這篇文章我們要來探討，
一套光電系統在太陽能板整天都有遮陰的情況下，是如何表現的。
我們先以Solaredge的系統來看每片太陽能板的表現，
再以理論推測若是使用不同的系統，可能會是如何的狀況。
(請留意! 這是篇技術取向的文章，內容非常冗長)
我們用來驗證的，是位於台南的3.825KW電廠。
這個電廠是榮昌光能於2019年1月，協助客戶修復完成的。
它有幾個我們光電業者最頭痛的特質：
1.它是向北面斜的，而且南邊後棟房子高度差超過4米。
2.太陽能板是搭在露臺上方，但屋頂上面有欄杆、左右兩側鄰居的鐵屋也高過太陽能板
如下照片所示
因為優化器是在設定時依上線傳資料的順序排位置，
此案廠的號碼排列就依當時雲端自動抓出來的順序，沒有再理一次
經過Solaredge管理平台即時功率回放的功能檢視2019/3/19及2019/3/21，
這兩天都是晴朗的天氣，請看下面影片
我們得到下面的推論
Panel 1.1.14從日出開始遮到早上11:00後，下午14:00後又開始有遮陰
Panel 1.1.1,1.1.3, 1.1.8, 1.1.9, 1.1.11這五片每天下午14:00之後是遮陰的
Panel 1.1.15每天下午15:00之後受到遮陰
仔細看一下在2019/3/21這天正中午12:00，
靠房屋牆壁的這6片的發電功率(W)至少少了40W以上
所以基本上，這電廠15片太陽能板中，
有近一半沒辦法受到充足的日照
我們調閱一整天累計下來每片太陽能板的發電量(Wh)，
其中有七片太陽能板整天下來的發電量可以差完全沒遮的達6~70%以上
詳見下表
下面是管理系統調閱出來當天每片板子功率曲線的紀錄：
(本圖為2021年榮昌官網改版時於原廠APP抓下的畫面，原廠也已改版過與2019年的畫面不同)
這已經很明顯一天下來，每片板子的落差狀況很大。
跟一整片屋頂全部平平的，周圍都沒有遮陰的完美情況是完全不一樣的。
我們再看一下遮陰的情況，照片是1月初下午4:00前後拍攝的，已經只剩一片沒遮了
我們接受客戶的委託，將原本的串列式系統結構，變更為Solaredge特有的優化器系統。
讓每一片太陽能板都獨立工作，
就是為了要避免因為這幾片有遮陰、先天不良或髒汙的情況，而影響整串的發電。
這邊我們就再來解釋一下，優化器系統與傳統串列式系統，差異性在哪裡。
首先，我們看一下系統線路的結構
先就基本電學的常識作一下討論，
一個串接的電路，只會流通單一一個電流量。
• 串聯只有一個電流量，線路電壓則是累加起來的。
• 如果線路上有一個元件能流通的電流變小(組抗變大)，整串線路的電流量都會降低。
在實際工作中的電廠，一片太陽能板在受到遮陰時，
其工作電壓會上升，但是能產生的電流量會劇烈縮小。
我們以另一個也是有遮陰的電廠來調閱比較看看是不是這樣
這個苗栗頭份 8.1KW的電廠，它的棚架分成屋頂及下面露臺兩段
較低的露臺上方太陽能板，靠西邊，在早上會有一排會被屋頂上的太陽能板遮到
取兩個極端的狀況來看看Panel 1.1.1及Panel 2.1.1
同樣用2019/3/21當日的發電電流及電壓作比較
我們可以看到在西邊的Panel 1.1.1於早上11:00才慢慢沒有遮陰，電流量才拉上來
而東邊2.1.1則是整天都在日光照射之下
看一下圖表，Panel 1.1.1及2.1.1的電壓在2019/3/21整天的變化如下圖
Panel 1.1.1及2.1.1的電流在2019/3/21整天的變化則如下圖
到這裡，我們暫時不作結論，只是先用另一座電廠來確認這個電壓/電流的現象是通則
回到我們的台南3.825KW電廠
Panel 1.1.14從日出開始遮到早上11:00後，下午14:00後又開始有遮陰
Panel 1.1.1,1.1.3, 1.1.8, 1.1.9, 1.1.11這四片每天下午14:00之後是遮陰的
Panel 1.1.15每天下午15:00之後受到遮陰
一樣調一下圖表，這是2019/3/21全部15片太陽能板的電流量
可以看到早上11:00前，Panel 1.1.14電流量只有1A上下
而其它幾片有遮陰的，大概過中午開始電流量就陸續掉下來了
看看電壓的狀況，基本上電壓差最多在10%左右，在有遮陰時電壓反而是拉高的。
上面這一大坨麵線，亂七八糟的，實在不太好看
為了比較好辨識出差異，
我們用一片正常的Panel 1.1.4，跟遮陰比較多的Panel 1.1.1作比較。時間一樣是2019.3.21
電壓：
電流：
所以這樣，我們回到這15片太陽能板在2019/3/21當天的累計發電量的數據表格
如下表：
簡單算一下，當天總發電量 17.9KWh(度)，日均每KW發電度數是4.69小時。
回到我們最早分析所提的幾點：
1. 一串線路只能有一個電流。
2. 當太陽能板被遮陰時，電流量會降低。
我們可以假設，2019/3/21當天，
如果使用串列式的逆變器，這15片又只作一串列的串接。
則大部分的時間這串列的電流量都不高(輪流被有遮到的太陽能板卡住)。
為了避免拿出微積分算功率及時間曲線下面的面積(即當日累計發電量)
我們用簡單的發電功量來"概括"串列式的發電狀況，模擬如下表：
如果不能理解為什麼這樣算，可以看Solaredge原廠的影片，從1:18開始有概略解釋這個狀況。
這樣計算一下，當天總發電量變成只有11.3KWh(度)，日均每KW發電度數只有2.95小時。
這完全是慘不忍睹啊!
所以目前大部分的串列式逆變器(String Inverter)都會配備多組串的MPPT輸入，
讓日照條件接近的太陽能板，都安排放在同一串列，
這樣假設我們將屋頂分成好的一組、較差的另一組，總共兩串如下的模擬數據：
約是16.8度，日均每KW發電度數是4.39小時，約與優化器系統差了7%。
但實際上這樣的算法算是很客氣了，因為優化器系統是讓每片太陽能板在最大功率點工作
而串列式的系統只能用整串的最大功率來運作，
我們分成兩串時，
另外比較沒有遮陰的那串，因為還是有個別太能板發電量的差異
整串的發電量仍然會被該串發電最少的那片拉低下來
所以，這個電廠如果是用串接式的系統，
發電量應該比Solaredge的系統少更多，不只那7%。
下面我們來看看台南這個電廠的二月份發電量
我們撈出了每一片太陽能板每天的發電量如下表(抱歉! 這真是個大數據)
在二月份這個電廠總共發了271度電，平均每KW日發電量2.5小時。
下面把我們觀察到遮得嚴重這7片Mark出來。
如果照之前的邏輯，用String Inverter將此電廠分為兩串，
發電較差的一串(黃色)，發電較好的另一串(藍色)。
因為發電量最低的，就將整串的電流量拉低了，所以兩串都以最低發電量的那片來計算。
這樣，我們會得到219度(KWh)，平均每KW日發電量2.05小時。
String Inverter的2.05小時，足足比Solaredge優化器系統少了18%!
結論
在屋頂的狀況比較複雜時，如果使用串列式的逆變器
就可能發生整串被有遮陰的太陽能板卡住，電流量拉不上去而使發電量變得很差
即使是屋頂狀況單純，也可能因為天候(烏雲)或是髒污等
使得一串列內有特定的太陽能板，發電功率是特別差的。
這點可以由範例台南電廠在2019.2月統計的數字看到，
這15片板子並不是每天都是特定那一片板子的發電量最低，
如果分成兩串，甚至有可能原本我們認為狀況比較好的那串，
發得比遮得厲害的另一串還差
因此使用串列式的系統，變數真的很多，
事前要仔細設計好要鋪設的位置、角度，
事後還得常常清洗維護。
當然，這樣建置的廠商如果要持續服務用戶二十年
應該也會頗忙碌，有相當多事情可以做(有派工有收費啊...)
反之，使用Solaredge的優化器系統，能簡單得到較好的發電效益
即使是這個台南的電廠，已經裝置了五年多
我們也是到場就開始裝，
連板子上面都是原封不動、沒做任何清洗的動作
跑出來的數據就直接分析了(預計梅雨季快到了才準備要安排)
使用Solaredge的優化器系統
如果有異常發生了，有很多角度的資料及呈現方式可以交叉比對
也有足夠的數據方便研究分析及精準改善。
這是榮昌光能一直向客戶推薦使用Solaredge優化器系統的主要原因。
感謝您的閱讀!
(本篇文章由榮昌光能獨家撰述，轉載/節錄請洽榮昌光能授權)
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