Grote obstakels, zoals wolken en gebouwen, kunnen ervoor zorgen dat zonlicht geen zonnecellen bereikt, maar kleinere bronnen, zoals stof en bladeren, kunnen ook voor soortgelijke problemen zorgen. Begrijpen hoe het verlies van inkomende straling het vermogen beïnvloedt, is essentieel voor het optimaliseren van fotovoltaïsche technologie, die licht omzet in elektriciteit en een belangrijke bijdrage levert aan de groene energietransitie.

In het Journal of Renewable and Sustainable Energy , hebben onderzoekers van de Shanghai Polytechnic University, het Shanghai Engineering Research Center of Advanced Thermal Functional Materials en het Shanghai Solar Energy Research Center Co. Ltd onderzocht hoe verschillende schaduwomstandigheden de prestaties van enkele zonnecellen en tweecellige systemen die in serie en parallel zijn geschakeld, beïnvloeden.

"In de echte wereld worden fotovoltaïsche cellen soms overschaduwd door obstakels, wat de hoeveelheid binnenkomend licht aanzienlijk verandert", zegt auteur Huaqing Xie van de Shanghai Polytechnic University en het Shanghai Engineering Research Center of Advanced Thermal Functional Materials. "De degradatie-effecten maken vermogensoptimalisatie moeilijk en resulteren in aanzienlijk vermogensverlies."

Fotovoltaïsche cellen die in serie zijn geschakeld, creëren een enkel pad waarbij de elektronen van de ene cel naar de volgende stromen. Daarentegen bieden cellen parallel twee banen waar elektronen doorheen kunnen reizen en later opnieuw kunnen combineren. In praktische toepassingen worden netwerken van zonnecellen in serie en parallel geschakeld om de uitgangsstroom en het vermogen uit te breiden.

Het team ontdekte dat de afname van de uitgangsstroom van een enkele cel of twee parallel geschakelde cellen bijna identiek was aan de verhouding tussen schaduw en zonlicht. Voor twee cellen die in serie liepen, was er echter een overmatig vermogensverlies en een stijging van de temperatuur, wat een verdere achteruitgang van de output kan veroorzaken. Met bijvoorbeeld 29,6% van de serie fotovoltaïsche module in de schaduw, daalde de stroom met 57,6%.

"Ons onderzoek geeft aan dat veel factoren, waaronder schaduwgebied, schaduwen op verschillende cellen van de module en de verbinding van cellen en modules, de prestaties kunnen beïnvloeden", aldus Xie.

Eerdere studies hebben de gevolgen van schaduw op grote fotovoltaïsche modules onderzocht, maar hebben afzonderlijke cellen en eenvoudige systemen grotendeels genegeerd.

"In deze gecompliceerde systemen kunnen schaduwen op één enkele cel een vitale rol spelen op de systeemoutput en betrouwbaarheid", zegt Xie. "Daarom is het bestuderen van afzonderlijke cellen of een eenvoudige opstelling van twee verbonden cellen noodzakelijk voor de ontwikkeling van zonnepanelen."

In de toekomst hopen de auteurs het microscopische interactiegedrag en de mechanismen te onderzoeken in fotovoltaïsche cellen die aan verschillende schaduwen worden blootgesteld.

Het artikel, "Experimentele studie over de vermogensverliezen van een enkele fotovoltaïsche cel en twee series en parallel geschakelde cellen met gedeeltelijke schaduwen", is geschreven door Xiaoxue Guo, Jiapu Zou, Zihua Wu, Yuanyuan Wang en Huaqing Xie. Het artikel zal verschijnen in Journal of Renewable and Sustainable Energy op 27 september 2022. + Verder verkennen

Het opnieuw rangschikken van de lagen in zonnecelmodules kan de efficiëntie helpen verbeteren