Jak powstają hotspoty i dlaczego są groźne? Wpływ zacienienia na moduły PV

• Częściowe zacienienie zamienia ogniwo w odbiornik energii – gdy jedno ogniwo w substringu jest zacienione, prąd z pozostałych ogniw nie może zostać oddany do sieci i zamienia się lokalnie w ciepło, tworząc hotspot.
• Temperatura hotspotów niszczy moduł od środka – lokalnie może przekraczać 110–115°C, prowadząc do degradacji krzemu, przebarwień folii, mikropęknięć i w skrajnych przypadkach trwałego uszkodzenia modułu.
• Nowoczesne technologie anti-shading ograniczają ryzyko – rozwiązania pozwalające lokalnie omijać zacienione ogniwa zmniejszają straty mocy, wyrównują temperaturę modułu i znacząco poprawiają bezpieczeństwo instalacji.

Częściowe zacienienie modułów fotowoltaicznych to jeden z najczęściej bagatelizowanych problemów w eksploatacji instalacji PV, mimo że jego skutki mogą być poważne zarówno dla uzysków energii, jak i trwałości systemu. W praktyce nie chodzi wyłącznie o cień rzucany przez drzewa czy sąsiednie obiekty, ale także o zabrudzenia, ptasie odchody czy liście, które prowadzą do lokalnego ograniczenia pracy pojedynczych ogniw.

“Z danych, które również posiadamy, prawie 50% awarii modułów wynika z zacienienia. Te awarie biorą się głównie z zabrudzenia i braku serwisowania instalacji, gdzie pojawiają się hotspoty. A hotspoty w zdecydowanej większości powstają właśnie w zacienionych elementach modułu” – komentuje Rafał Niestępski z LONGi Solar. To pokazuje, że problem nie dotyczy wyłącznie błędów projektowych, ale często wynika z codziennej eksploatacji i braku regularnej kontroli instalacji.

Jak powstają hotspoty w modułach fotowoltaicznych?

Mechanizm powstawania hotspotów jest bezpośrednio związany z budową klasycznego modułu fotowoltaicznego. “W standardowym module, gdy mamy zacienione ogniwo, ono stanowi przerwę w obwodzie. Cała energia z substringu musi się gdzieś uwolnić i zamienia się w ciepło. Zacienione ogniwo zaczyna być odbiornikiem energii elektrycznej, a nie jej źródłem – stąd właśnie powstawanie hotspotów” – tłumaczy ekspert.

W takiej sytuacji prąd generowany przez pozostałe, oświetlone ogniwa nie może zostać prawidłowo przetworzony, co prowadzi do gwałtownego wzrostu temperatury w jednym punkcie modułu.

Skutki hotspotów dla pracy i trwałości instalacji PV

Konsekwencje tego zjawiska są znacznie poważniejsze niż chwilowy spadek produkcji energii. “Temperatury w hotspotach potrafią przekraczać 110–115°C. Zaczyna się degradacja krzemu, pojawiają się przebarwienia folii, a w skrajnych przypadkach może dojść do przepalenia całego modułu fotowoltaicznego” – ostrzega Rafał Niestępski. Tak wysokie temperatury przyspieszają starzenie się materiałów, zwiększają ryzyko mikropęknięć i mogą prowadzić do trwałej utraty parametrów modułu. Szczegółów dowiesz się na naszym kanale YouTube.

Technologie anti-shading jako odpowiedź na problem zacienienia

Odpowiedzią na problem zacienienia i powstawania hotspotów są technologie określane jako anti-shading, które zmieniają sposób pracy modułu w warunkach częściowego cienia. W odróżnieniu od klasycznych rozwiązań opartych wyłącznie na diodach bocznikujących całe substringi, nowoczesne moduły potrafią lokalnie omijać zacienione ogniwa, umożliwiając przepływ prądu bez zamiany energii elektrycznej w ciepło. Dzięki temu zacienione fragmenty nie stają się odbiornikiem energii, a temperatura modułu pozostaje znacznie niższa i bardziej równomierna. W praktyce oznacza to nie tylko mniejsze straty mocy przy zabrudzeniach czy częściowym cieniu, ale przede wszystkim ograniczenie ryzyka degradacji krzemu i wzrostu bezpieczeństwa całej instalacji.

Hotspoty a bezpieczeństwo instalacji fotowoltaicznej

Problem hotspotów ma także wymiar bezpieczeństwa. Przegrzewające się ogniwa stanowią potencjalne zagrożenie pożarowe, szczególnie w instalacjach dachowych, gdzie wysoka temperatura może oddziaływać na elementy konstrukcyjne budynku. Z tego względu coraz większe znaczenie mają rozwiązania technologiczne, które ograniczają skutki częściowego zacienienia, umożliwiając bezpieczne „ominięcie” zacienionych ogniw i zapobiegając koncentracji ciepła w jednym miejscu.

W dojrzałym rynku fotowoltaiki walka o kolejne procenty sprawności coraz częściej ustępuje miejsca dbałości o stabilność i bezpieczeństwo pracy instalacji w realnych warunkach. Ograniczanie powstawania hotspotów staje się jednym z kluczowych elementów tej zmiany, bo to właśnie one odpowiadają dziś za znaczną część awarii i przedwczesnej degradacji modułów PV.

Opracowano na podstawie Warsztatu OZE redakcji GLOBENERGIA