Skuggprofessorn: ”Nyttan med sådana optimerare är begränsad”

Publicerad 25 apr 2022, 08:16 | Uppdaterad 28 apr 2022

Det är lätt att tro att energiförluster genom skuggning i första hand beror på att mängden solljus minskar – och därmed också den elektronvandring som genererar den elektriska spänningen. Men riktigt så enkelt är det inte.

Solceller är normalt seriekopplade. Samma ström flödar genom varje solcell och cellernas spänning adderas i panelen. Om en cell då är skuggad sjunker dess spänning så att cellen inte förmår att släppa genom all ström i kretsen. Den ström som blockeras konverteras till värme, vilket kan leda till överhettning hos individuella celler eller i kablaget. En effekt som leder till avsevärda energiförluster.

Fick bra effekt
Lennart fimpade sina optimerare – och slapp störningar

optimerarrelaterat
Regeringen stoppar Per-Oves solceller

Därför är de flesta moderna solpaneler försedda med så kallade by-passdioder i varje krets av solceller. De är kopplade parallellt med kretsarna och leder strömmen förbi cellen om den skulle skuggas. 

En solpanel i standardstorlek har 60 celler i tre kretsar med 20 varje om det är en traditionell panel eller 120 celler med 40 i varje krets om det är en half cut-panel. 

Om en solpanels alla tre cellkretsar är skuggade kan optimerare ge bidrag till elproduktionen. Optimerare reglerar varje panels ström och spänning individuellt. Syftet är att panelen ska påverkas mindre om övriga paneler skuggas, blir smutsiga eller trasiga. Men optimerare på varje modul kan bli en ganska dyr historia. Dessutom:

– Om bara är en eller två av kretsarna i modulen är skuggade är nyttan med sådana optimerare begränsad, förklarar Björn Karlsson, professor vid Gävle Högskola och en av landets ledande experter när det gäller skuggproblematik och solceller. 

Hur ska man då veta om optimerare behövs? Ja, det beror lite på hur skuggningen ser ut i det aktuella fallet. Det finns exempel på anläggningar där enbart bypass-dioder ger ett högre utbyte än när moduloptimerare är installerade. Detta gäller till exempel om två kretsar i modulen är skuggade till 100 procent. Då skulle by-pass dioderna säkerställa att strömstyrkan hölls uppe. Men om det då också skulle finnas en optimerare på modulen justerar den upp spänningen – på bekostnad av strömstyrkan. Modulens produktion skulle som en följd av detta minska och i värsta fall gå mot noll.

”De här olika sambanden gör det svårt att beräkna skuggans effekt. Därför forskar vi på bättre beräkningsmodeller för att folk som investerar i solceller ska kunna få bättre kalkyler från leverantörerna i framtiden.”

Det finns annat än närliggande träd och byggnader som kan skapa skugga, fastän av mer tillfällig natur. Avföring från fåglar, damm och smuts är sådant som man bör ha uppsikt på och avlägsna när det uppträder i hög grad. Genom att anpassa lutningen på solpanelerna kan sådana problem minskas.
30 grader ger bäst effekt av ett renande regnvattenflöde.

Snö skuggar också, men den blir som bekant allt sällsyntare i södra delarna av landet. Och den uppträder när solen står som lägst så snö ger bara obetydliga produktionsbortfall.

Andra faktorer som avgör hur skuggor påverkar solceller är solhöjd, skuggvinkel och instrålningens variation under dagen. Det är faktorer som varierar från en ort till en annan och över tid under året.
I Stockholm, till exempel är det generellt så att 70 procent av globalstrålningen (se faktaruta) mottas mellan klockan 9 och 15 på dagen.

Lilla skuggskolan

• Att avgöra om det behövs optimerare i anläggningen eller om det räcker med bypass-dioderna är inte alltid helt enkelt. Komplexiteten i skuggningens ­effekter är stor. 

• Effekten av skugga hänger samman med vilken typ av solinstrålning som råder vid ett viss tillfälle.

• Den totala mängden solstrålning kallas globalstrålning och den kan indelas i tre delar – direkt, diffus och reflekterad solinstrålning. (Se illustration ovan.)

• Normalt är den diffusa solinstrålningen ungefär hälften av globalinstrålningen under ett år i Sverige. Men en solig dag kan direkt strålning svara för 90 procent av inkommande strålning. Skuggas en solcell då blir bara 10 procent av elproduktionen kvar.

– De här olika sambanden gör det svårt att beräkna skuggans effekt. Därför forskar vi på bättre beräkningsmodeller för att folk som investerar i solceller ska kunna få bättre kalkyler från leverantörerna
i framtiden. 

I dag saknas användarvänliga simuleringsmodeller, men Björn Karlsson är involverad i ett projekt vid Luleå Tekniska högskola i Piteå som handlar om att ta fram en sådan. Idén är att alla leverantörer ska använda denna modell, så att deras produktionsberäkningar blir jämförbara.

Numera installeras ofta optimerare i nya system. Avsikten är att med deras hjälp minska skuggningens effekter på solpanelerna, men installationen sker ofta utan någon analys av huruvida optimerarna kommer att göra nytta eller ej. En sådan analys är dock svår att göra eftersom den kräver bättre beräkningsprogram som noggrant kan simulera skuggningen.

I system med optimerare kopplas en sådan in över varje modul, det vill säga över tre kretsar. En modul med optimerare kan då ge bidrag till elproduktionen också om alla tre kretsarna är skuggade. Däremot är nyttan med optimerare begränsad i de fall då det är endast en eller två kretsar i modulen som är skuggade.

Läs också:
Solkraft tog bort Lennarts optimerare – men hur stort är problemet?

– Det finns en baksida med optimerare också, och det är att de kan alstra elektromagnetiska störningar som påverkar radioutrustning i närheten, särskilt om det sitter många optimerare i en anläggning och ledningarna från dem är så långa att de kan fungera som antenner, förklarar Björn Karlsson. Problemet verkar variera mellan olika fabrikat så det kan vara en god idé att skaffa sig information om vad som gäller för just de optimerare som ska installeras i en planerad anläggning.

Elsäkerhetsverket har gått så långt att man beslutat om säljstopp för 17 olika optimerare från tillverkaren Solaredge. 

– Det är en varningssignal så god som någon, konstaterar Björn Karlsson.