Fick nedanstående brev från Vattenfall i juni 2019 tillskickat mig. Där står att

”I ett system utan optimerare producerar alla paneler i enlighet med den som presterar sämst. Blir en panel skuggad, slutar hela anläggningen att producera”.

Brev från Vattenfall från juni 2019, med gravt felaktig information om hur skuggning påverkar elproduktionen från ett solcellssystem.

Detta är rent bondfångeri och det är tråkigt att läsa sådana falsarier från landets största elhandelsbolag och som även är vårt nätbolag. Tyvärr är man inte ensam om denna vilseledande marknadsföring. Liknade utsagor kan läsas på flera andra webbsidor från olika leverantörer av komponenter och solcellsanläggningar.

Skuggning är ett lite knepigt och missförstått ämne. Alla borde läsa Skuggningshandboken från Energiforsk. Den ger en baskunskap som alla som säljer solceller måste ha, men som tyvärr vissa verkar sakna.

Uppbyggnaden av en solcellsmodul

Solcellsmoduler har ofta 60 eller 72 solceller. Då varje solcell bara ger runt 0,5 V vid drift seriekopplar man solcellerna för att höja spänningen. Alla solceller sitter som på en rad kan man säga. Det gör att solcellsmodulen skulle bli mycket känslig för skuggning om man inte vidtog åtgärder för det. Utan några åtgärder skulle skuggning av enda solcell sänka produktionen i hela solcellsmodulen och i hela solcellsanläggningen. Det skulle dessutom ge upphov till ”hot-spots” i den skuggade cellen då hela effekten från de oskuggade cellerna i modulen skulle dumpas i den skuggade solcellen.

MEN, så vill man förstås inte ha det. Därför monterar man så kallade bypassdioder i solcellsmodulerna. Vanligen är det tre bypassdioder i varje modul. I en modul med 72 solceller innebär det att en bypassdiod monteras parallellt med 24 solceller i serie, det vill säga 1/3 av modulens solceller. Så länge modulen är oskuggad är dioderna inaktiva, men när modulen blir skuggad blir dioderna aktiva och minskar skugginverkan.

Vad händer vid skuggning

Låt säga att vi skuggar 50% av en solcell i en modul. Den högsta ström som kan genereras av den skuggade solcellen halveras därmed jämfört med en oskuggad solcell. Bypassdioden kommer att aktiveras och släppa fram överströmmen. Om en oskuggad cell genererar exempelvis 8 A kommer 4 A att genereras av den skuggade solcellen och 4 A kommer att gå igenom bypassdioden.

Full ström kommer att genereras av övriga 2/3 av modulen. Det betyder att det är endast den tredjedel av solcellsmodulen som skuggas som får en lägre solelproduktion, övriga 2/3 av modulen och resterande moduler i serien av moduler kommer att producera normalt.

Värt att notera är att ett solcellssystem med effektoptimerare på modulerna bara kan minska förlusterna på grund av skuggning, det kan aldrig producera mer än ett oskuggat solcellssystem.

Läs Skuggningshandboken

Läs Skuggningshandboken för en mer utförlig beskrivning av hur skuggning av solceller fungerar, då ovanstående resonemang är kortfattat och något generaliserat. Professor Björn Karlsson är hjärnan bakom Skuggningshandboken och Björn har faktagranskat detta inlägg.

Se även nedanstående schematiska exempel.

Sluta med vilseledande marknadsföring

Det är inte bra för branschens förtroende att ge kunder felaktig information. Det finns risk för anmälningar till Konsumentombudsmannen.

Uppmanar alla som känner sig träffade att raskt sluta med vilseledande marknadsföring gällande skuggningseffekter på solceller.

Schematiska exempel

Nedan är några schematiska exempel jag gjort för högskole- och civilingenjörsstudenter i kursen Solceller och solfångare vid Mälardalens högskola

Oskuggad modul

En solcellsmodul har 40 solceller i serie i fyra kolumner. Det är 10 solceller i varje kolumn. Varje enskild solcell har Isc = 9 A (korslutningsström) och Imp = 8,5 A (ström vid max effekt) vid en solinstrålning på 1000 W/m² och en solcelltemperatur på 25°C. Varje enskild solcell har Voc = 0,6 V (spänning vid öppen krets) och Vmp = 0,5 V (spänning vid max effekt).

Bypassdioder finns mellan kolumnerna 1 och 2 respektive mellan kolumnerna 3 och 4. Det betyder att man kan se det som två delserier med 20 solceller vardera där de två delserierna sitter i serie med varandra. Arbetsspänning över alla celler Vmp blir 40 oskuggade solceller * 0,5 V per solcell  = 20 V.

Orange linje visar strömmens väg igenom en oskuggad modul, då båda dioderna är inaktiva. All ström går igenom solcellerna och ingen ström går igenom dioderna, förutom en försumbar läckström.

Oskuggad solcellsmodul.

Modul med en helt skuggad solcell

En solcell är helt skuggad (solinstrålning = 0), helt snötäckt eller skadad. Det gör att strömmen är noll genom denna solcell och därmed kan ingen ström gå igenom någon av solcellerna i den delserien av solceller.

Strömmen går istället igenom bypassdioden som sitter parallellt med den delserien av solceller.

Spänningsfallet över bypassdioden är här satt till -0,6 V. Arbetsspänning över alla celler Vmp blir 20 oskuggade solceller * 0,5 V per solcell – 0,6 V över bypassdioden = 9,4 V.

Spänningen för öppenkrets Voc blir på motsvarande sätt 20 * 0,6 V – 0,6 V= 11,4 V.

Den andra dioden är inaktiv eftersom denna delserie med 20 solceller är oskuggad och där genereras full ström genom den delserien.

I detta fall tappar man 50% av modulens solelproduktion. Övriga moduler som sitter i serie med denna modul påverkas inte. Om man har en serie med låt säga 10 moduler tappar man 1/20 = 5% av systemets solelproduktion. I en solcellsmodul med tre bypassdioder skulle man tappa 1/3 av solelproduktionen och 1/30 = 3,3% av systems solelproduktion om man har 10 solcellsmoduler i serie.

Notera att det inte spelar någon roll hur många solceller man helt skuggar om de sitter i en och samma delserie. Det blir samma resultat om man exempelvis skulle ha snö längst ner på en liggande modul som helt skuggar alla 20 solcellerna i en delserie som om man exempelvis hade löv som helt täckte en enda solcell.

En solcell helt skuggad.

Modul med en solcell som är skuggad till 50%

En solcell är skuggad eller snötäckt till 50% (solinstrålning = 50% av oskuggad solcell). Det gör att högst halva strömmen kan genereras av den skuggade solcellen och dess delserie. Bypassdioden kommer att aktiveras och släppa fram överströmmen.

Den andra dioden är inaktiv eftersom denna delserie med 20 solceller är oskuggad och där genereras full ström genom den delserien.

I detta fall tappar man också 50% av modulens solelproduktion. Övriga moduler som sitter i serie med denna modul påverkas inte. I en solcellsmodul med tre bypassdioder skulle man tappa 1/3 av solelproduktionen och 1/30 = 3,3% av systems solelproduktion om man har 10 solcellsmoduler i serie.

En solcell skuggad 50%.