Bondfångeri när det gäller effekten av skuggning av solceller

Publicerat av

Fick nedanstående brev från Vattenfall i juni 2019 tillskickat mig. Där står att

”I ett system utan optimerare producerar alla paneler i enlighet med den som presterar sämst. Blir en panel skuggad, slutar hela anläggningen att producera”.

Brev från Vattenfall från juni 2019, med gravt felaktig information om hur skuggning påverkar elproduktionen från ett solcellssystem.

Detta är rent bondfångeri och det är tråkigt att läsa sådana falsarier från landets största elhandelsbolag och som även är vårt nätbolag. Tyvärr är man inte ensam om denna vilseledande marknadsföring. Liknade utsagor kan läsas på flera andra webbsidor från olika leverantörer av komponenter och solcellsanläggningar.

Skuggning är ett lite knepigt och missförstått ämne. Alla borde läsa Skuggningshandboken från Energiforsk. Den ger en baskunskap som alla som säljer solceller måste ha, men som tyvärr vissa verkar sakna.

Uppbyggnaden av en solcellsmodul

Solcellsmoduler har ofta 60 eller 72 solceller. Då varje solcell bara ger runt 0,5 V vid drift seriekopplar man solcellerna för att höja spänningen. Alla solceller sitter som på en rad kan man säga. Det gör att solcellsmodulen skulle bli mycket känslig för skuggning om man inte vidtog åtgärder för det. Utan några åtgärder skulle skuggning av enda solcell sänka produktionen i hela solcellsmodulen och i hela solcellsanläggningen. Det skulle dessutom ge upphov till ”hot-spots” i den skuggade cellen då hela effekten från de oskuggade cellerna i modulen skulle dumpas i den skuggade solcellen.

MEN, så vill man förstås inte ha det. Därför monterar man så kallade bypassdioder i solcellsmodulerna. Vanligen är det tre bypassdioder i varje modul. I en modul med 72 solceller innebär det att en bypassdiod monteras parallellt med 24 solceller i serie, det vill säga 1/3 av modulens solceller. Så länge modulen är oskuggad är dioderna inaktiva, men när modulen blir skuggad blir dioderna aktiva och minskar skugginverkan.

Vad händer vid skuggning

Låt säga att vi skuggar 50% av en solcell i en modul. Den högsta ström som kan genereras av den skuggade solcellen halveras därmed jämfört med en oskuggad solcell. Bypassdioden kommer att aktiveras och släppa fram överströmmen. Om en oskuggad cell genererar exempelvis 8 A kommer 4 A att genereras av den skuggade solcellen och 4 A kommer att gå igenom bypassdioden.

Full ström kommer att genereras av övriga 2/3 av modulen. Det betyder att det är endast den tredjedel av solcellsmodulen som skuggas som får en lägre solelproduktion, övriga 2/3 av modulen och resterande moduler i serien av moduler kommer att producera normalt.

Värt att notera är att ett solcellssystem med effektoptimerare på modulerna bara kan minska förlusterna på grund av skuggning, det kan aldrig producera mer än ett oskuggat solcellssystem.

Läs Skuggningshandboken

Läs Skuggningshandboken för en mer utförlig beskrivning av hur skuggning av solceller fungerar, då ovanstående resonemang är kortfattat och något generaliserat. Professor Björn Karlsson är hjärnan bakom Skuggningshandboken och Björn har faktagranskat detta inlägg.

Se även nedanstående schematiska exempel.

Sluta med vilseledande marknadsföring

Det är inte bra för branschens förtroende att ge kunder felaktig information. Det finns risk för anmälningar till Konsumentombudsmannen.

Uppmanar alla som känner sig träffade att raskt sluta med vilseledande marknadsföring gällande skuggningseffekter på solceller.

Schematiska exempel

Nedan är några schematiska exempel jag gjort för högskole- och civilingenjörsstudenter i kursen Solceller och solfångare vid Mälardalens högskola

Oskuggad modul

En solcellsmodul har 40 solceller i serie i fyra kolumner. Det är 10 solceller i varje kolumn. Varje enskild solcell har Isc = 9 A (korslutningsström) och Imp = 8,5 A (ström vid max effekt) vid en solinstrålning på 1000 W/m2 och en solcelltemperatur på 25°C. Varje enskild solcell har Voc = 0,6 V (spänning vid öppen krets) och Vmp = 0,5 V (spänning vid max effekt).

Bypassdioder finns mellan kolumnerna 1 och 2 respektive mellan kolumnerna 3 och 4. Det betyder att man kan se det som två delserier med 20 solceller vardera där de två delserierna sitter i serie med varandra. Arbetsspänning över alla celler Vmp blir 40 oskuggade solceller * 0,5 V per solcell  = 20 V.

Orange linje visar strömmens väg igenom en oskuggad modul, då båda dioderna är inaktiva. All ström går igenom solcellerna och ingen ström går igenom dioderna, förutom en försumbar läckström.

Oskuggad solcellsmodul.

Modul med en helt skuggad solcell

En solcell är helt skuggad (solinstrålning = 0), helt snötäckt eller skadad. Det gör att strömmen är noll genom denna solcell och därmed kan ingen ström gå igenom någon av solcellerna i den delserien av solceller.

Strömmen går istället igenom bypassdioden som sitter parallellt med den delserien av solceller.

Spänningsfallet över bypassdioden är här satt till -0,6 V. Arbetsspänning över alla celler Vmp blir 20 oskuggade solceller * 0,5 V per solcell – 0,6 V över bypassdioden = 9,4 V.

Spänningen för öppenkrets Voc blir på motsvarande sätt 20 * 0,6 V – 0,6 V= 11,4 V.

Den andra dioden är inaktiv eftersom denna delserie med 20 solceller är oskuggad och där genereras full ström genom den delserien.

I detta fall tappar man 50% av modulens solelproduktion. Övriga moduler som sitter i serie med denna modul påverkas inte. Om man har en serie med låt säga 10 moduler tappar man 1/20 = 5% av systemets solelproduktion. I en solcellsmodul med tre bypassdioder skulle man tappa 1/3 av solelproduktionen och 1/30 = 3,3% av systems solelproduktion om man har 10 solcellsmoduler i serie.

Notera att det inte spelar någon roll hur många solceller man helt skuggar om de sitter i en och samma delserie. Det blir samma resultat om man exempelvis skulle ha snö längst ner på en liggande modul som helt skuggar alla 20 solcellerna i en delserie som om man exempelvis hade löv som helt täckte en enda solcell.

En solcell helt skuggad.

Modul med en solcell som är skuggad till 50%

En solcell är skuggad eller snötäckt till 50% (solinstrålning = 50% av oskuggad solcell). Det gör att högst halva strömmen kan genereras av den skuggade solcellen och dess delserie. Bypassdioden kommer att aktiveras och släppa fram överströmmen.

Den andra dioden är inaktiv eftersom denna delserie med 20 solceller är oskuggad och där genereras full ström genom den delserien.

I detta fall tappar man också 50% av modulens solelproduktion. Övriga moduler som sitter i serie med denna modul påverkas inte. I en solcellsmodul med tre bypassdioder skulle man tappa 1/3 av solelproduktionen och 1/30 = 3,3% av systems solelproduktion om man har 10 solcellsmoduler i serie.

En solcell skuggad 50%.

26 svar på ”Bondfångeri när det gäller effekten av skuggning av solceller”

  2. Hej! Jag förstår inte riktigt din förklaring, jag tycker den är för avancerad. Går det inte ”Dumb it down”?
    Om jag förstår det du skriver så är en solpanel helt i skuggning så levererar hela den strängen/slingan ingenting utan optimerare men om den bara är delvis skuggad så levererar den slingan fortfarande fullt? Eller hur mycket?
    PS. Får inte länken till skuggningshandboken att funka
    Glad midsommar

    • Här försök till förenklat resonemang. Om man skuggar tillräckligt mycket av en solcell (ca 5-10% för kiselsolcell) kommer bypassdioden att aktiveras och då tappar man den delseriens solelproduktion, oavsett om man skuggar 50% eller 100% av en solcell. Har man tre bypassdioder i en solcellsmodul tappar man en 1/3 av solelproduktionen från den modul där den skuggade solcellen sitter. Övriga 2/3 av solcellsmodulen genererar full ström, liksom övriga oskuggade moduler som sitter i serie med den skuggade modulen, eftersom bypassdioderna ser till att full ström kan passera förbi den skuggade delserien helt eller delvis genom bypassdioden.

      Skuggning av en enstaka solcell påverkar alltså bara produktionen från en modul och Vattenfalls påstående ”I ett system utan optimerare producerar alla paneler i enlighet med den som presterar sämst. Blir en panel skuggad, slutar hela anläggningen att producera” blir alltså dubbelt fel, båda meningarna är felaktiga.

      Det blev för mycket att i detta inlägg även skriva något om optimerares funktion vid skuggning. Ska försöka återkomma med exempel på skuggfall där optimerare kan ge en fördel respektive fall där optimerare inte ger någon fördel. Det går inte att säga att optimerare generellt ger en produktionsfördel vid alla skuggningsfall eftersom det finns många olika varianter av hur en solcellsmodul skuggas. I bästa fall kan optimerare minska förlusterna på grund av skuggning, men ett oskuggat solcellssystem är alltid bättre.

      • Jag försöker förstå detta med strängdesign. Utan optimerare så bör man ha fler strängar men visst kostar fler strängar i form av högre kostnad för kablage samt tillhörande arbete?
        (I synnerhet för en lantbruksfastighet.)

        • För större anläggningar blir det flera strängar, då det finns en gräns för hur hög spänningen får bli i en sträng. Framgår av specifikationen för växelriktarna vilket intervall de har för inspänning. Kollade i SMA:s Sunny Design och där förslag på 23 moduler i serie i en sträng. Med Solar Edge optimerare kan man ha upp till 50 moduler i en sträng. Det blir alltså i runda slängar dubbelt så många strängar utan optimerare. Hur mycket mer DC-kabel det blir med strängväxelriktare beror på var man sätter växelriktarna. Med optimerare får man istället en komponent extra att montera på varje eller varannan modul. När det blir fel på en optimerare bökigare att byta än en strängväxelriktare, med tanke på att man måste upp på taket. Det kan också bli flera byten av optimerare vid olika tillfällen under livslängden. Å andra sidan har optimerarna 25 års garanti, så när det blir fel på optimerarna bör det gå på garantin.

  3. Håller med Bengt, bygg så skuggfritt som möjligt. Undvik att “bygga in” mer elekronik i en solcellsanläggning” Ju mer elektronik, desto mer komponenter som kan fallera.
    Kanske inte efter ett, två eller fem år, men under trettio års tid så kanske en eller flera komponenter sluta att fungera.
    Att byta ut optimeringsboxar beroende på hur många man har kan bli besvärligt.
    Tipsar om denna sidan om optimerare och lite utvärdering av dem.

    https://mcelectrical.com.au/blog/solaredge-inverter-optimiser-review/

  4. Det ska påpekas att det faktiskt säljs paneler utan bypassdioder eftersom de är tullfria medan aktiva solpaneler (med bypassdioder) räknas som elektronik och därför har tull. Eventuellt har detta ändrats på sistone.

    • Kan du eller någon annan ge exempel på något företag i Sverige som säljer solcellsmoduler utan bypassdioder? Har svårt att tro att det förekommer eftersom sådana moduler har så stora nackdelar vid skuggning, på grund av lägre solelproduktion och risk att skada modulerna på grund av “hot-spots”.

      First Solar har moduler i sitt sortiment som saknar bypassdioder (”Series 3” och ”Series 4”), som är avsedda för stora solcellsparker där man monterar modulerna i rader. Se deras ”Module Shading Guide”.

  5. Bengt, vet du om finns det relevanta standarder som sk optimerare ska klara?

      • Oroväckande Bengt, du har väl sådana på taket? Kanske har du höjt risken för brand avsevärt då?

        • Nja… Brandrisk är ett annat ämne, som jag inte nämnde i inlägget annat än att bypassdioder förhindrar risken för ”hot spots” som kan förstöra en solcell. Hör till saken att effektoptimerare marknadsförs som säkrare när brand inträffar i ett hus, då spänningen blir ofarliga 1 V per effektoptimerare om man stänger av elen till huset eller slår ifrån växelriktaren. En annan sak som du är inne på att är att man dubblar antalet kontakter på taket om man har en effektoptimerare per solcellsmodul, som vi har. Det ökar risken för brand på grund av DC-kontaktfel. Rent statistiskt skulle man kunna säga att risken för brand på grund av DC-kontaktfel därmed fördubblats, från en mycket låg brandrisk från början.

          Hittade en engelsk rapport från 2018 angående brand som kan vara av intresse, där det framgår att DC-kontaktfel inte varit den vanligaste brandorsaken i solcellsanläggningar: ”Fire and Solar PV Systems – Investigations and Evidence”. Man får ha i minnet att Storbritannien har 1,5 miljoner solcellsanläggningar enligt artikeln How Popular Are Solar Panels in the UK? från Greenmatch, medan Sverige hade ca 25 000 vid gångna årsskiftet.

          • Om en optimerare inte lever upp till några specificerade krav (jmf IEC 61215 för paneler) kan det kanske börja brinna i optimeraren p g a fel.
            Menar du att en optimerare utgör en korrekt frånskiljning enligt Elsäkerhesverkets krav?

            • Läste någonstans att optimerarnas frånskiljande funktion ibland slutar att fungera ex om de upphettas till 180 grader vid en brand, de ger således en FALSK trygghet åt räddningstjänsten då strömmen plötsligt kan släppas på utan förvarning…

              • @Tommy. Din slutsats är för långtgående som jag ser det.
                1. Branden kan vara någon annanstans i huset och brandkåren vill göra öppning i taket = OK.
                2. För att det ska bli en fara för en person måste man ha kontakt med spänningsförande delar och vara jordad. Om det är 180 grader på taket tror jag inte brandkåren ger sig ut där.

                • Fast brandkåren har ju uttalat sig om att de alltid i sin riskbedömning anser en solanläggning vara strömförande (om solljus når panelerna), och agerar utifrån det. Känns som rätt prioritering att inte riskera liv eller förlamning för en brandman på “det är troligen säkert”.

            • Enligt svensk standard SS 436 40 00 utgåva 2 (har inte senaste utgåvan tillgänglig, så brasklapp för eventuella ändringar) står
              “712.536.2.1.1
              Följande fordringar och anmärkning gäller som tillägg:
              Frånskiljare ska anordnas vid såväl likströms- som växelströmssidan av solcellsomriktaren, så att arbete utan spänning kan utföras på den.”

              Frånskiljningen sker i växelriktaren eller separat frånskiljare. Solar Edge har ett ”Declaration of Conformity” för ”Product type: Disconnect device for PV generators. Model: Safe DC disconnect mechanism. Use in accordance with regulations: Disconnection between a PV inverter and a PV generator.“

              Om det står i Elsäkerhetsverkets krav att frånskiljningen ska ske i effektoptimeraren föreslår jag att du ställer din fråga till Elsäkerhetsverket.

              PS. Kan du ge en länk eller källa till de krav från Elsäkerhetsverket som du refererar till?

  6. Grannen har 3st träd som är “ganska smala 1-2m men långa” men som kommer ge skugga en stund ibland under dagen.
    Nu är solen hög och står precis ovanför dom men det varierar så klart.
    Söderläge på taket och dom där 3 träden står i söderläge men med en gata mellan.

    Ska jag köra på optimerare eller inte?

    • Skuggningshandboken skriver på sidan 19 att “Ibland nämns vissa tumregler för hur skuggor kan hanteras. En sådan är att solceller inte bör placeras på ytor där avståndet till ett skuggande objekt är mindre än tre gånger höjdskillnaden dem emellan, i en sektor som är +/- 30 grader relativt norr, se Figur 13.” Kan vara nyttigt att be tilltänkt installatör att köra en simulering av solelproduktionen under ett år med träden inlagda för att se inverkan av skuggningen. Att fundera över är också om träden kommer att fortsätta att växa på höjden.

  7. och ett faktum kvarstår ju då ju optimerarena inte flyttar på skuggorna! så att sätta en optimerare på en skuggan olönsam panel gör ju panelen ännu midre lönsam påg av kostnaden för optimeraren.

  8. Tack för att du uppmärksammar det här, Bengt. Vi beklagar den missvisande informationen i brevet och har nu korrigerat detta så att vi förmedlar korrekt information till solcellsköparna.

    Med vänlig hälsning

    Ulf Elmgren
    Vattenfall Försäljning

    • Utmärkt! Jag vet att god kunskap om skuggning av solceller finns hos Vattenfall R&D. Nu hoppas vi också att andra företag som har eller har haft liknande felaktig information tar lärdom och följer ert exempel.

  9. Solcellsfunderingar.
    Trevligt att läsa kommentarer om skuggning mm. Mycket intressant. Själv äger jag en mindre anläggning med celler av relativt modernt utförande och placerade relativt skuggfritt. Produktionen ligger på ca 1000 kWh per installerad kW. Cellerna som är kinestillverkad innehåller dessa dioder och optimerare men mycket oklart dokumenterat vad det är. Växelriktaren är europeisk och är enligt min mening otroligt omodern. Måste vara utvecklade för 20 år sedan. Men utvecklingen går väl framåt liksom all annan utveckling. Men hur ser utvecklingen ut. När kommer celler som ger dubbla produktionen och växelriktare som har en bättre funktionalitet? En annan fråga ser ni några hinder på vägen.

    • Dagens växelriktare har 97-98% verkningsgrad så där finns inte så mycket mer att hämta. Däremot kommer väl andra funktioner att utvecklas mera, som automatisk felindikering, kombination med energilager etc.

      När en solcellsanläggning togs i drift vid ABB Corporate Research i maj 2005, där jag var projektledare för ett solcellsprojekt, hade modulerna 11,9% verkningsgrad. Idag har standardmoduler av kisel 17-18% verkningsgrad. I runda slängar 50% högre verkningsgrad till ett mycket lägre pris på 14 år. Det är uppseendeväckande, men många tänker nog mest på prisutvecklingen och glömmer bort den enorma utvecklingen i verkningsgrad som varit under 2000-talet. Med tanke på det fokus som är att gå ifrån fossil energi får vi hålla tummarna att den snabba utvecklingen i verkningsgrad fortsätter.

      Ett hinder för hög verkningsgrad är att för solceller som består att endast ett skikt är den teoretiskt möjliga verkningsgraden 33,7%, se artikeln Photovoltaic materials: Present efficiencies and future challenges från 2016. Det gör att man måste gå över till flerskiktssolceller för att nå högre verkningsgrader. Världsrekordet för solceller är idag 47,1% vid koncentrerat ljus och 39,2% när man inte koncentrerar ljuset, enligt NREL:s Best Resarch-Cell Efficiencies. Men får komma ihåg att detta är rekord satte på mycket små solceller i forskningslab. Det gäller inte kommersiella moduler som finns att köpa idag. Att kommersialisera en ny teknik framtagen i ett forskningslab tar tid och i vissa fall kanske det inte blir någon kommersiell produkt.

  10. Hej Bengt. Tack för mycket intressant lösning. Ursäkta att jag gräver i en gammal tråd.
    Skulle precis kasta mig över en anläggning med 48 paneler som jag avsåg fördela på tre ytor. Efter att ha läst på solcellskollen, https://www.solcellskollen.se/blogg/optimerare-till-solcellsanlaggningen-vi-reder-ut-vad-som-ar-bra-att-tanka-pa , så avsåg jag givetvis lägga massor med pengar på optimerare. Om jag har förstått dig rätt så är informationen på solcellskollen felaktig. Även om hela paneler eller delar av paneler i en sträng är skuggade så påverkas bara effekten i just dessa paneler av skuggningen. Jag har nämligen en skorsten som kommer att rulla en skugga över en del av anläggningen från kl 17. Under denna tid fungerar oberörda paneler som de ska trots effektbortfallet i de skuggade panelerna?

    • Det som skrivs på Solcellskollen kan möjligen vara lite förvillande då det först beskrivs ett hypotetiskt fall med moduler som saknar bypassdioder. Det skulle då räcka att skugga en enda solcell i en solcellsmodul för att sänka solelproduktionen i alla moduler i den strängen med seriekopplade moduler. Men så vill man av naturliga skäl inte ha det. Därför använder man bypassdioder i modulerna, vanligen tre per modul. Om man då skuggar låt säga en cell i en panel förlorar man en 1/3 av den modulens produktion när bypassdioden går in, resten av den modulen och övriga moduler påverkas inte av skuggningen, vilket också beskrivs lite längre ned i Solcellskollens inlägg. Det finns dock leverantörssidor som fortfarande felaktigt hävdar att skuggning av en modul påverkar alla moduler i en sträng, även om övriga moduler är oskuggade.

      First Solar har tunnfilmsmoduler med CdTe-solceller som saknar bypassdioder. De är tänkta att användas i stora solcellsparker där man inte har någon skuggning. Sådana moduler går dock inte att använda där man har skuggning på grund av sådana modulers extrema känslighet för skuggning.

Kommentarer är stängda.