Yksikin varjoon jäänyt kenno perinteisessä aurinkopaneelissa voi pudottaa koko paneeliketjun tuotannon murto-osaan. Tämä ei ole myyntipuhe tai liioittelua, vaan sähkötekniikan perusfysiikkaa. Varjostus on yksi yleisimmistä ja samalla usein aliarvioiduista aurinkopaneelijärjestelmän tuottoon vaikuttavista tekijöistä, mutta nykytekniikalla se on lähes aina ratkaistavissa oleva haaste, ei este.
Ongelma piilee tavassa, jolla perinteiset aurinkopaneelit on kytketty sarjaan. Kun paneelit ovat sarjassa, sähkövirta kulkee jokaisen paneelin läpi vuorollaan, aivan kuten vesi puutarhaletkussa. Jos astut letkun päälle yhdestä kohtaa, koko veden virtaus heikkenee. Vastaavasti, jos yksi paneeli joutuu varjoon ja sen tuottama virta romahtaa, se kuristaa kaikkien muidenkin samassa sarjassa olevien paneelien virran samalle alhaiselle tasolle. Koko ketju on yhtä heikko kuin sen heikoin lenkki.
Miten varjo teknisesti romahduttaa tuotannon?
Jokainen aurinkopaneeli koostuu tyypillisesti 54–80 aurinkokennosta, jotka on kytketty sarjaan. Nämä paneelit kytketään edelleen sarjaan muodostaen paneeliketjun eli -stringin, joka johdetaan invertterille. Kun osa yhden paneelin kennoista jää varjoon, niiden sähköntuotto lakkaa ja ne muuttuvat virtaa vastustaviksi komponenteiksi. Tämä ei ainoastaan vähennä tuottoa, vaan voi myös aiheuttaa paikallista ylikuumenemista, niin sanotun hotspot-ilmiön, joka voi vaurioittaa paneelia ja heikentää sen käyttöikää.
Tämän estämiseksi paneeleihin on sisäänrakennettu ohitusdiodeja (bypass diodes). Diodi on kuin sähköinen venttiili. Kun se havaitsee, että osa paneelin kennoista on varjossa ja alkaa vastustaa virtaa, se aktivoituu ja ohjaa koko ketjun sähkövirran tämän ongelma-alueen ohi. Tämä suojaa paneelia vaurioilta, mutta samalla se kytkee pois pelistä koko sen osion paneelista, jossa varjostunut kenno sijaitsee. Tyypillisessä paneelissa on yleensä kolme ohitusdiodia, mutta määrä voi vaihdella paneelin rakenteen mukaan, joten pienikin varjo voi pudottaa paneelin tehosta kolmanneksen tai kaksi kolmannesta, mikä taas vaikuttaa koko ketjuun.
Kaikki varjot eivät ole samanarvoisia
Varjostuksen todellinen vaikutus riippuu sen tyypistä, kestosta ja laajuudesta. On tärkeää erottaa toisistaan erilaiset varjot, kun arvioidaan niiden merkitystä järjestelmän suunnittelussa.
-
Kovat varjot: Näitä aiheuttavat kiinteät esteet, kuten savupiiput, ilmanvaihtoputket, viereiset rakennukset tai katon rakenteet. Kovan varjon reuna on terävä, ja se pimentää kennon lähes kokonaan. Nämä ovat tuoton kannalta kaikkein haitallisimpia, ja niiden sijainti on ennustettavissa tarkasti eri vuorokauden- ja vuodenaikoina.
-
Pehmeät varjot: Näitä aiheuttavat kaukaisemmat kohteet, kuten puiden lehvästöt tai pilvet. Varjo ei ole täysin pimentävä, ja valoa pääsee kennoille edelleen jonkin verran. Vaikutus tuottoon on pienempi kuin kovilla varjoilla, mutta jatkuva puiden aiheuttama liikehdintä ja osittainen varjostus voi silti olla merkittävä haitta.
-
Liikkuvat varjot: Auringon liike taivaalla siirtää varjoja jatkuvasti. Aamulla naapurin talo voi varjostaa katon itäreunaa, kun taas iltapäivällä omat puut varjostavat länsilapetta. Suunnittelussa onkin tärkeää huomioida, milloin varjostusta esiintyy. Lyhyt varjo aikaisin aamulla tai myöhään illalla ei ole läheskään yhtä haitallinen kuin varjo, joka lankeaa paneelien päälle keskipäivällä, kun aurinkopaneelien tuotto on suurimmillaan.
Nykyaikaiset ratkaisut varjostusongelmiin
Onneksi perinteinen sarjaankytkentä ei ole enää ainoa vaihtoehto. Teknologia on kehittynyt valtavasti, ja nykyään on olemassa useita tehokkaita tapoja hallita ja minimoida varjostuksen haittoja.
1. Mikroinvertterit
Mikroinvertterijärjestelmässä jokaisella aurinkopaneelilla on oma pieni invertterinsä. Tämä tarkoittaa, että jokainen paneeli toimii täysin itsenäisenä yksikkönä. Jos yksi paneeli joutuu varjoon, vain sen oman paneelin tuotto laskee. Muut paneelit jatkavat tuottamista täydellä teholla täysin riippumatta varjostuneesta naapuristaan. Tämä on teknisesti tehokkain ratkaisu kohteisiin, joissa on monimutkaista ja liikkuvaa varjostusta useista eri lähteistä.
2. Teho-optimointilaitteet (optimoijat)
Teho-optimoijat ovat kompromissi perinteisen järjestelmän ja mikroinvertterien välillä. Jokaiseen paneeliin asennetaan pieni laite, optimoija, joka säätää paneelin jännitettä ja virtaa itsenäisesti. Kaikki optimoijat on kuitenkin kytketty yhteen yhteiseen keskusinvertteriin. Jos yksi paneeli varjostuu, sen optimoija säätää sähköiset arvot niin, ettei se rajoita muiden paneelien toimintaa. Vaikutus on lähes sama kuin mikroinverttereillä, mutta arkkitehtuuri on erilainen. Tämä on usein kustannustehokas ratkaisu, kun varjostus koskee vain osaa paneeleista.
3. Puolikenno- ja Shingled-paneeliteknologiat
Viime vuosina paneeliteknologia itsessään on kehittynyt vastaamaan varjostuksen haasteisiin. Yksi yleistyneistä ratkaisuista on puolikennoteknologia (half-cut). Siinä perinteinen paneeli on ikään kuin leikattu kahtia. Paneelin ylä- ja alapuoli toimivat kahtena itsenäisenä osiona. Jos savupiipun varjo lankeaa paneelin alapuoliskon päälle, yläpuolisko jatkaa tuotantoa täydellä teholla. Tämä yksinkertainen muutos vähentää merkittävästi varjostuksen aiheuttamaa tuotantohäviötä perinteiseen paneeliin verrattuna ja on nykyään yleinen ja suosittu ominaisuus monissa laadukkaissa paneeleissa.
4. Älykäs järjestelmäsuunnittelu
Varjostuksen vaikutusta voidaan minimoida myös ammattitaitoisella suunnittelulla. Jos katolla on selkeästi varjoinen ja aurinkoinen alue, paneelit voidaan jakaa kahteen tai useampaan erilliseen ketjuun (stringiin), jotka kytketään invertterin eri MPPT-tuloliitäntöihin. Näin varjoisalla puolella oleva ketju ei vaikuta aurinkoisella puolella olevan ketjun tuotantoon. Oikein tehty aurinkopaneelien mitoitus ja paneelien sijoittelun suunnittelu ovat avainasemassa.
Milloin varjosta kannattaa oikeasti huolestua?
Lyhytaikaisesta ja pienialaisesta varjosta ei yleensä tarvitse olla huolissaan, etenkään nykyaikaisilla puolikenno-paneeleilla. Nyrkkisääntönä voidaan pitää seuraavaa:
- Pieni, kiinteä este (esim. ilmanvaihtoputki): Yksittäinen pieni varjo on helppo hallita teho-optimoijilla tai se ei aiheuta merkittävää haittaa puolikenno-paneeleille.
- Laaja, liikkuva varjo (esim. suuri lehtipuu): Jos puun varjo pyyhkii paneeliston yli päivän aikana, teho-optimoijat tai mikroinvertterit ovat vahva suositus.
- Pysyvä, suuri varjo (esim. naapurin rakennus): Jos osa katosta on varjossa suurimman osan päivästä, kyseiselle alueelle ei kannata asentaa paneeleita lainkaan. Ammattilaisen tekemä varjostusanalyysi on tällöin välttämätön, jotta paneelit osataan sijoittaa oikein.
Paras tapa varmistua varjostuksen todellisesta vaikutuksesta on teettää ammattilaisella analyysi. Kokeneet suunnittelijat käyttävät ohjelmistoja, jotka mallintavat auringon liikeradat ja esteiden aiheuttamat varjot tarkasti vuoden jokaisena päivänä. Tällainen analyysi varmistaa, että järjestelmä suunnitellaan optimaalisesti ja että investointi tuottaa odotetusti. Tämä on keskeinen osa laadukasta avaimet käteen -toimitusta.
Varjostus ei siis ole syy hylätä aurinkoenergiaa. Se on tekninen haaste, joka vaatii oikeanlaisen suunnittelun ja laitevalinnat. Kun järjestelmä on alusta alkaen suunniteltu kiinteistön erityispiirteet huomioiden, saadaan auringosta kaikki teho irti myös haastavammissa olosuhteissa.
Jos tontillasi on varjostusta aiheuttavia tekijöitä, älä arvaile. Pyydä asiantuntijalta tarkka analyysi ja mitoitus. Lähetä kiinteistösi osoite ja tiedot osoitteeseen kartoitus@powerofsun.fi, niin teemme sinulle alustavan arvion veloituksetta.
