Hur räknar man ut yta och verkningsgrad för solceller?

Har idag fått två frågor om hur man räknar ut ytan för solceller. Här är en repetition med några räkneexempel.

Effekt

Effekten P mätt i Watt (W) ges av

P = η*A*G                           [1]

η = verkningsgrad (%). Den anger hur stor andel av solstrålningen som blir el. Om det är en modul man räknar på ska man använda modulens verkningsgrad. Modulens enskilda solceller har alltid en högre verkningsgrad, men den är inte relevant i detta fall.

A = yta (m2). För en modul räknar man på yttermåtten, med ram om en sådan finns.

G = solstrålning i modulens plan (W/m2).

Den verkningsgrad som anges i en moduls datablad gäller vid så kallade Standard Test Conditions (STC). Vid STC har man en instrålning motsvarande 1000 W/m2 = 1 kW/m2 med vinkelrät infall mot modulytan, 25°C solcelltemperatur och ”air mass” 1,5 som definierar ett visst spektrum för solljuset. Märkeffekten för en solcellsmodul är definierad vid STC. Alla moduler “flash”-testas av tillverkaren vid STC efter tillverkningen.

Detta gör att formel [1] kan skrivas som

PSTC = η*A*GSTC                           [2]

där GSTC är solstrålningen vid STC och PSTC är effekten vid STC. PSTC är en moduls märkeffekt. Den kallas även installerad effekt. Lägg märke till att detta är en likströmseffekt (DC). Omvandling till växelström görs i växelriktaren, vilket ger en del förluster.

Om vi anger PSTC i kW och GSTC i kW/m2 förenklas formeln till

PSTC = η*A                           [3]

Exempel

Modulerna har en verkningsgrad på 16% och den tillgängliga takytan är 30 m2. Om modulerna monteras med samma lutning som taket blir den högsta möjliga installerade effekten

PSTC = 0,16*30 = 4,8 kW = 4 800 W

I praktiken kan det behövas ett litet mellanrum mellan modulerna för att kunna montera dem och då blir den möjliga effekten man kan installera lite mindre.

Yta

Formel [2] kan även skrivas som

A = PSTC /(η*GSTC)                           [4]

Om man vill räkna ut modulytan som behövs vid en installerad effekt PSTC = 1000 W (1 kW) och med GSTC = 1000 W/m2 blir formeln

A = 1000/(η*1000) = 1/η

En nyttig och enkel formel som ger modulytan per installerad kW är alltså

A = 1/η                           [5]

där A ges i kvadratmeter (m2). Om man vet verkningsgraden kan man därmed enkelt räkna ut modulytan per installerad kW.

Exempel 1

Om verkningsgraden exempelvis är 16% får vi att ytan per kW blir

A = 1/0,16 = 6,25 m2

I praktiken kan det behövas ett litet mellanrum mellan modulerna och då blir den totala installationsytan lite större än modulytan.

Verkningsgrad

Formel [3] kan användas för att räkna ut verkningsgraden för en solcellsmodul om man vet modulytan. Formeln skriver vi då som

η = PSTC /A                       [6]

där PSTC anges i kW och A i m2.

Exempel 1

En Yingli YLM 60 modul har enligt databladet yttermått 1,64 m x 0, 99 m, vilket ger ytan 1,624 m2. Om vi väljer en modul som har märkeffekten 280 W = 0,28 kW beräknas verkningsgraden som

η = 0,28/1,624 = 0,172 = 17,2%

17,2% modulverkningsgrad är också vad som står i databladet.

Exempel 2

Formel [6] kan också vara användbar om man vill veta vilken verkningsgrad som behövs för att installera en viss effekt på en given yta. Om den tillgängliga takytan är exempelvis 30 m2 och man vill installera 5 kW (5000 W) solceller, vilken verkningsgrad behövs då?

η = 5/30 = 0,167 = 16,7%

En modulverkningsgrad på 16,7% är fullt rimlig för standardmoduler idag.

Beteckningar

Jag använde här beteckningen PSTC för märkeffekten för att göra det tydligt att effekten gäller vid STC. Vanligen står det Pmax eller Pmp i databladen för solcellsmoduler. Denna ”maxeffekt” för modulen gäller dock bara vid STC-förhållanden. I praktiken har man sällan eller aldrig STC vid drift av en solcellsanläggning. Därför har man sommartid, då solcelltemperaturen blir över 25°C, en lägre effekt eftersom solcellernas verkningsgrad sjunker med ökande temperatur.

Det är flera andra faktorer som påverkar en solcellsmoduls verkningsgrad. Solinstrålningens intensitet och infallsvinkel samt eventuell smuts på modulytorna påverkar också verkningsgraden. Det är därför rätt knepigt att beräkna effekten från en solcellsmodul vid godtyckliga förhållanden, då man också måste ta hänsyn till att modulen nås av direkt, diffus och reflekterad solstrålning.

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *