Vår utbyggda solcellsanläggning

Den 27 november kördes vår utbyggda solcellsanläggning igång. Kraftpojkarna gjorde installationen den 26-27 november. Därefter tog det en vecka, till i fredags morse, innan jag fick helt ordning på loggningen. Återstår installation av en elmätare och lite justeringar av elinstallationen i vår groventré.

Moduler

Fem nya moduler installerades och vi har nu totalt 19 moduler. Tre av de nya är från kinesiska ECSOLAR och två från amerikanska Sun Power. Effekten höjdes till 4,794 kW från tidigare 3,36 kW. Tabellen här nedan visar vilka moduler vi har och deras prestanda.

När vi lät installera vår solcellsanläggning 2010 försökte vi få tag i moduler från Sun Power, men det gick inte då. Sun Power är modulernas Rolls Royce, med världens högsta verkningsgrad för kommersiella moduler som används vid husinstallationer och i solcellsparker. Sun Power har i E21-serien moduler med 21,5% modulverkningsgrad. Två av våra nya moduler är från E20-serien och de uppges ha 20,4% modulverkningsgrad  som uppmätt medelvärde i produktionen enligt databladet. Räknar man ut verkningsgraden med hjälp av märkeffekt och yta blir den 20,1% och det är denna verkningsgrad som bör jämföras med de övrigas. Ja, vi sprängde 20%-vallen! En av modulerna från Sun Power sitter på ett västvänt tak och en på ett östvänt tak. De övriga modulerna sitter på sydvända tak (knappt 10° mot öster).

Intressant är att Sun Power också har en bättre effektgaranti än standardmoduler. Efter 5 år garanterar de minst 95% och efter 25 år minst 87% av märkeffekten medan standardmoduler garanterar minst 80% av den märkeffekten efter 25 år. Se Figur 1 nedan som visar hur Sun Power presenterar detta och det ser ut att vara en övertygande stor skillnad mot standardmoduler. Men kom ihåg att bara för att det finns dessa effektgarantier betyder det inte att moduler strikt följer de kurvor som Sun Power ritat in i sina diagram. De få undersökningar som publicerats av solcellsmoduler som varit under drift i lång tid i Sverige tyder på att degraderingen är betydligt lägre än effektgarantiernas värden. Det kallare klimatet i Sverige är till förmån för solcellsmodulernas åldring.

Figur 1. Effektgaranti för moduler från Sun Power i jämförelse med de 15 största modultillverkarna. Källa: Datablad SunPower E-series Residential Solar Panels / E20-327.

Figur 1. Effektgaranti för moduler från Sun Power i jämförelse med de 15 största modultillverkarna. Källa: Datablad SunPower E-series Residential Solar Panels / E20-327.

För rymdtillämpningar och i koncentrerade solcellsystem används multiskiktsolceller med högre verkningsgrad, men de kostar så mycket mer att de inte används annars.

Värt att notera är de Sanyo (nu Panasonic) HIT-moduler med 17,3% verkningsgrad vi köpte 2010 står sig väl i konkurrensen idag. Standardmoduler idag ligger runt 16% verkningsgrad. Våra tre nya moduler från ECSOLAR har 16% verkningsgrad.

När ABB Corporate Research i Västerås byggde en solcellsanläggning 2005 användes moduler med 11,9% verkningsgrad. På tio år har modulverkningsgraden för standardmoduler ökat med ca 4%, vilket gör en ökning med i genomsnitt 0,4% per år och i relativa tal är modulverkningsgraden idag drygt 30% högre än 2005 för kommersiella moduler i massproduktion. Det tycker jag är en väldigt bra förbättring! Och en faktor som vanligen glöms bort när man pratar om varför solcellssystem har blivit så mycket billigare under senaste decenniet.

Media undrar ibland när tekniksprånget kommer för solceller. Tror inte att de tänkt på en förbättring av verkningsgraden på drygt 30% på bara tio år borde kallas ett tekniksprång. Har svårt att tro att någon ny teknik kommer att ge ett större tekniksprång än så för kommersiella solcellsmoduler i storskalig produktion under det kommande decenniet. Det är en sak att visa något i ett forskningslab på någon-några cm2 stor yta och en annan sak att lyckas ta ett forskningsresultat till en konkurrensmässig kommersiell produkt i massproduktion. Det tar lång tid som kräver uthållighet och kräver mycket pengar samt att man lyckas med en uppskalning till tillräckligt låg tillverkningskostnad.

Tabell 1. Data för våra solcellsmoduler. När det gäller tolerans på märkeffekten hade de två modulerna från Sun Power två olika angivelser, därför anges två värden i tabellen. Verkningsgraden 20,4% för modulerna från Sun Power anges vara uppmätt medelvärde i produktionen enligt databladet. Räknar man ut verkningsgraden med hjälp av märkeffekt och yta blir den 20,1% och det är den som bör jämföras med de andra modulernas verkningsgrad.

Modulbeteckning Sanyo HIT-240HDE4 Sun Power SPR-E20-327 ECSolar 260M60 Summa
Celltyp Si HIT Si mono Si mono
Driftstart 2010-10-28 2015-11-27 2015-11-27
Antal moduler 14 2 3 19
Märkeffekt per modul (W) 240 327 260
Summa märkeffekt per modultyp (W) 3 360 654 780 4 794
Yta per modul (m2) 1,39 1,63 1,63
Summa modulyta (m2) 19,4 3,3 4,9 27,5
Modulverkningsgrad 17,3% 20,1%
(20,4%)
16,0%
Tolerans märkeffekt -5% / +10% -3% / +5%
-0%/ +5%
+0% / +3%
Temperaturkoefficient effekt (%/°C) -0,30 -0,38 -0,40
Effektgaranti moduler Minst 80% efter 20 år Minst 95% efter 5 år, därefter högst -0,4%/år till 25 år => 87% efter 25 år Minst 90% efter 12 år Minst 80% efter 25 år

Effektoptimerare

Varje modul har en effektoptimerare (“power optimizer”) av modell P300 från Solar Edge, förutom de två modulerna från Sun Power som har modellen P500, som klarar upp till 500 W. De är av typen som man monterar i efterhand eftersom de även monterades på våra gamla moduler. Numera är effektoptimerarna vanligen inbyggda i modulen, som en ersättning för kopplingsboxen på modulens baksida.

Varje effektoptimerare har en MPPT (Maximum Power Point Tracker) och en DC-DC omvandlare som gör att man kan få högsta möjliga effekt ur en modul under rådande förhållanden genom att justera spänning och ström på modulerna i en sträng. Effektoptimeraren ger DC ut, till skillnad mot en modulväxelriktare som ger AC ut.

Alla 19 moduler sitter i en sträng. När man har effektoptimerare på varje modul kan man ha moduler i olika väderstreck, med olika lutningar och med olika moduler i en sträng. Vi har nu tre olika moduler och tre olika väderstreck.  Med vanliga växelriktare ska man inte göra sådana blandningar i en sträng eftersom man då sänker produktionen i hela strängen.

För 3-fasanslutningar behövs minst 16 moduler i serie med den effektoptimerare vi har, för att man ska komma upp i tillräcklig DC-spänning till växelriktaren. Vid 1-fasanslutning räcker det med minst 8 moduler i serie. En erfarenhet från utvärderingen av systemen i MW-parken är att man gärna kan ha lite fler moduler än det minsta antalet i serie för att ha lite marginal.

Verkningsgraden för optimerarna är 98,8% (viktad, max är 99,5%). Man förlorar alltså 1,2% av energin i effektoptimerarna.

Fördelar med effektoptimerare är

  • Man blir mindre känslig för variationer i solinstrålning på en solcellsanläggning på grund av att den är delvis skuggad (träd, grannhus, takkupor, installationer på taket, flaggstänger, …), snötäckt eller nedsmutsad (löv, fågelspillning,…). Om en modul skuggas minskar produktionen i en sträng av seriekopplade moduler teoretiskt mindre om man har effektoptimerare än om man har en sträng utan optimerare. Detta ger en ökad solelproduktionen om effektoptimerarna gör att man kan öka produktionen med mer 1,2% (= förlust i effektoptimerarna).
    Det ska bli intressant att se vilken verkan detta får i praktiken eftersom vi har skuggning morgon-förmiddag och kväll från omgivande träd.
  • På motsvarande sätt som ovan blir man mindre känslig för variationer i prestanda mellan olika modulerna, “mismatch”-förlusterna minskar. Dels har modulerna redan från start lite olika prestanda (spridning inom en given tolerans), dels kan modulerna degraderas i olika takt i en sträng vilket kan göra att denna “mismatch” kan förstärkas med tiden.
  • Flexibel installation. Väderstreck, lutningar och modultyper kan blandas. Strängar med olika längd kan också blandas.
  • Loggning på varje modul. Detta är en bra sak som jag gillar. Vem som helst kan enkelt upptäcka om en modul producerar mindre än vad den borde eftersom man får en överskådlig presentation av vad varje modul producerar. Det blir då lätt att se om något moduls produktion avviker från de andra. Man ser också direkt vilken modul som underpresterar.
    Om man har någon form av strängmätning och man upptäcker att det verkar vara fel på en modul i en sträng, då vet man bara att någon av modulerna har ett fel. Man måste göra mätningar på varje enskild modul för att se vilken av modulerna som är felaktig. Det är rätt omständligt och inget som vem som helst kan göra själv.
  • Stänger man av växelriktaren ger varje modul bara 1 V DC. Det är en ofarlig spänning, även när modulerna är seriekopplade. I vårt fall blir strängspänningen 19 V när växelriktaren inte är i drift eftersom vi har 19 moduler. Det gör att elarbeten och bekämpning av bränder i byggnader med solceller blir säkrare.
    En mätning av strängspänningen visar också om man kopplat in alla modulerna korrekt. Om man misslyckats med någon inkoppling ser man det genom en enkel mätning av strängspänningen. Om vi exempelvis fått 18 V istället för 19 V hade det betytt att en modul inte varit inkopplad i strängen.
    I en installation med moduler utan effektoptimerare kan strängspänningen vara flera hundra volt, även när växelriktaren inte är i drift, och det ger en viss risk vid arbeten under installationen och vid service.

Nackdelar med effektoptimerare är

  • Investeringskostnaden ökar, som ska vägas mot fördelarna enligt ovan.
  • Antalet komponenter ökar i systemet. Risken för komponentfel ökar därmed. Å andra sidan ger fel på en effektoptimerare att vi bara skulle tappa produktionen från en modul och inte från alla moduler om vi haft en traditionell växelriktare som felat. Solar Edge ger 25 års garanti på effektoptimerarna.

Växelriktare

Den nya 3-fas växelriktaren från Solar Edge är av modell SE5K med 5 kW toppeffekt. Den har en verkningsgrad på 97,3% (viktad Euro). Vi hade tidigare en 1-fas växelriktare av modell Sunny Boy 3000TL från SMA med 96,3% Euro-verkningsgrad. Vår nya växelriktare är något överdimensionerad med tanke på att den installerade moduleffekten är 4,794 kW. Vanligen väljer man en växelriktare som har lägre effekt än den installerade moduleffekten.

Med en 3-fas växelriktare kan vi använda solel på alla tre faserna i vårt hus och inmatat överskott till nätet sker på alla tre faserna. Det bör glädja vår nätägare Vattenfall eftersom vi tidigare bara matade in överskott på en fas.

Inspänningen till växelriktaren ligger konstant på 750 V, utom vid låg solinstrålning (en kortare stund på morgon och kväll vanligen) då optimerarna inte klarar av att få upp strängspänningen till 750 V.

Växelriktaren har två fläktar för kylning om den blir för varm. Kan kanske bli aktuellt till sommaren eftersom vår groventré blir varm. Vi har en 750 l ackumulatortanken där och när solfångarna för varmvatten går för fullt blir det varmare i groventrén än i resten av huset. Fläktar vill man helst inte ha. De är en svag punkt och risken är att de falerar så småningom. Vid varje uppstart av växelriktaren görs en kontroll av fläktarnas funktion så jag antar att man får ett felmeddelande om en fläkt slutar att fungera. Solar Edge har en ny växelriktarmodell på gång utan fläktar, men den fanns visst bara för 1-fas växelriktare för närvarande.

Elinstallationsreglerna SS 436 40 00 i Sverige kräver idag att man har brytare med lastfrånskiljaregenskaper på både DC- och AC-sidan av växelriktaren. Se info i foruminlägget DC-brytare. Brytaren i Solar Edge växelriktare är godkänd internationellt att användas som DC-brytare. Man slipper därför installera en separat DC-brytare.

Elmätare

En separat ABB-elmätare används för att mäta solelproduktion, för att kontrollera hur noggranna värden växelriktaren ger. Den gamla elmätaren var 1-fas visade det sig, så den behöver bytas ut. En ny är beställd.

Vi mäter även inkommande och utgående el i huset med hjälp av tre strömtransformatorer, en per fas, från WattNode. Gäller att vända strömtransformatorerna rätt, de vändes fel till en början och då blev de uppmätta värdena för inkommande och utgående el i huset omkastade… De är kopplade till loggningen. Vi kan bara mäta den el som går in och ut ur huset. Den el som går till garaget kunde vi inte få med i denna mätning, då hade hela elcentralen behövt byggas om. Via elmätningarna kommer vi att kunna få en grafisk presentation av

  1. köpt el till huset
  2. inmatat överskott av solel till nätet eller garaget
  3. producerad solel – mätvärden från växelriktare. Vi mäter även med en separat egen elmätare men data från den går inte (?) att ta in i loggningssystemet
  4. el som huset använder – beräknas som köpt el + producerad solel – överskott av solel som matas in till nätet
  5. egenanvänd solel i huset – beräknas som producerad solel – överskott av solel som matas in till nätet eller garaget

Vi har dessutom elmätare

  • i garaget – vår egen elmätare
  • i anslutningspunkten, som mäter köpt el till hus + garage och överskott av solel som matas in till nätet – Vattenfalls elmätare

Mätning av solinstrålning och solcelltemperatur

En sensorbox av modell Si-01TC-T från Ingenieurbüro Mencke & Tegtmeyer GmbH används för mätning av global solinstrålning och solcelltemperatur. Den har en referenssolcell av monokristallint kisel och en temperatursensor som är laminerad på baksidan av referenssolcellen. Det ger en mycket robustare lösning än att ha en lös temperatursensor som limmas på baksidan av en solcellsmodul. Det är också en fördel med en referenssolcell av kristallint kisel. Vår gamla referenssolcell av amorft kisel från SMA har visats vara för instabil enligt arbeten i IEA PVPS Task 13.

En limmad temperatursensor på baksidan av en solcellsmodul lär ha stor sannolikhet att lossna förr eller senare, det hade vår gamla redan gjort två gånger under de fem år den användes. Det gäller också att sätta en sådan sensor mitt på en modul och mitt för en solcell, enligt råden i IEA PVPS Task 13. Om man inte tänker sig för kan en limmad temperatursensor hamna mellan solceller i modulen och då blir celltemperaturmätningen felaktig.

Genom att mäta den globala solinstrålning i modulplanet kan man få en uppfattning om hur effektiv en solcellsanläggning är.

Loggning

Data samlas in av en nätverksnod (“gateway”) som agerar som “master” och som skickar data till Solar Edge server för lagring. Nätverksnoden är ansluten till Internet via en router. Växelriktaren är via RS485 kopplad som “slave” till nätverksnoden. Sensorboxen för solsinstrålning och solcelltemperatur är också kopplad till denna nätverksnod, liksom även strömmätningen med strömtransformatorer på den inkommande och utgående elen i huset.

Det var trixigt att få ordning på kopplingarna (mellan växelriktare – nätverksnod – elmätning) och på inställningarna i växelriktaren och i nätverksnoden. Det blev många konsultationerna av Kraftpojkarna. Elmätningen och nätverksnoden är rätt nya produkter även för dem, så de lärde sig väl en del också. Skrev även till Solar Edge support. Deras respons var snabb, mail besvarades samma dag. När allt verkade OK och data fortfarande visades felaktigt i webbportalen blev jag tvungen att ringa Solar Edge support i Tyskland. Den jag pratade med fann då inom en kort stund att programvaran i nätverksnoden behövde uppdateras. Han fixade det via webben och 20-30 minuter senare var allt frid och fröjd! Det var ett fel som var omöjligt att genomskåda för mig eftersom det inte stod i någon instruktion vilken version av programvara som krävdes i nätverksnoden.

Webbportal

Produktionsdata presenteras i den webbportal som Solar Edge har. Välj “Montoring Portal Log-In” upptill på sidan och välj “Public Sites” längst ner på inloggningssidan. Om man söker på “Sweden” hittar man nu 72 svenska solcellsanläggningar som visar sina data publikt.

Vår solcellsanläggning heter Geddeholm 73. Stavningen borde vara Gäddeholm, men åäö gillades inte i portalen. Borde kanske döpas om till Geddeholm PV* research center, :-). Uuumm var Marias kommentar.

*PV = Photovoltaics = Solceller

Figur 2. Vår solcellsanläggning. På kökstaket till vänster syns de tre nya modulerna från ECSolar. De två modulerna från Sun Power på taken mot väster och öster syns inte i denna bild. Längst upp till vänster sitter 10m2 solfångare, installerade 2006. 2 december 2015.

Figur 2. Vår solcellsanläggning. På kökstaket till vänster syns de tre nya modulerna från ECSolar. De två modulerna från Sun Power på taken mot väster och öster syns inte i denna bild. Längst upp till vänster sitter 10m2 solfångare, installerade 2006. 2 december 2015.

Figur 3. Östvänt tak med en modul från Sun Power. På motsatt sida sitter en likadan modul mot väster. 2015-02-02.

Figur 3. Östvänt tak med en modul från Sun Power. På motsatt sida sitter en likadan modul mot väster. 2015-02-02.