Hållbara energilösningar Ny öppen energi -projektet 2017 Välkommen att bekanta dig med hållbara energilösningar och avsnittet om solenergi.

Panelernas riktning och lutningsvinkel Marko Kukka, Samk I föregående video behandlades system och denna video fortsätter på samma tema. I denna video fokuserar vi på inverkan av panelernas riktning och lutningsvinkel på systemets produktion. Det handlar om en av mest betydande planeringsfaktorerna. Bild: Marufish CC BY-SA www.flickr.com

Panelernas riktning Riktningsvinkel azimutvinkel W E S 90 % 90 % 75% 100 % = maximal produktion 90 % Riktningsvinkel azimutvinkel Söder noll grader Öster – negativ riktningsvinkel Väster – positiv riktningsvinkel 90 % 75% W 100% 95% + 45 ° 65% På bilden visas olika lutningar samt riktningsvinklar, även kallade azimutvinklar, det vill säga det handlar om väderstreck. Och söder är en optimal azimutvinkel. Riktas panelerna öster- eller västerut, minskas produktionen. När dessa framställs som vinklar för beräkning blir azimutvinkeln negativ när man går mot öster. När man går västerut får man en positiv azimutvinkel och söder är 0 grader. 100 % är maximal produktion, det vill säga i princip då när riktningen är rakt söderut och i 45 graders vinkel. Om man är tvungen att avvika från söder, så sjunker inte produktionen i sektorn sydväst–sydost med dessa optimala vinklar med mer än ca 10 %. Går man öster- och västerut eller utnyttjar stående ytor sjunker produktionen betydligt mera på årsnivå. 50% 70% 65% -45 ° E S Bilden ritad utifrån källan www.bipv.ch

Panelernas lutningsvinkel > 50 grader lutning på hösten/våren < 35 grader lutning på sommaren 40–45 grader optimal vinkel varierar enligt ort 45° 90° Genom att justera panelernas lutningsvinkel kan man påverka hur mycket systemet producerar under olika årstider. Vid 40–45 grader är man nära optimal vinkel i finska förhållanden. Vinkeln varierar dock en aning enligt ort och ur ett globalt perspektiv varierar dessa vinklar betydligt enligt det geografiska läget. Men i Finland är 40–45 grader en optimal vinkel för året runt produktion. Går man mot mindre vinklar, under 35 grader, koncentreras produktionen särskilt till sommaren och på motsvarande sätt vid större vinklar, över 50 grader, är produktionen större under hösten och våren och en aning mindre på sommaren. Denna samma lutningsvinkelteori gäller även placeringen av solvärmesystem, det vill säga solfångare. När man planerar systemet utifrån dessa får man i olika program utifrån vinklarna systemets produktionsvärde och genom att ändra vinkeln kan man kontrollera hur det påverkar den totala produktionen under en viss månad. 0° Bilden ritad utifrån källan www.bipv.ch www.bipv.ch

Inverkan av skuggning Det som man i synnerhet bör undvika i solelsystem är skuggningar och effekten av skuggning. Även små skuggningar har en betydande effekt på systemets produktion. Om ens en cell skuggas, förekommer det negativ spänning över den skuggade cellen och den börjar förbruka effekten som de övriga cellerna producerar. Om en av cellerna faller under skugga, påverkas den skuggade cellen av en negativ spänning och den börjar förbruka effekten som de övriga cellerna producerar Bild: SAMK CC BY-SA

Inverkan av skuggning på PV-panelers produktion Delvis skuggning, effektförlust 50 % Total skuggning, effektförlust 100 % Om det åskådliggörs med bilder: skuggning av enbart en modul försämrar betydligt produktionen. Olägenheten som skuggningen orsakar beror på flera faktorer, paneltypen och dess interna kopplingar, med andra ord är en tunnfilm inte lika känslig för skuggning som t.ex. kristallint kisel, är skuggningen som träffar panelen mjuk eller hård och hur stort det skuggade området är. På första bilden visas exempel på när panelen är delvis skuggad, där en sådan skuggningsmängd, även om den inte utgör en procentuellt stor del av ytan, så är effektförlusten kring 50 %. Vid total skuggning, det vill säga när cellerna är helt skuggade, är effektförlusten 100 %. Även om en modul delvis skuggas kan det betydligt försämra dess produktion Olägenheten som skuggning orsakar beror på flera faktorer: Paneltypen och dess interna koppling > Tunnfilm är inte lika känsligt för skuggning som kristallformat kisel Typen av skuggning > mjuk/hård Skuggigt område Största delen av dagens paneler har inbyggda förbikopplingsdioder, som minskar inverkan av delvis skuggning

Inverkan av skuggning på PV-panelers produktion Ingen skuggning Delvis skuggning 10 % skuggning 50 % skuggning Skuggning vid 1/8-lutning Multikristallin panel Energisvinn 0 % -33 %~66 % -99 % -99 % -73 % Om man jämför mono- och polykristallina paneler, som är traditionella solelsystemspaneler med dessa CIGS-tunnfilmspaneler kan man se att skuggningen har en betydande effekt beroende på paneltypen. Ser man på skuggningar av mono- och polykristallina paneler så är effektförlusten flera tio procent även vid liten skuggning och när skuggningen växer är effektförlusten nästan total. På motsvarande sätt har skuggning av CIGS-moduler en betydligt mindre effekt på energiproduktionen i systemet. I dessa fall är effektförlusten på grund av skuggning 10–50 %. Tekniken spelar en betydande roll i hur stora förlusterna i verkligheten är. Tunnfilms- panel Energisvinn 0 % -skuggområde % -10 % -50 % -26 % Bild: Petri Lähde 2016, CC BY-SA

Inverkan av skuggning + - Skuggningens effekter i dessa traditionella mono- och polykristallina paneler kan minskas genom att använda förbikopplingsdioder och den vanligaste kopplingen är att det finns tre dioder i en panel, varvid panelen delas in i tre lika stora delar. När en del skuggas, förbigås den av förbikopplingsdioden, eftersom annars raseras hela produktionen. Det vill säga när panelerna är kopplade i serie sjunker produktionen i förhållande till en enskild panel. I sådant fall blir den skuggade cellen en last som äter upp produktionen. Med en förbikopplingsdiod kan man i viss mån påverka hur mycket skuggningar påverkar systemets produktion. Den vanligaste kopplingen är tre dioder  Panelen är delad i tre lika stora avsnitt Om ett avsnitt skuggas  förbigår dioden det avsnittet Utan en diod kollapsar hela strängens produktion I en seriekoppling minskar strängens produktion i förhållande till en enskild panels produktion. En skuggad cell avger belastning som äter upp produktionen. -

Exempel på inverkan av skuggning 660 W 330 W 1 000 W - + Ett illustrerande exempel här är att man har 4 st. paneler vars effekt är 250 W det vill säga man har ett system på ca en kilowattopp. Vid totalt solsken matar systemet 1 000 W i nätet, det vill säga är i maximal drift och när panelens ena kant skuggas och förbikopplingsdioden fungerar förhindrar det att hela systemets produktion faller till noll. När förbikopplingsdioden fungerar får man med detta 1 000 W system inmatat i nätet eller för eget bruk 660 W, det vill säga en liten skuggning sänker systemets produktion med ca en tredjedel i dessa förhållanden. Men med en förbikopplingsdiod kan man dock försäkra sig om att få någon effekt till vara. Vid skuggning är det väsentligt att systemet planeras så att skuggningen är tillfällig och minimerad. 4 st. paneler á 250 W 1 kWp system Vid fullt solsken matar systemet 1 000 W in i nätet. Om panelens kant skuggas och förbikopplingsdioden fungerar, sjunker systemets produktion med en tredjedel.

Förbikopplingsdioder Det finns beroende på tillverkare olika förbikopplingsdioder på marknaden. Vanligtvis tre dioder/panel. Det skuggade området kan förbigås. Bilder: SAMK CC BY-SA

Skuggorsaker Nu ska vi titta närmare på vad som förorsakar skuggningar. Genomföringar på taket, t.ex. skorstenar, utlopp för ventilationskanaler osv. bör tas i beaktande när man planerar systemet, så att de påverkar det så lite som möjligt. På motsvarande sätt kan fasta konstruktioner i väggarna orsaka skuggning medan skuggningen förstås beror även på i vilken vinkel solen skiner under året och dygnet. Grannbyggnader, om de är högre än ens egen byggnad, kan påverka hur systemet skuggas, liksom naturligtvis alla träd, annan växtlighet, stolpar och tilläggskonstruktioner. Om det på taket finns flera panelrader, kan dessa under vissa förhållanden skugga varandra. Det är viktigt att redan i planeringsskedet ta i beaktande hur omgivningen kastar skuggor. Observera: Övriga byggnader/träd, stolpar, stödkonstruktioner Skorstenar, övriga konsolelement, tilläggskonstruktioner, framförvarande panelrader Bild: Miia Törmänen. Bilden ritad utifrån källan www.bipv.ch

Installation i rad Jag nämnde nyss att panelerna kan skugga varandra, så att man vid planeringen måste ta hänsyn till olika faktorer som panelernas längd, lutningsvinkel och solstrålarnas infallsvinkel, så att panelerna inte är för nära och skuggar varandra. Då panelerna installeras i rad ska man beakta skuggningen från den framförvarande raden av paneler. Skuggningen påverkas av panelernas storlek, monteringsvinkel och avstånd. Under vintermånaderna samt vid morgon- och kvällssol spelar α-vinkeln en stor roll. Bild: Teemu Heikkinen, SAMK

Produktion När det gäller produktionen är en intressant faktor hurdant system man skaffar, eftersom det har en stor inverkan på återbetalningstiden. Bild: Karen and Brad Emerson CC BY-SA. Publicerad www.flickr.com

Fördelning av produktionen månadsvis Över 70 % av produktionen! Mars osäker på lång sikt på grund av eventuellt snötäcke. Här är medelvärdet för produktionen av SAMK:s panelsystem 2011–2014 angett i procent per månad och då detta panelsystem placerats i 45 graders vinkel, det vill säga nästan optimal vinkel i detta område. Om man ser närmare på tiden, på vilken produktionen fördelas, är mars, april, maj, juni, juli och augusti betydande produktionsmånader. Över 70 procent av produktionen sker under denna tid. Visserligen måste man här se mars som en varierande faktor, då snötäcket kan påverka produktionen och antalet solskensdagar varierar. Men i princip kan man ha produktion även under dessa tidiga vårmånader. Uppgifter för produktionen av SAMK 45°-panelsystem.

Åren är inte lika Produktionen av SAMK-systemets 45° panelrad under 2012 och 2013. (1,26 kWp) Produktionen 2013 var 17 % större än 2012. En annan sak som man bör ta i beaktande, i synnerhet vid simuleringar, är att åren inte är identiska, utan den årliga variationen mellan olika månader kan vara mycket stor. Här visas samma 1,26 kWp system åren 2012 och 2013. År 2013 var produktionen 17 % större än 2012 och om man tittar på den årliga skillnaden så var produktionen i mars–april tydligt större 2013 än 2012 och på motsvarande sätt minskar skillnaden under sommarmånaderna. Och när man närmar sig hösten var 2013 bättre än året innan. Det går inte att dra långsiktiga slutsatser om systemets produktion på basis av enskilda år.

Detta kursmaterial av VirtualYH-nätverket Finland är licensierat under en Creative Commons Erkännande-DelaLika 4.0 Internationell-licens: https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/, om inte annat anges i materialet. Detta var en kort översikt av inverkan av riktning och lutningsvinkel på produktionen samt hur stor effekt skuggningen har då man bedömer systemets produktion. Närmare om dessa i samband med egentlig planering av systemet i synnerhet när det gäller riktning och lutning.