarbij vooral ook op beruchte obstakels aan de zonzijde van het PV-systeem als vlaggemasten, ventilatiekokers e.d., zeker bij gebruik van stringinverters. Ik zie met belangstelling meetresultaten van schaduweffecten bij soortgelijke systemen tegemoet.
Voetnoten
1 In
de oorspronkelijke situatie waren bij alle Sunpower® systemen de
omvormers onder op het zonnepaneel bevestigd; door de aanhoudende problemen
met deze plaatsing zijn bij Polder PV eind mei 2005 alle OK4E-100 omvormers
naar binnen in huis verplaatst.
2 Ten
tijde van schrijven van deze publicaties was het datasheet van deze
zonnepanelen nog niet beschikbaar, waarin 93 Wp blijkt te staan (terwijl
stickers op de zonnepanelen 95 Wp vermelden). Omdat het niet erg
veel uitmaakt, heb ik (voor de genormeerde resultaten gebruikte)
95 Wp gehandhaafd.
3 Later
is nog een kleine upgrade (versie .43) verschenen waarin een kleine bug
in het communicatieprotocol verholpen werd.
4 Later
bijgesteld tot: 70% zelfvoorzienend op jaarbasis
5 Later
bijgesteld tot: 1.020 Wp i.v.m. late ontvangst datasheet oudste zonnepanelen
(93 Wp) van Shell Solar
Conclusions/Abstract
In this study, consisting of two parts, an attempt is done to
visualize the qualitative and quantitative effects of partial and temporal
shading (winter period only) on the energy production of a private photovoltaic
(PV) system consisting of two types of AC-modules with Shell solar panels
and
OK4E-100
inverters, by measuring on a daily
basis all individual
inverter
kWh readings of the 10 AC-modules in the system and by analyzing the processed
data.
This study shows that it is possible to clarify the shading effects in great detail and to calculate the effects on the normalized yields (Wh/Wp) of the shaded PV modules. In principle such an endeavour is also possible by using weekly and/or monthly production results of subgroups in the PV-array. However, one should take into account that a lot of detail will be lost and that the shading effects will be demonstrated only superficially.
It is apparent from this study that the shading effects on our PV-system are marginal, with app. 1-2% loss of the normalized yearly yield (shading of 4 out of 10 solar modules of two different types). This is related to the fact that the system is ideally oriented (a few degrees E. of South), has no obstacles in front of the modules (flat roof on top of the 4th floor of appartment complex), and located app. 7 km. removed from the sun-rich coast of South Holland, with most sunshine and production in the summer period when there is no shading on our PV-array.
It is also clear from this kind of study that PV-systems with (partial) shading in spring or summer will encounter much bigger production losses, and that it remains essential to opt for an installation that will be totally free of any form of shading in the "high" season. One should particularly be aware of line-shading structures such as flag poles, ventilation shafts, etc., especially if one opts for a PV-system using string-inverters.
I would gladly see any reporting on shading effects on such systems, please send to Polder PV.
The images and tables in this study show the following data:
© Peter J. Segaar/Polder PV, revisies 10 november 2004, 29 november 2006 (figuurnummering, aangepast formaat grafieken, Engels abstract).
Op Polder PV zijn nog meer berichten, grafieken e.d. te vinden die te maken hebben met schaduweffecten op zijn PV-systeem:
Hoe Jeroen van Agt
van de briljante, en cijfermatig uitmuntend onderbouwde website OliNo
"worstelt" met de schaduw van enkele irritante pijpjes
en van de rijen op zijn vol zonnepanelen geplempte platte dak. Moet je
maar niet zoveel paneeltjes kopen, beste Jeroen... 
:
http://www.olino.org/articles/2006/12/10/zonnepanelen-in-de-schaduw
Lijnvormige beschaduwing op (dure) Duitse paneeltjes doet het momentane vermogen omlaag donderen (met foto):
http://www.photovoltaikforum.com/viewtopic.php?t=887
En de discussie gaat "Deutsch Grundlich weiter", met sperdiode schema en dergelijke... (N.B.: "verschattung" is "beschaduwing"):
http://www.photovoltaikforum.com/viewtopic.php?t=1256&postdays=0&postorder=asc&start=0
Ai, ai, ai. Wel of geen zonnepanelen op deze (partieel) beschaduwde cq. "lastige" daken?
http://www.photovoltaikforum.com/ftopic4544.html
Dreigende beschaduwing op te plannen PV-systeem door een dakuitbouw - true or false?
http://www.photovoltaikforum.com/ftopic4433.html
Praktijkvoorbeeld van Schmonk: forse effecten van beschaduwing door o.a. een torentje op zijn fraai gemonitorde systeem. Zie bijna onderaan grafiek:
http://www.photovoltaikforum.com/ftopic4283.html
Beschaduwingsexperiment afdekking een cel op high-power back-contact monokristallijn Sunpower 225 Wp module door Energiastic op Duurzame Energie forum van Gathering Tweakers: zeer snelle opwarming celgebied! Experiment uitgevoerd op 30 januari 2010, tijdens fel zonnig intermezzo in sneeuwrijke periode (plm. 0 graden Celsius buitentemperatuur):
http://gathering.tweakers.net/forum/list_message/33378408#33378408
|
