Solinstrålningens komponenter

Den globala (totala) solinstrålningen mot en solcellsmodul är summan av solinstrålningens olika komponenter direkt, diffus och reflekterad strålning, se Figur 1.

Figur 1. Solinstrålningens olika komponenter. Källa: NREL.

Det är den globala solinstrålningen som talar om hur stor den instrålade energi är och som därmed styr hur stor solelproduktionen blir. Globalstrålningen kan man mäta i en solcellsanläggning med en referenssolcell eller en pyranometer monterad i modulplanet. Lägg märke till att den globalstrålning som SMHI anger är mätt i horisontalplanet, se SMHI:s karta “Normal globalstrålning under ett år“.

Den direkta solinstrålning går direkt från solen till solcellsmodulens yta. 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 mot en horisontell yta. 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 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 molnigt 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.

Solstrålningen kan spridas i atmosfären av moln, partiklar (luftföroreningar, rök, dimma, …)  och molekyler (främst vattenånga). Det blir då en diffus strålning som verkar komma från alla riktningar på  himlen. Denna spridning gör att även klara och soliga dagar finns en diffus andel. Alla tänker inte på det, föreslår därför följande enkla experiment:

• Stå på nordsidan av ett hus mitt på dagen en solig dag. Är det beckmörkt?
• Nej. Om ja, ta av dig solglasögonen, 🙂
• Alltså finns det diffus solinstrålning även under soliga dagar.

Vid molnigt väder finns ingen direkt solinstrålning utan den solinstrålning vi ser och som träffar solcellsmodulerna är diffus, utan någon speciell riktning. Vid diffus solinstrålning blir det därför meningslöst att prata om solvinklar.

Det finns även en komponent av solljus som diffust reflekteras från solcellsmodulernas omgivning, men om inte modulerna har stor lutning och reflektionen från omgivningen är hög (snö) är denna andel av den globala strålningen som träffar solcellsmodulernas yta liten.

Andel diffus solinstrålning i Sverige

Fick värden för andel diffus solinstrålning vid 12 svenska SMHI-stationer av Tomas Landelius, SMHI, enligt tabell 1 nedan. Andelen diffus solinstrålning av den globala solinstrålningen var i medel mellan 43% och 57% under åren 1999-2007 för dessa 12 mätstationer. I runda slängar kan man därför säga att hälften av den globala strålningen i Sverige är diffus solinstrålning. Den diffusa solinstrålningen är alltså en stor andel av den globala solinstrålningen i Sverige.

Andel diffus solinstrålning i Tyskland

Som jämförelse kan nämnas att i boken ”Photovoltaics – Fundamentals, technology and practice” av Konrad Mertens anges att i München är 54% av solinstrålningen diffus och i Hamburg nästan 60%.

Vilseledande i Ny Teknik

Fil.dr i miljö- och energisystemanalys Per Kågesson har i tre debattartiklar i Ny Teknik skrivit om solceller. I den första Sluta favorisera svensk solkraft trasslade han in sig i ett solvinkelresonemang som tyder på att han inte visste att ungefär hälften av den globala solinstrålning i Sverige är diffus solinstrålning som inte har något riktningsberoende över huvud taget. Det var därför jag skrev inlägget ”Hur påverkar lutning och väderstreck produktionen av solel? II”.

I den senaste artikeln ”Håller med om behovet av strategi” verkar det som att han försöker tona ner missen med diffus solinstrålning och det blir då tyvärr i form av en felaktighet om andelen diffus solinstrålning:

”Erfarenheten av min egen solcellsanläggning (på sommarstugan) är dock att det diffusa bidraget är litet jämfört med effekten av det direkta solinflödet.”

Det är uppseendeväckande att Kågesson sprider felaktigheter istället för att ta reda på fakta. Jag tror att Kågesson denna gång missade att det finns en diffus andel även under soliga dagar, rekommenderar därför experimentet enligt ovan.

Solföljning

En sak att tänka på när det gäller den direkta solinstrålningen med tanke på våra långa sommardagar är att under tidig morgon och sen kväll kan man sommartid med en fast solcellsanläggning inte utnyttja all direkt solinstrålning eftersom solen tidvis står bakom solcellsmodulerna. När solen står bakom modulerna är det bara den diffusa solinstrålningen som modulerna kan utnyttja för solelproduktion. Därför ger solföljande system där modulerna rör sig kontinuerligt efter solens gång större nytta desto längre norrut man kommer i Sverige eftersom man får längre tid med direkt solinstrålning.

I Lund ger enligt PVGIS ett 2-axligt solföljande och oskuggat system 39% mera solel under ett år än ett fast och oskuggat system i optimal vinkel mot söder. I Stockholm blir det 42% mer och i Kiruna 49% mer i årsutbyte med 2-axligt solföljande system.

Tabell 1. Andel diffus solinstrålning av den globala solinstrålning vid SMHI:s mätstationer under åren 1999-2007. Källa: Tomas Landelius, SMHI.