Skuggning av solcellsmodulerna ska undvikas

Gjorde ett experiment idag. Vid klarblå himmel mitt på dagen provade jag att täcka över en liten del av en av våra 14 solcellsmoduler, med 240 W märkeffekt vardera, för att se hur denna simulerade skuggning påverkade effekten. Modulerna är kopplade i två strängar med sju moduler per sträng.

Våra Sanyo HIT 240 HDE4 moduler är lite speciella i och med att de har så många solceller i varje modul, se bilder. Varje modul har 240 solceller som är serie- och parallellkopplade i tre block med en bypassdiod per block. När jag täckte över en eller flera celler närmast kortsidan på modulen gick strömmen genom bypassdioden för det blocket istället för genom blocket av solceller, vilket gjorde att 96 av solcellerna i modulen förbikopplades och ej bidrog till effektgenereringen. (Detta stycke korrigerades efter det att informationen enligt PS påträffades).

Vid en storlek på min pappskiva på 8,5×4,5 cm (som ett eklöv), täckande drygt hälften av en solcell och ca 0,3% av en moduls yta minskade effekten 108 W vilket var 3,8% av hela effekten efter växelriktaren, som var 2 834 W utan skuggning, se diagram. Vid en storlek på pappskivan på 4,5×4,5 cm (som ett asplöv) blev det ingen märkbar effektminskning.

Även små skuggor kan alltså ge märkbara förluster vid soligt väder. Skuggning av modulerna mitt på dagen ska undvikas, eftersom det kan ge kännbara effektförluster!

PS 7/4. I “General Installation Manual HIT Photovoltaic Module” från Panasonic (där Sanyo är dotterbolag sedan 2009) april 2012 finns inte vår modul men bilden på VBHHxxxAE series ser precis ut som våra moduler. Om bypassdioder står

Specifications of bypass diode for VBHHxxxAE series are as follows; Number of bypass diode: 3 diodes, Number of series cells per bypass diode: 96 cells / diode (1st and 3rd block, 2 parallels of 48 cells series), 48 cells / diode (2nd block, 2 parallels of 24 cells series) (See Figure 4-2).”

Se figuren 4-2 här nedan. Lite överraskande att det var olika antal solceller per bypassdiod, jag vet inte varför modulen är konstruerad så. Normalt brukar det vara lika många solceller för varje bypassdiod i modulerna. Det bör betyda att om det är snö längs ner på hela kortsidan kommer effektförlusten att bli lika som i mitt experiment, istället för att hela modulens effekt skulle förloras.

Figure 4-2: Number of series cells per bypass diode. Från General Installation Manual HIT Photovoltaic Module. Panasonic april 2012.

 

 

Morgonskugga från omgivande träd och rimfrost på modulytorna. 6 april 2013 kl. 08.07.

Morgonskugga från omgivande träd och rimfrost. 6 april 2013 kl. 08.07.

Många små solceller i Sanyo HIT 240 HDE4. Det är fyra solceller i “cirkeln”. Klicka på bilden så slipper du Moiréeffekten.

Skuggexperiment. Drygt en halv solcell täckt.

Effekt avläst efter växelriktaren före, under (drygt halv solcell täckt) och efter skuggexperiment.

13 reaktion på “Skuggning av solcellsmodulerna ska undvikas

  1. Vore kul om du ville göra om experimentet, men täck över ett par centimeter i nederkant längs hela panelen så att alla cellsträngar skuggas. Borde i teorin tappa lika många procent på totaleffekten som antal procent av en cell som är täckt.

    Själv kan jag inte testa detta eftersom jag har optimizers.

    • Det jag själv tänkte på, som är relevant för oss, är fallet när det en-några dm snö längst ner på modulernas kortsida. Om bypassdioderna sitter som på “vanliga” moduler borde det slå ut hela modulens produktion och om man enbart tänker på snön skulle ett modulmontage med långsidan nedåt vara att föredra. Har inte hittat något kopplingsdiagram som visar hur bypassdioderna sitter på våra moduler, lite olika bud i diskussionsforum jag sett.

      Vore också intressant att testa flaggstångsvarianten.

      Skuggning är nog för småhusägare en av de främsta orsakerna till lägre solelproduktion än den optimala. Viktigare än lutningen på taket, som inte är så kritisk.

  2. Om du mailar mig så jag får din mailadress kan jag maila dig en bild som jag tror du kommer tycka är intressant, den visar produktion panel för panel med snö i nederkant och jag har både liggande och stående paneler…

    • Vilka blev dina slutsatser när du jämförde solelproduktionen hos delvis snötäckta moduler som var monterade liggande respektive stående?

      • De stående panelerna gav ingen effekt alls, inte ens den panelen som bara hade runt 1 decimeter snö i nederkant (runt 10% av panelytan), eftersom alla cellsträngar då var täckta på något ställe.

        De liggande panelerna tappade lite grovt räknat effekt motsvarande snötäcktets yta. När de snöfria panelerna gav runt 150 W så gav en snötäckt panel 33 W (täckt till mer än hälften av snö) och en annan gav 88 W (runt 30-40% snötäcke).

        Slutsats: Då allt form av direkt skuggning såsom smutspartiklar och snö vill dras mot nederkanten pga graviationen borde man alltid montera paneler liggandes för att maximera produktionen. Speciellt i vårt land där vi har snö på vintern.

        • Kul observation. Snöeffekten på de stående modulerna var alltså i överensstämmelsen med teorin.

          Rekommendationen liggande montering gäller enbart om man tänker på snö. Annan form av smuts ackumuleras normalt inte i nederkant i sådan grad att bypassdioderna går in. Har man skuggning som kommer in från öster eller väster är stående montering att föredra med motsvarande resonemang som för snö. Har man både skuggning från öster eller väster och snö under året är sannolikt stående montering att föredra eftersom man troligen förlorar mindre energiproduktion på grund av delsnötäckning, som verkar under en kort tid av året då solinstrålningen är lägre, än på grund av skuggning, som verkar under en längre tid av året och även under tider med högre solinstrålning.

          Jag förstår inte varför “De liggande panelerna tappade lite grovt räknat effekt motsvarande snötäckets yta.” Om det skulle vara så borde det inte var någon effekt av bypassdioderna, som skulle koppla förbi 1/3, 2/3 eller 3/3 av cellerna, och ge minst motsvarande effektförlust, om du har tre bypassdioder i dina moduler. Om man inte har effektoptimering på modulerna (”power optimizers”) skulle man även påverka strömmen genom de övriga modulerna i strängen och därmed få en än högre effektförlust i solcellsanläggningen.

          • Ja du kanske har rätt i att bypassdioderna inte går in om det är tex ett tunnt dammtäcke.

            Hmm, om skugga kommer in från öster eller väster och taket är riktat mot söder så kommer ju skuggan falla “liggandes” på samma sätt som snötäcke i nederkant och då är liggande paneler att föredra. Eller menade du om även taket är riktat mot öster/väster? Om skuggan faller in rakt mot taket tex söderifrån på ett södervänt tak eller västerifrån på västervänt tak så är stående att föredra. Man vill helt enkelt att skuggan skall falla in längs långsidan på panelen, så har man ett södervänt tak så är det i alla fall bäst med liggande paneler avseende både snötäcke och skuggning från öst/väst.

            Att panelerna tappar “grovt räknat effekt motsvarande snötäckets yta” stämmer med tonvikt på grovt, om man som jag har 6 dioder på mina paneler samt optimizers. Man tappar i diskreta steg om en sjättedels panelyta vilket inte är mycket i sammanhanget. För att detta skall vara sant bör man också ha optimizers med brett inspänningsområde. I mitt fall ligger Vmp runt 30 V på mina 230 W-paneler eftersom det är 60 celler. Skuggar man 5 av 6 cellsträngar kommer panelen alltså ge runt 5 V, vilket mina optimizers klarar.

          • Jag tänkte på skuggfallet med närliggande hus eller träd, som hos oss kanske snarare står i ost-sydost och sydväst-väst än enbart rakt i öster och väster. Då vandrar skuggbilden i öst-västlig riktning på vårt sydvända tak och då är stående montering av modulerna att föredra.

            På solfångare är effektbortfallet proportionellt mot skuggad yta. På solcellsmoduler är det tyvärr inte så. Och definitivt inte i normalfallet med seriekopplade moduler i strängar utan effektoptimering på modulerna. I mitt experiment skuggade jag 0,28% av en modul (motsvarande ett eklövs storlek) eller 0,02% av den totala modulytan, medan effektbortfallet för anläggningen blev 190 gånger större (3,8%). Det blir inte så i ditt fall heller även med sex bypassdioder i modulerna (tre är det vanligaste?) och effektoptimering på modulerna, utan bortfallet sker som du säger i steg om 1/antal dioder och i fallet med snötäckning på nedre delen av de stående modulerna blev bortfallet 100% trots att snön täckte en relativt liten andel av modulytan.

          • Vet inte om det här inlägget hamnar rätt i ordningen nu men…

            …Ang liggande/stående och skuggning från hus och träd etc så bör det väl vara så enkelt att om skuggan infaller mer än 45 grader från takets riktning så är det bäst med liggande. Om skuggan infaller med mindre än 45 grader så är det bäst med stående. Med andra ord, ett södervänt tak bör ha stående paneler om det skuggande föremålet befinner sig i sektorn sydöst-sydväst, men om föremålet är närmare öst eller närmare väst så är liggande bäst. Hoppas vi är överrens om detta!? 🙂

            Ovanstående gäller ett låglutande tak. I takt med ökad taklutning kommer 45 gradersregeln (90 graders sektor NÖ-NV) smalna av för att vid 90 graders taklutning (tex fasadmontering) nå en situation där skuggor från huskroppar och stolpar etc projiceras vertikalt och stående är då alltid bäst.

  3. Bengt!

    0. En solcell i kisel ger ca 0,5 Volt vid märkström (det bara är så, en naturlag).

    1. Dina solcellspaneler består av 120 stycken solceller, där 10 stycken strängar, om vardera 2 (parallella) x 6 celler (i serie), seriekopplats. Dvs du har 60 stycken 0,5 Volts-ekvivalenta solceller per panel, vilket ger ca 30 Volt per panel. Det står också i “General Installation Manual” att “Cell Number in Series: 60”. Att man 10 gånger parallellkopplar två strängar om 6 celler ÄR speciellt med dina paneler. Man gör så eftersom en wafer-kvadrant ju är mycket mindre än en stor wafer som gjorts lite kvadratisk.

    2. Det som vidare ÄR speciellt med dina paneler är att man utnyttjat kisel-waferns yta något bättre genom att kapa varje kiselskiva i 4 kvadranter. Spillet från wafern minskar, men på bekostnad av att verkningsgraden på solcellspanelen också minskar (större vita ytor och fler kiselskarvar per panel). Två stycken kvadranter av wafern (som är rund från tillverkningen, http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_wafer) är parallellkopplade per solcell. Cellerna är seriekopplade med dubbla blanka metallband (jämför med …SE10 som har 3 st parallella, vilket minskar förlusten över de tunna trådarna över kiselytan). Dessa metallband förbinder ovansidan på en solcell med undersidan på nästa, osv. Dvs alla kiselbitar som förbinds på samma sida av dessa metallband tillhör samma solcell.

    3. Dina paneler har alltså per styck:
    – 240 st kiselbitar.
    – 120 st solceller.
    – 60 st ekvivalenta 0,5 Volts-celler (som ger ca 30 Volt per panel).

    4. Dvs, i ditt experiment (enligt bilderna) med att täcka för en ekvivalent 0,5 Volts-solcell för att se hur skuggning påverkar så har du i själva verket bara täckt för ca 1/6 av en en ekvivalent solcells yta (av totalt 60 stycken). Dvs du har minska strömmen i solcellspanelen med ca 1/6 (bortsett från by-pass-dioden).

    5. Om du vill täcka för 50% av en ekvivalent 0,5 Volts-cell så ska du göra täcklappen 50% bredare och dubbelt så hög. Detta eftersom de ekvivalenta cellerna står på varandra, parvis (i ditt monteringsfall med stående paneler). På så sätt har du ekvivalent täckt för en halv 0,5 Volts-solcell av 60 stycken ekvivalenta. Detta förslag minskar strömmen i panelen med ca 1/2, istället för 1/6. Det är ju så att strömmen i panelen är proportionell mot solinstrålningen på den värst utsatta 0,5 Volts-ekvivalenta seriekopplade cellen (bortsett från by-pass-dioder).

    mvh Peter

    • 240 celler tog jag från Photon.info moduldatabas och egen räkning.

      I General Installation Manual, HIT Photovoltaic Module från april 2012, som jag inte hittade tidigare, finns inte vår modell nämnd specifikt men VBHHxxxAE series ser likadan ut som våra moduler. Under ”Diodes”står ” Specifications of bypass diode for VBHHxxxAE series are as follows; Number of bypass diode: 3 diodes, Number of series cells per bypass diode: 96 cells / diode (1st and 3rd block, 2 parallels of 48 cells series), 48 cells / diode (2nd block, 2 parallels of 24 cells series) (See Figure 4-2).” Jag får 96+96+48 till 240 celler.

      Jag kan inte lägga in bilder i kommentarerna men jag kan komplettera senare i inlägget med Figure 4-2 enligt ovan.

      Med en modulverkningsgrad på 17,3% var det kanske det bästa som gick att uppbringa i Sverige sommaren 2010 då vi köpte vår solcellsanläggning och den verkningsgraden står sig rätt bra fortfarande.

  4. Pingback: Skuggning av solcellerna minskar utbytet | Bengts villablogg

  5. Pingback: Skuggning av solcellerna minskar utbytet | Bengts nya villablogg

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *