Bengts nya villablogg

Solceller på varje hus i framtiden

Bengts nya villablogg

Liten skugga påverkade solelproduktionen

Eftersom vi nu har Solar Edge effektoptimerare (“power optimizer”) på varje modul och har moduler i tre olika väderstreck och tre olika sorters moduler är det spännande att titta på solelproduktionen för varje modul.

Figur 1 visade hur effekten varierade den 1 december för två moduler som satt ovanför varandra, till höger om vår takstege. Jag hade svårt att förstå varför den lägre sittande modulen gav lägre energi under dagen, det blev 41% mer solel från den övre modulen under dagen. Snön som hade kommit ett drygt dygn innan borde ha smält bort dagen innan eftersom det var sol då.

När jag på förmiddagen dagen efter stod och tittade ut genom fönstret under ett telefonsamtal gick det upp en talgdank. Stegen… Stegen till taket hade jag satt ett hack längre upp än tidigare, så att den nu stack upp längre än tidigare ovanför takfoten. Yep, den skuggade ett hörn på den modul som producerade mindre, se fotot i Figur 2.

Stegen åkte ner och dagen efter var effekten från de två modulerna lika, se Figur 3.

Detta hade jag knappast upptäckt utan möjligheten att följa produktionen för varje modul. Med tidigare stränglayout med sju moduler i en sträng hade detta i sämsta fall kunnat påverka hela strängens produktion. I bästa fall hade en by-pass diod i den skuggade modulen aktiverats och då hade bara produktionen från 1/3 av en modul tappats.

Minskad solelproduktion på grund av partiell skuggning från exempelvis träd, grannhus, flaggstänger, takkupor eller andra takinstallationer är förmodligen relativt vanligt för småhus. Att ha ett skuggfritt tak är sannolikt viktigare för god solelproduktionen än att ha exakt rätt taklutning och väderstreck.

Figur 1. Jämförelse av effekten från modul 7 och 12 med skuggande stege ovanför takfoten. 1 december 2015.

Figur 1. Jämförelse av effekten från modul 7 och 12 med skuggande stege ovanför takfoten. 1 december 2015.

Figur 2. Stege skuggar hörnet av en modul 12. Modul 7 sitter rakt ovanför modul 12.

Figur 2. Stege skuggar hörnet av en modul 12.Modul 7 sitter rakt ovanför modul 12.

Figur 3. Jämförelse av effekten från modul 7 och 12 utan skuggande stege ovanför takfoten. 3 december 2015.

Figur 3. Jämförelse av effekten från modul 7 och 12 utan skuggande stege ovanför takfoten. 3 december 2015.

Skuggning av solcellerna minskar utbytet

Det är välkänt att om man skuggar en del av en solcellsanläggning kan effekten minska rejält. Skuggning under en del av dagen är nog den vanligaste orsaken till att solelproduktionen blir mindre än den maximala.

När jag tittade lite närmare på 1 december som var den bästa decemberdagen hittills för vårt hus blev nedanstående diagram illustrativa. Det ena visar medeleffekten från växelriktaren i 5-minutersintervall under dagen. Man ser att kurvan är osymmetrisk på förmiddagen, vilket beror på att träd öster om vårt hus skuggar den östra delen av vår solcellsanläggning. Även sent på eftermiddagen kan vi ha en skuggning från träd en bit väster om huset, speciellt vintertid när solen står lågt.

Det andra diagrammet visar effekten från växelriktaren vid olika tider på dagen som funktionen av solinstrålning. För mätning av solinstrålningen används en SMA referenssolcell av amorft kisel som sitter med samma lutning som modulerna strax väster om mitten av solcellsanläggningen. Det betyder att en bit in på förmiddagen har referenssolcellen full sol utan skuggning medan den del av solcellsanläggningen som är öster om referenssolcellen delvis skuggas av trädens grenverk (se den röda kurvan). Fram till kl. 11.00 minskar delbeskuggningen effekten rejält hos solcellerna i den östra delen av anläggningen. Timmen innan kl. 11.00 tappade vi ca 40% solelproduktionen på grund av denna delbeskuggning.

Sens moral. När man planerar sin anläggning måste man tänka på om delar av taket skuggas under en del av dagen. Speciellt måste skuggning mitt på dagen undvikas, är det under morgon och kväll eller kanske endast vintertid är det mindre allvarligt.  Om det är små ytor kan man försöka undvika dem vid installationen eller alternativt försöka flytta på eller möjligen ta bort det som skuggar taket. Träd, närliggande hus, flaggstänger och dess flaggor, lyktstolpar, skorstenar, takkupor och installationer på taket är exempel på sådant som kan innebära skuggproblem. Har även sett exempel på att en elledning i luften en bit ifrån en solcellsanläggning gjorde att det blev lite lägre utbyte för de moduler som skuggades av elledningen.

Detta var för övrigt blogginlägg 550, ett litet jubileum… Det finns dessutom en del fasta sidor och nästan 2500 kommentarer på bloggen. Det är också ca 15 000 spaminlägg som fastnat i bloggens spamfilter och det har ökat kraftigt från och med september i år. Under november var det i genomsnitt 142 spaminlägg per dag och under december har det passerat 200 per dag, bedrövligt att det skickas så mycket skräp!

PS 8/12. Se även skuggningsexperiment jag gjorde den 6 april i år. I det inlägget finns även en bild som visar hur närliggande träds grenar ger delbeskuggning.

På vår SMA växelriktare Sunny Boy 3000TL-20 var jag tvungen att ändra en inställning för att den ska använda “Optitrac Global Peak” för att växelriktaren ska fungera bättre vid delbeskuggning, se inlägg från 18 januari 2011.

SMA har ett par nyttiga sidor om skuggning: Optitrac Global Peak (illustrativ animering) och Made for Shade.  Hos oss verkar dock inte “Optitrac Global Peak” ge så stor fördel som anges i SMA:s artiklar.

Medeleffekt mätt i 5-minutersintervall den 1 december 2013.

Medeleffekt mätt i 5-minutersintervall den 1 december 2013.

Medeleffekt mätt i 5-minutersintervall som funktion av uppmätt solinstrålning i modulernas plan den 1 december 2013.

Medeleffekt mätt i 5-minutersintervall som funktion av uppmätt global solinstrålning i modulernas plan den 1 december 2013.

Referenssolcell med smältande frost en novembermorgon.

Referenssolcell med smältande frost en novembermorgon.

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.

Årsbästa för solcellerna

Idag var det en härligt solig dag med 3-5 plusgrader under dagen. Det blev 10,95 kWh solel idag vilket var något bättre än gårdagens 10,62 kWh, som var föregående årsbästa.

I nedanstående diagram har jag jämfört solelproduktionen från en av solcellsväxelriktaren på KTH. Den anläggningen på 10,08 kW har liksom vår en SMA Sunny Boy 3000 TL växelriktare, med 3,36 kW per växelriktare. KTH-anläggningen sitter högt på ett tak och är därmed helt oskuggad. Det är en bra referens när vi vill se hur mycket skuggning vi har från omgivande träd under morgon-förmiddag och kväll.

Skuggning under en del av dagen är nog generellt den faktor som mest påverkar solelproduktionen för solcellsanläggningar i Sverige. Man bör redan vid planeringen studera om det är något som skuggar den tänkta placeringen, om skuggning kan undvikas eller om det går att justera placeringen för att minimera skuggning. Därmed inte sagt att vi ska göra kalhyggen på alla hustomter med solceller, även träd har sitt värde, :-).  Allvarligast är förstås att ha skuggning mitt på dagen då solelproduktionen är som störst.

Jämförelse solelproduktion 3 mars 2012 mellan Gäddeholm och KTH (normerat).

Jämförelse solelproduktion 3 mars 2012 mellan Gäddeholm och KTH (normerat).

En lysande skridskodag idag. Bengt på Granfjärden.

En lysande skridskodag idag. Bengt på Granfjärden.

Första året gav våra solceller 2912 kWh

Vår nya solcellsanläggning kördes igång på morgonen den 28 oktober ifjol. Till och med 27 oktober i år producerade den 2912 kWh enligt elmätaren för solcellerna. Detta blir 867 kWh/kW.

Med tanke på att vi har skuggning av omgivande träd morgon och kväll var det svårt att i förväg veta exakt hur mycket solel vi skulle producera. Jag hade försiktigtvis räknat med åtminstone 800 kWh/kW, vilket baserades på erfarenheter av en 3 kW solcellsanläggning installerad 2005 på ABB Corporate Research. Det slog vi med råge!

Men man ska ha i minnet att det under januari-september i år varit 5% soligare än normalt (för tidsperioden 1961-1990), enligt SMHI:s mätningar i Stockholm. Vi bor visserligen i Västerås, 8-9 mil fågelvägen från Stockholm, men mönstret vad gäller solinstrålningen borde vara detsamma i Västerås.

En slutsats är att skuggning har större betydelse än att man har exakt rätt orientering (rakt mot söder bäst) och lutning (41 grader mot horisontalplanet teoretiskt bäst i Västerås). Förutom träd är skorstenar, omgivande byggnader, flaggstänger och lykstolpar exempel på föremål som kan ge skuggning. Vid nybyggnation bör man redan från början tänka på detta, eftersom missar i planeringen kan vara omöjliga att åtgärda när väl huset står på plats.

När det gäller lutningen ger 10 graders avvikelse från den optimala teoretiskt bara 1-2% förlust i årsproduktion vid orientering rakt mot söder. I praktiken kan det dock bli annorlunda här i Sverige eftersom vi lever i ett land där det snöar på vintern. Det är bättre att ha högre lutning än den teoretiskt bästa än att ha lägre lutning, då problem med snö, löv och smuts blir mindre eftersom modulerna lättare rengör sig själva vid en högre lutning.

Solelproduktion per dygn första året.

Solelproduktion per dygn första året.

Skuggning från träd påverkar våra solceller

I inlägget den 16 november 2010 skrev jag lite om vår skuggning av solcellsanläggningen, som uppträder under morgon och kväll på grund av omgivande träd och som gör att vi förlorar en del energi.

Idag fick vi ”all time high” med 16,25 kWh under dagen! I diagrammet nedan har jag jämfört effekten från vår växelriktare med gårdagens effekt från den bästa växelriktaren på KTH, där jag normerat toppeffekten för vår växelriktare till KTH-växelriktaren för att lättare kunna se skillnader som beror på skuggning mellan effektkurvorna. Anläggningarna har samma modell av växelriktare, Sunny Boy 3000 TL, och har båda 3,36 kW nominell effekt per växelriktare.

I diagrammet kan man se att solhöjden fortfarande är för låg för att undvika skuggning speciellt på morgonen men även lite på kväll hos oss.

En annan intressant detalj är att för KTH-anläggningen når effekten för två av de tre växelriktarna 2999 Watt kl. 11.45 och ligger på 2998-2999 Watt fram till 12:30. Sedan saknas loggade värden under en halvtimme och 13:05 när det åter finns loggade värden är effekten 2987 Watt respektive 2996 Watt för de två växelriktarna. Varför loggade värden saknas under en halvtimme vet jag inte men under den föregående trekvarten begränsades effekten uppenbarligen av växelriktarens maxeffekt.

Vår växelriktare nådde som mest 2752 Watt under den bästa 5-minutersperioden i dag. Undrar vilket maxvärdet är för vår växelriktare? Det högsta loggade 5-minutersvärdet är från 31 mars då det var 2899 Watt. Det högsta momentanvärde jag har läst av manuellt via Sunny WebBox är 3011 Watt i samband med att solen passerade en molnkant och då värdet kortvarigt blev strax över 3000 Watt på grund av reflektion i molnet.  

Jämförelse växelriktareffekt Gäddeholm och KTH

Jämförelse växelriktareffekt Gäddeholm och KTH

 

Spänningsvariationer hos solcellerna

I inlägget den 30 mars visade jag en kurva på hur DC-spänningen från solcellerna varierade. Dessa värden var för 5-minutersintervall. Dagen efter läste jag av momentanvärden genom att titta på de värden som visas av Sunny Webbox.  Under morgonen, då åtminstone den östra halvan av solcellsanläggningen var delvis skuggad lästa jag av 200 värden under en dryg halvtimme, se diagram nedan. Spänningen varierade med så pass mycket som ±13% vid en effekt på ca 500 Watt. I teorin borde spänningen ha varit relativt konstant inom detta begränsade effektintervall.

Gjorde om det hela strax efter kl 13 i full sol då jag läste av 100 värden under ca 20 minuter. Då varierade spänningen bara ±3%.

Det vore lite intressant att veta hur växelriktarens algoritm arbetar för att hitta punkten för maximal effekt. Växelriktaren har en MPPT (Maximum Power Point Tracker) som söker den maximala effekten. I den Sunny Boy 3000 TL vi har från SMA har den en funktion som gör att den lättare ska hitta maximum vid delbeskuggning. SMA har något de kallar ”OptiTrac Global Peak” som ser till att växelriktaren hittar ”rätt” maximum och inte bara ett lokalt maximum för effekt. Mer om detta kan man läsa om på SMA:s hemsida under ”Made for shade”.

Globala och lokala effektmaximum. Från SMA "Made for shade".

Globala och lokala effektmaximum. Från SMA “Made for shade”.

Spänningsvariationer på morgonen den 31 mars.

Spänningsvariationer på morgonen den 31 mars.

Spänningsvariationer mitt på dagen den 31 mars.

Spänningsvariationer mitt på dagen den 31 mars.

SMA växelriktare – viktig inställning vid skuggning

Vi har en SMA Sunny Boy 3000TL-20 växelriktare. En marknadsförd finess med den är att den ska ge ett högre utbyte vid delbeskuggning av solcellsmodulerna eftersom den har en funktion som gör att den hittar den högsta maxeffekten även vid delbeskuggning.

När jag före jul satte och bläddrade i menyerna för Sunny WebBox såg jag att det fanns en inställning för ”MPPShdw.IsOn”. Jag tyckte det var lite skumt att den stod på ”No” som grundinställning. Den borde rimligen vara på ”Yes” om man vill utnyttja fördelarna vid delbeskuggning, så jag ställde om den till ”Yes”. Vi har skuggning av modulerna morgon och kväll på grund av träd i husets närhet.

För mig tog det nästan två månader att hitta detta och de som tror att allt är fixat och klart när installationen är gjord skulle inte ha hittat denna inställning över huvud taget. För att kolla att mitt antagande var riktigt skickade jag ett mail till både SMA Serviceline och vår anläggningsleverantör om inställningen av ”MPPShdw.IsOn”.

SMA Serviceline svarade på julafton(!), inom ett dygn från det att jag skickade min fråga. Vilken service!! Svaret löd ”If you have shadowing in the morning and in the afternoon it is correct to set the value to YES in your webbox.”  SMA har blivit gigantiskt stora med mångmiljardomsättning och de kan därför kosta på sig en sådan här service. För svenska små leverantörer är det nog knepigare att hinna med att svara på alla frågor, i vart fall har vår leverantör inte svarat ännu.

På SMA:s hemsida finns en hel del att läsa om effekterna av skuggning, se artiklarna ”OptiTrac Global Peak” och ”Made for shade”.

Solcellerna bör inte skuggas

En av de saker som påverkar solelproduktionen mest är om alla eller en del av solcellsmodulerna skuggas under en del av dagen. På vårt tak får vi skuggning morgon (se foto) och kväll av omgivande träd. Mest påverkan är det på morgonen, men vi kan inte gärna såga ner en stor och härlig lind för att få lite mera solel. Vi får stå ut med den förlusten.

Morgonskugga på solcellsmodulerna

Frost kvar i skuggan

Diagrammet nedan visar en jämförelse av solinstrålningen mätt med en likadan referenssolcell på vårt tak och på ett tak på KTH i Stockholm under en klar dag den 8 november. Jag har normerat kurvorna så att maximum ligger på samma värde. KTH-anläggningen på ett högt beläget tak har inte någon som helst inverkan av skuggning under dagen. Kurvorna visar tydligt hur skuggning morgon och kväll ger mindre solinstrålning och därmed lägre solelproduktion hos oss.

Solinstrålning Gäddeholm jämfört med KTH

Jämförelse solinstrålning Gäddeholm och KTH