Har idag fått två frågor om hur man räknar ut ytan för solceller. Här är en repetition med några räkneexempel.
Effekt
Effekten P mätt i Watt (W) ges av
P = η*A*G [1]
η = verkningsgrad (%). Den anger hur stor andel av solstrålningen som blir el. Om det är en modul man räknar på ska man använda modulens verkningsgrad. Modulens enskilda solceller har alltid en högre verkningsgrad, men den är inte relevant i detta fall.
A = yta (m2). För en modul räknar man på yttermåtten, med ram om en sådan finns.
G = solstrålning i modulens plan (W/m2).
Den verkningsgrad som anges i en moduls datablad gäller vid så kallade Standard Test Conditions (STC). Vid STC har man en instrålning motsvarande 1000 W/m2 = 1 kW/m2 med vinkelrät infall mot modulytan, 25°C solcelltemperatur och ”air mass” 1,5 som definierar ett visst spektrum för solljuset. Märkeffekten för en solcellsmodul är definierad vid STC. Alla moduler “flash”-testas av tillverkaren vid STC efter tillverkningen.
Detta gör att formel [1] kan skrivas som
PSTC = η*A*GSTC [2]
där GSTC är solstrålningen vid STC och PSTC är effekten vid STC. PSTC är en moduls märkeffekt. Den kallas även installerad effekt. Lägg märke till att detta är en likströmseffekt (DC). Omvandling till växelström görs i växelriktaren, vilket ger en del förluster.
Om vi anger PSTC i kW och GSTC i kW/m2 förenklas formeln till
PSTC = η*A [3]
Exempel
Modulerna har en verkningsgrad på 16% och den tillgängliga takytan är 30 m2. Om modulerna monteras med samma lutning som taket blir den högsta möjliga installerade effekten
PSTC = 0,16*30 = 4,8 kW = 4 800 W
I praktiken kan det behövas ett litet mellanrum mellan modulerna för att kunna montera dem och då blir den möjliga effekten man kan installera lite mindre.
Yta
Formel [2] kan även skrivas som
A = PSTC /(η*GSTC) [4]
Om man vill räkna ut modulytan som behövs vid en installerad effekt PSTC = 1000 W (1 kW) och med GSTC = 1000 W/m2 blir formeln
A = 1000/(η*1000) = 1/η
En nyttig och enkel formel som ger modulytan per installerad kW är alltså
A = 1/η [5]
där A ges i kvadratmeter (m2). Om man vet verkningsgraden kan man därmed enkelt räkna ut modulytan per installerad kW.
Exempel 1
Om verkningsgraden exempelvis är 16% får vi att ytan per kW blir
A = 1/0,16 = 6,25 m2
I praktiken kan det behövas ett litet mellanrum mellan modulerna och då blir den totala installationsytan lite större än modulytan.
Verkningsgrad
Formel [3] kan användas för att räkna ut verkningsgraden för en solcellsmodul om man vet modulytan. Formeln skriver vi då som
η = PSTC /A [6]
där PSTC anges i kW och A i m2.
Exempel 1
En Yingli YLM 60 modul har enligt databladet yttermått 1,64 m x 0, 99 m, vilket ger ytan 1,624 m2. Om vi väljer en modul som har märkeffekten 280 W = 0,28 kW beräknas verkningsgraden som
η = 0,28/1,624 = 0,172 = 17,2%
17,2% modulverkningsgrad är också vad som står i databladet.
Exempel 2
Formel [6] kan också vara användbar om man vill veta vilken verkningsgrad som behövs för att installera en viss effekt på en given yta. Om den tillgängliga takytan är exempelvis 30 m2 och man vill installera 5 kW (5000 W) solceller, vilken verkningsgrad behövs då?
η = 5/30 = 0,167 = 16,7%
En modulverkningsgrad på 16,7% är fullt rimlig för standardmoduler idag.
Beteckningar
Jag använde här beteckningen PSTC för märkeffekten för att göra det tydligt att effekten gäller vid STC. Vanligen står det Pmax eller Pmp i databladen för solcellsmoduler. Denna ”maxeffekt” för modulen gäller dock bara vid STC-förhållanden. I praktiken har man sällan eller aldrig STC vid drift av en solcellsanläggning. Därför har man sommartid, då solcelltemperaturen blir över 25°C, en lägre effekt eftersom solcellernas verkningsgrad sjunker med ökande temperatur.
Det är flera andra faktorer som påverkar en solcellsmoduls verkningsgrad. Solinstrålningens intensitet och infallsvinkel samt eventuell smuts på modulytorna påverkar också verkningsgraden. Det är därför rätt knepigt att beräkna effekten från en solcellsmodul vid godtyckliga förhållanden, då man också måste ta hänsyn till att modulen nås av direkt, diffus och reflekterad solstrålning.
Om man vill använda en solcell för att bygga en sensor inomhus, som har en yta på 5 cm2, vad är det möjligt att få för effekt av en sådan. Vilka tillverkare skulle man kontakta? finns det någon lämplig person man skulle kunna komma i kontakt med för att fråga?
Formeln är P = η*A*G. Effekten P för en solcell = verkningsgrad η (beror på materialet i solcellen, temperatur, infallsvinkel och instrålning) * ytan A (m2) * instrålning G i cellplanet (W/m2). Utomhus är solstrålningen som mest ca 1000 W/m2 mot ett horisontellt plan mitt på dagen vid klart väder. Vanligen är dock solstrålningen lägre eftersom man merparten av tiden har andra förhållanden.
Vi sitter med examensarbete och ska bygga en sensor som är driven av en solcell i en inomhusmiljö. så problemet ligger i att få fram rätt antal volt och rätt antal ström så att vi kan “spara” ström så att sensor fungerar utan att behöva byta batterier titt som tätt. vi har ett krav på att systemet drar 15 micro watt så det är det som vi ska räkna fram. Vilken typ av sol cell ska man titta på och vart kan man vända sig ?
En solcell av kisel ger ca 0,5 V i drift. Strömmen beräknas med hjälp av P = U*I. Lösa solceller kan köpas på eBay exempelvis (sök på solar cells på ebay). Vet inte om/var man kan köpa lösa kiselsolceller i Sverige. Den senaste modultillverkningen i Sverige fanns i Glava hos Swemodule. Ni kan kolla med dem. Alternativt kan ni höra med Glava Energy Center om de har tillgång till lösa solceller.