Samband soltimmar och solstrålning?

Det kom en fråga om avsaknaden av Koster i tidigare inlägg om solstrålning. Det berodde på Nordkoster saknades i den preliminära statistiken från SMHI för maj månad.

SMHI redovisar mätningar av global solstrålning mot en horisontell yta för 17 mätstationer under 2017. Soltimmar redovisas vid 22 stationer under 2017, där man saknar mätning av globalstrålning vid fem av dessa. Hoburg på Gotland låg i topp 2017 både vad gäller solstrålning och soltimmar enligt tabellen här nedan.

I diagrammet nedan visas global solstrålning som funktion av antalet soltimmar under 2017. I grova drag kan man säga att solstrålningen ökar med antalet soltimmar, men det är inget strikt och tillförlitligt samband. Exempelvis hade Luleå med 1 774 soltimmar 60% fler soltimmar än Tarfala med 1 107 soltimmar under 2017, men den globala solstrålningen var bara 1,5% högre i Luleå.

Slutsats
Solcellsägare ska använda solstrålning vid jämförelser mellan olika orter och inte soltimmar.

Globalstrålning
Global solstrålning är den totala solstrålningen som träffar en yta och den är summan av direkt, diffus och reflekterad solstrålning. Detta värde talar till skillnad från soltimmar om hur mycket energi som strålar in mot en horisontell yta per m2.

Soltimmar
SMHI mäter vad de kallar solskenstid i timmar, vilket förenklat uttryckt blir soltimmar. Solskenstiden definieras som den tid då den direkta solstrålningen överstiger 120 W/m2. Oavsett om den direkta solinstrålningen är 125 W/m2 eller 800 W/m2 blir det alltså bara en soltimme. Den säger ingenting om den instrålade energin under den timmen och därmed ingenting om hur mycket solel som man kan producera under denna timme. Dessutom kommer inte dagar eller timmar med molnigt väder med i dessa mätningar.

Läs mer i inlägget Vad är soltimmar, drifttimmar och fullasttimmar?

Global solstrålning som funktion av antalet soltimmar under 2017. Data från SMHI.

Station Soltimmar (h) Global solstrålning (kWh/m2)
Hoburg 2163 1147,9
Svenska Högarna 2095 1074,1
Visby 2060 1089,1
Karlskrona 2041
Nordkoster 2009 1034,9
Uppsala-Ultuna 1895
Stockholm 1867 990,6
Karlstad 1804 997,4
Norrköping 1796 1009,4
Luleå 1774 884,0
Falsterbo 1720
Umeå 1715 886,7
Borlänge 1707 942,8
Göteborg 1618 972,6
Lund 1577 925,9
Kiruna 1486 799,9
Växjö 1453 935,1
Abisko 1448
Östersund 1438 862,1
Katterjåkk 1347
Storlien-Visjövalen 1319 851,3
Tarfala 1107 871,2

Vad är soltimmar, drifttimmar och fullasttimmar?

I dagarna skriver medier om att vi haft rekordfå soltimmar under november, exempelvis DN “Bara två soltimmar i Stockholm” den 16 november. En reporter från Vestmanlands Läns Tidning ringde igår och undrade om jag visste hur många soltimmar Västerås haft i november. Den närmaste mätstationerna SMHI har som mäter soltimmar är i Stockholm och i Uppsala. SMHI har ingen sådan mätstation i Västerås.

Undrans hur många som kan förklara vad en soltimme är? Det var inte helt lätt att förklara för reportern från VLT att den globala solinstrålning som vanligen mäts om man mäter solinstrålningen för en solcellsanläggning är något helt annat än soltimmar. Här kommer en liten förklaring till begreppen eftersom jag även sett webbsidor från solcellsinstallatörer som använder begreppet soltimmar, vilket kan förvirra en kund…

Soltimmar

SMHI mäter vad de kallar solskenstid i timmar, vilket förenklat uttryckt blir soltimmar. Solskenstiden definieras som den tid då den direkta solstrålningen överstiger 120 W/m2. Oavsett om den direkta solinstrålningen är 125 W/m2 eller 800 W/m2 blir det alltså bara en soltimme. Den säger ingenting om den instrålade energin under den timmen och därmed ingenting om hur mycket solel som man kan producera under denna timme. Dessutom kommer inte dagar eller timmar med molnigt väder med i dessa mätningar. Alla solcellsägare vet att även vid molnig väder produceras solel, men produktionen blir förstås lägre än vid soligt väder. Om man använder antalet soltimmar för att uppskatta solelproduktionen kan det med andra ord bli stora fel.

Globalstrålning

För solcellsanläggningar är det den totala solinstrålningen som räknas, som SMHI kallar globalstrålning och som mäts i kWh/m2. Den totala solinstrålningen består av direkt, diffus och reflekterad solinstrålning, se figur här nedan. Detta mätvärde talar till skillnad från soltimmar om hur mycket energi som strålar in mot en horisontell yta per m2. Det är globalstrålningen som ska användas vid jämförelser mellan olika orter och inte soltimmar! Antalet soltimmar kan ge en annan rangordning mellan orter än när man jämför globalstrålningen.

Globalstrålningen är inte den enda faktor som bestämmer utbytet för en solcellsanläggningen, det finns många fler faktorer som påverkar solinstrålningen, men det är den mest fundamentala faktorn. Det behövs solinstrålning för att kunna producera solel helt enkelt.

Solinstrålningens olika komponenter. Källa: NREL.

Solinstrålningens olika komponenter. Källa: NREL.

Drifttimmar

Antalet drifttimmar är hur många timmar en solcellsanläggning producerat el. Under 2013 producerade växelriktare för vår solcellsanläggning el under 4 209 timmar = 48% av årets timmar. Detta värde säger ingenting om hur mycket energi som producerats, utan bara att energi produceras.

Fullasttimmar

Fullasttimmar är ett begrepp som inte passar för solceller men jag tar med det för fullständighetens skull. Antalet fullasttimmar blir ett virtuellt värde som talar om under hur många timmar vid full last som krävs för att få den energi som producerats under ett år. Om man har en solcellsanläggning på 1 kW  som producerar 1 000 kWh (AC = växelström) under ett år motsvarar det 1 000 fullasttimmar.

Den installerade effekten hos en solcellsanläggning anges som modulernas sammanlagda märkeffekt och man får likström (DC) från modulerna. Växelström får man först efter växelriktaren. En solcellsmoduls märkeffekt definieras vid “Standard Test Conditions” (STC). Vid STC har man en instrålning motsvarande 1000 W/m2 med vinkelrätt infall mot modulytan, 25°C solcelltemperatur och ”air mass” 1,5 som definierar ett visst spektrum för solljuset. I praktiken har man sällan eller aldrig STC vid drift av en solcellsanläggning och därför får man sällan eller aldrig full effekt från en solcellsmodul. Dessutom ger DC-kablar och växelriktaren en del förluster. Därför blir begreppet fullasttimmar ett virtuellt tal för en solcellsanläggning.

För solcellsanläggningar brukar man ange utbyte (“system yield” på engelska), exempelvis 1 000 kWh/kW, där den producerade energi anges efter växelriktaren (AC) och den installerad effekten anges som modulernas sammalagda märkeffekt (DC). Man kan därför säga att utbytets värde blir lika med antalet fullasttimmar. När anläggningen åldras sjunker modulernas verkningsgrad och därmed effekten något, vilket gör att utbytet och antalet fullasttimmar sjunker något med tiden.

Kapacitetsfaktor = utnyttjandegrad

Kapacitetsfaktor eller utnyttjandegrad anger verklig elproduktion i förhållande till den teoretiskt möjliga om man producerade med full effekt under årets alla 8 760 timmar.

Kapacitetsfaktor = (energiproduktion under ett år)/(installerad effekt*8 760).

Om en solcellsanläggningen producerar 1 000 kWh/kW blir kapacitetsfaktorn 1000/(1*8760) = 11,4%. En tumregel är att solceller producerar 800 – 1 100 kWh/kW per år i Sverige under ett år med normal solinstrålning. Kapacitetsfaktorn blir då 9,1-12,6%.

 Tillgänglighet

Tillgängligheten är ett mått på driftsäkerhet och anger under hur stor andel av tiden som en anläggning är tillgänglig för drift. Om exempelvis en solcellsanläggningen står stilla 50 timmar under ett år på grund av något fel blir tillgängligheten (8 760-50)/8 760 = 99,4% om man även räknar med tiden då det inte är någon solinstrålning som tillgänglig tid.

Om man istället bara skulle ange den tid då det är solinstrålning tillräcklig för solelproduktion som tillgänglig tid skulle tillgängligheten för 2013 blivit 4 209/8 760 = 48% för vår solcellsanläggning eftersom vi inte hade några fel som gjorde att solcellsanläggningen var ur drift. Om vi hade haft ett driftfel på 50 timmar under tid med solinstrålning skulle tillgängligheten ha blivit (4 209-50)/8 760 = 47,5% för år 2013.