Schaduw en Zonnepanelen: Hoe gaan we daarmee om?

Dat gezegd hebbende… er zijn natuurlijk heel wat situaties te bedenken waar panelen wel met schaduw te maken hebben, bijvoorbeeld ’s ochtends vroeg of ’s avonds laat, of in de wintermaanden. Soms staat er gewoon een schoorsteentje nèt in de weg, of groeit de boom van de buurman toch harder dan gedacht. En soms is het ook gewoon mooier om een strak aaneengesloten vlak panelen op een dak te leggen, ook al liggen er één of twee af en toe in de schaduw van het buurhuis. Zo erg is dat toch niet?

Inderdaad: Zo erg is dat niet. Maar het is wèl belangrijk om goed na te denken over wat we kunnen doen om opbrengstverlies en schade te voorkomen. Daarom gaan we hier uitgebreider in op de gevolgen van schaduw voor panelen, en de keuze van omvormers.

Om een goed begrip te krijgen van de effecten van schaduw op zonnepanelen, moeten we eerst begrijpen hoe de panelen zijn opgebouwd uit cellen, en wat de rol van de by-pass diodes is. Zie hiervoor ook dit artikel.

By-pass diodes en schaduw: Wat hebben we eraan?

Panelen zijn dus voorzien van by-pass diodes die de stroom kunnen omleiden als er een cel kapot is. Maar wanneer zonnecellen in de schaduw liggen, ontstaat er een bijzondere situatie. Een cel in de schaduw is niet kapot, maar werkt ook niet zo hard mee als de naastgelegen cellen die in de zon liggen. Er kàn daarom best stroom door de beschaduwde cel heen vloeien, maar zeker níet zoveel stroom als door de andere cellen. Gaat de stroom in dit soort gevallen nou door de cel lopen, of wordt hij via de by-pass diode omgeleid?

Het antwoord is: het kan allebei, maar het hangt ervan af hoeveel cellen er in de schaduw liggen. En ook de omvormer speelt een grote rol. Stel dat er maar één cel in de schaduw ligt (er is een blad van een boom op gevallen), en alle andere liggen in de zon. In dat geval forceert de stroom zich een weg door de beschaduwde cel. De beschaduwde cel kan eigenlijk niet zoveel stroom gewoon doorlaten, maar wordt door de rest gedwongen. Wat er dan gebeurt, is dat de beschaduwde cel de stroom wel doorlaat, maar zelf energie begint op te nemen, in plaats van energie te produceren. De door de cel opgenomen energie wordt weer uitgestraald in de vorm van warmte; de cel wordt veel heter dan de andere cellen. Dit verschijnsel heet een ‘hot spot’.  

Wanneer er meerdere cellen naast elkaar in de schaduw liggen, dan heeft de stroom twee keuzes: In het ene geval baant het zich een weg door al deze cellen, maar omdat er een aantal beschaduwd zijn en daardoor minder stroom kunnen doorlaten, is het nog maar een miezerstroompje. De beschaduwde cellen dicteren hoeveel stroom er gaat vloeien, en dat geldt dan ook voor de cellen die in de zon liggen en in principe veel meer zouden kunnen produceren.  

In het andere geval laat de stroom het beschaduwde deel links liggen, en gebruikt het de omleidingsroute via de bypass-diode. De stroom wordt dan niet ‘afgeknepen’ door de cellen die in de schaduw liggen, en de opbrengst blijft op een veel hoger peil. Dit is natuurlijk de meest wenselijke situatie, maar hoe kunnen we hiervoor zorgen?

Het antwoord ligt bij de omvormer. Omvormers zijn uitgerust met een zogenaamde MPP-tracker, die voortdurend zoekt naar de beste spanning die over een string gehanteerd kan worden, om er zoveel mogelijk energie uit te halen. Afhankelijk van de spanning die de MPP-tracker kiest, zullen de beschaduwde cellen wèl meedoen (en dus weinig stroom doorlaten), of níet meedoen (en dus ‘ge-by-passed’ worden, waardoor veel meer stroom wordt geproduceerd). De rol van de omvormer is dus cruciaal; een goede omvormer kan het verschil betekenen tussen veel en weinig opbrengst op schaduwmomenten, en daarmee de jaaropbrengst met ettelijke procenten verhogen.

Of een omvormer wel of niet goed kan omgaan met schaduw, ligt aan de software die gebruikt wordt voor de MPP-tracker. Alle huidige omvormers van SMA zijn uitgerust met de functionaliteit ‘OptiTrac Global Peak’, die ervoor zorgt dat bij schaduw de beschaduwde (gedeelten van) panelen worden ‘ge-by-passed’. Sommige andere merken van omvormers kennen een dergelijk systeem, maar velen ook niet. Let daarom goed op bij de keuze van de omvormer!

Optimizers per paneel

Een andere mogelijkheid om de negatieve effecten van schaduw tegen te gaan, is de toepassing van Optimizers. Een optimizer is een klein kastje dat achter een paneel (dus op het dak) wordt geplaatst en waar het paneel direct op wordt aangesloten. De optimizer zelf is weer aangesloten op de string, die uiteindelijk uitkomt bij de omvormer. De optimizer zorgt voor MPP-tracken op paneelniveau: Hierdoor kan een paneel dat in de schaduw ligt, toch nog bijdragen aan de opbrengst van het systeem.

Het grote verschil tussen het gebruik van optimizers en het gebruik van slimme software zoals OptiTrac Global Peak, is dat bij gebruik van optimizers het beschaduwde paneel nog wel een beetje meedoet, terwijl bij gebruik van OptiTrac Global peak het beschaduwde gedeelte wordt overgeslagen. De vraag is nu: Is het de moeite waard om voor beschaduwing een optimizer te plaatsen, of is het gebruik van OptiTrac Global Peak afdoende?

Het antwoord op die vraag is per situatie verschillend. Uiteindelijk komt het neer op het volgende: Hoeveel kost het plaatsen van een optimizer, en hoeveel extra opbrengst levert dat me op? Sommige systemen met optimizers, zoals die van marktleider SolarEdge, werken alleen als achter àlle panelen optimizers worden geplaatst, ongeacht of ze in de schaduw liggen of niet. Dat kan consequenties hebben voor de prijs, en het kan een systeem storingsgevoeliger maken (want er zijn dan meer onderdelen). Tegelijk kàn de meeropbrengst van optimizers tegenvallen; als het uitsluitend gaat om een paar hoekjes schaduw in de ochtend en/of avond, wanneer de zon toch al weinig kracht meer heeft, dan  is de investering in optimizers wellicht niet gerechtvaardigd.

SMA biedt tegenwoordig ook optimizers aan, maar met een iets ander idee. Bij SMA kan een klant ervoor kiezen om alleen díe panelen die last hebben van schaduw, met optimizers uit te rusten, en de rest gewoon in de string te laten. 

Als leidraad geeft SMA de volgende indicatie mee: Een zonnepanelensysteem waarvan 20% van de panelen beschaduwd zijn gedurende 20% van de tijd, zou met OptiTrac Global Peak 5% meer opbrengst geven dan  zonder. Als het systeem zou zijn uitgerust met optimizers, dan zou het systeem 9% meer opbrengst geven dan zonder. Het verschil tussen die twee is dan slechts 4%. Let op: Dit gaat uit van een systeem dat in de ochtend of avond schaduw heeft. Als het gaat om een systeem dat midden op de dag veel schaduw heeft, dan zullen optimizers waarschijnlijk een stuk beter uit de bus komen. Bij schaduw die over de loop van de dag over veel panelen glijdt, is een SolarEdge systeem vaak een goede keuze.

Wat voor uw systeem de beste keuze is, hangt dus af van een aantal verschillende zaken: uw dak, het soort schaduw en de momenten waarop deze zich voordoet, de vraag of u gaat voor de hoogste opbrengst of de beste verhouding tussen kost en opbrengst, etc. Omdat het zo moeilijk is om uit te zoeken wat de beste optie is, raden we u altijd aan om één van onze adviseurs te laten komen; die doen dat vrijblijvend, en kunnen, door de situatie ter plaatse op te nemen, met het advies komen dat het beste bij u past.