Solceller: Derfor kan selv en lille skygge fra et træ lede til et voldsomt stort energitab
Solcelleforsker Kasper M. Paasch forklarer, hvorfor skygger kan være så ødelæggende for solenergi og kommer samtidig med en løsning på problemet.
solceller_skygge_energi_energitab

Eksempel på, hvordan træer og buske kan kaste skygge på solceller. (Foto: Shutterstock)

Eksempel på, hvordan træer og buske kan kaste skygge på solceller. (Foto: Shutterstock)

Hvor meget betyder skygger egentlig for solceller? Dette spørgsmål virker simpelt, da det virker ganske logisk, at mindre lys er lig mindre energi produceret.

Det er i princippet korrekt, men som det vil fremgå af denne artikel, kan effekten af skygger på solcelleanlæg være overraskende stor.

Jeg vil i denne artikel forklare og vise, hvor stor en indflydelse skygger fra for eksempel træer, flagstænger og andet kan have på energiproduktionen fra solceller – samt ikke mindst, hvad man kan gøre ved det.

Før vi når så langt, er vi dog nødt til lige at få styr på, hvordan et solcellepanel egentlig virker.

Book et gratis foredrag om solceller

Artiklens forfatter, Kasper M. Paasch, er med i 'Bestil en Forsker'-ordningen – en del af Forskningens Døgn – og kan til og med 31. marts bookes gratis til at holde et foredrag mellem 23.-29. april. Det tilbud gælder også for de øvrige forskere i ordningen. 

Kasper M. Paasch stiller op med foredraget 'Solcellesystemer og teknologi' og kan bookes her.

Hvordan virker et solcellesystem?

Solcellerne har i de seneste 10 år bredt sig ud over hele Danmark, og mange steder ser man dem monteret på tage. Man kan ikke altid undgå, at der er skygger fra for eksempel træer, flagstænger, master osv., men hvor meget betyder skyggerne egentlig for energiproduktionen?

For at få et svar på det, må vi se lidt på, hvordan ’solcellerne’ egentlig er opbyggede, samt hvordan et helt solcellesystem er opbygget, som vist i figur 1.

Et solcellesystem består af minimum selve solcellerne, som producerer jævnspænding (DC), og en omformer (også kaldet inverter), som laver vekselspænding (AC).

Jævnspænding bruger man ikke i et almindeligt hjem, da tv, vaskemaskiner og så videre er bygget til vekselspænding. Vekselspænding er vigtig, fordi det kan transporteres langt i elnettet uden meget tab.

Derudover er der typisk lidt beskyttelses-kredsløb.

et_typisk_solcellesystem_delt_op_i_en_jaevnspaendingsdel_dc_og_en_vekselspaendingsdel_ac

Figur 1: Et typisk solcellesystem, delt op i en jævnspændingsdel (DC) og en vekselspændingsdel (AC). (Illustration: Shutterstock)

Sådan er et solcellepanel opbygget

Den korrekte betegnelse for de solceller, som vi ser monteret rundt omkring i Danmark, er solcellepaneler eller solcellemoduler.

En ’solcelle’ er nemlig ret beset betegnelsen for de enkelte elementer inde i panelet. I et standard panel er der typisk 60-72 solceller, som alle er forbundet i serie.

Man kan opfatte den enkelte solcelle inde i panelet som et slags lille batteri på ca. 0,6 volt – et solpanel består så af en lang række små batterier i serie.

Spændingen fra en solcelle under normal drift er ca. 0,6 volt, og man sætter dem i serie for at opnå højere jævnspændinger, som nemmere kan omformes til vekselspænding.

De opfører sig dog ikke helt som almindelige batterier. Alle solcellepaneler skal ’belastes’ med en bestemt elektrisk modstand for at levere deres maksimale effekt.

Det er omformerens opgave at sørge for at styre denne belastning, så der kommer maksimal effekt ud af panelet. Det sker ved den kombination af strøm og spænding, der giver maksimal effekt.

Man omtaler dette arbejdspunkt som ’max power point’, forkortet MPP.

Dette arbejdspunkt påvirkes af mange faktorer som temperatur, Solens intensitet og panelets alder – omformeren justerer så hele tiden belastningen.

Fakta
Om Forskerzonen

Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.

Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet og Syddansk Universitet.

Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.

Lidt skygge kan påvirke et helt solcellepanel

Hvis der er en skygge på en enkelt solcelle i panelet, vil denne celle producere mindre strøm end de andre solceller i panelet.

Da de alle er i serie, vil det betyde, at den begrænser strømmen fra de andre.

Den solcelle, der får mindst strøm, bestemmer altså strømmen gennem alle solceller – netop fordi de er forbundet i en serie!

Derfor monterer man nogle såkaldte bypassdioder i solcellepanelerne, som kan lede strømmen udenom den solcelle, der får mindst strøm.

Ideelt set bør man have en såkaldt bypassdiode for hver solcelle, men det har andre omkostninger: Det er dyrt, det øger fejlraten samt reducerer levetiden betydeligt.

Man ser ofte tre bypassdioder bygget ind i et solcellepanel, således at der sidder en bypassdiode over to rækker af solceller, som vist i figur 2.

bypass_diode_solceller

Figur 2.  Bypassdioders placering i et solcellepanel, hvor alle solceller sidder i serie (de røde linjer). Den mørke solcelle er i skygge. Den hele røde linje viser, at strømmen løber gennem de fire øverste vandrette søjler, men ledes udenom de to nederste vandrette søjler. (Figur: Pannebakker et. al)

På figuren herover viser den punkterede røde linje, hvor strømmen ville have løbet, såfremt der ikke havde været nogen skygge.

Den nederste bypassdiode leder altså strømmen uden om de to nederste vandrette søjler.

Så stor betydning har skygger

Hvor meget betyder det i praksis, at der er enkelte skygger på panelet?

I figur 5 ses en test, hvor jeg har lavet en svag kunstig skygge på et solcellepanel for derpå at måle den maksimale effekt fra panelet (max power point).  

Det viser sig, at hvis panelet ligger ned, således at skyggen rammer den første af de nederste to lange rækker, vil de hurtigt lukke af, men strømmen fra de andre fire lange rækker ledes udenom.

Panelet genererer i denne situation stadig en rimelig ydelse. Stiger skyggen højere op, vil flere af de vandrette søjler begynde at lukke ned for strømmen, to søjler ad gangen.

Det ses som de effekt-niveauer, der er vist som en blå 'trappe' i figur 3.

Hvis panelet derimod står op, og skyggen rammer bunden af alle lange rækker på én gang, vil de alle blive påvirket samtidig og lukke af, således at effekten er under 20 procent af MPP-begyndelsesværdien, hvis skyggen er så lidt som 17 cm ind på panelet (orange linje).

Når panelet er lodret, vil en vandret skygge påvirke alle lange rækker på én gang, dvs. effekten falder meget hurtigt, og man skal kun dække nederste række af solceller for stort set at lukke panelet.

Bypassdioderne kan så ikke lede strømmen udenom de skyggede solceller, fordi alle søjler rammes på én og samme tid.

relativ_mpp_efter_skyggens_position_inde_paa_panelet

Figur 3: Fald i maksimal effekt (MPP) ved skygger på et solcellepanel, som er henholdsvis lodret og vandret placeret. En svag skygge starter nederst ved begge paneler og bevæger sig så opad. De tykke røde pile svarer ikke til MPP ved den givne skygge. De betyder blot, at det vandrette panel svarer til den blå graf og vice versa. (Illustration: Kasper M. Paasch)

 

Som man tydeligt kan se i figur 3, betyder skyggerne hurtigt et voldsomt energitab. Men selv hvor der er skygge, er der lidt sollys, derfor falder effekten ikke helt til 0.

I tabel 1 er vist nogle målte værdier fra nogle installationer, hvor man har målt, hvor stor en del af et anlæg, som er i skygge og det tilhørende energitab.

skyggemoenster

Tabel 1 illustrerer, at selv små skygger fra for eksempel træer, flagstænger og husgavle kan reducere energien fra et solcelleanlæg betragteligt. (Tabel: Kasper M. Paasch)

Sådan sikrer du mest mulig energi fra solcellerne

Men hvad kan man gøre, hvis man ikke helt kan undgå skygger? Man kan benytte flere omformere, så de paneler, der ikke sidder i skygge, har deres egen omformer og derved i praksis dele sit anlæg op i flere mindre anlæg.

Det er specielt en god idé, hvis man har et tag, som vender øst-vest og ønsker solcellepaneler på begge sider af taget.

Et sådant opdelt system giver mest udbytte om morgenen og om eftermiddagen, men hvis man i stedet havde sat alle panelerne sammen i serie, vil den side med lavest solindstråling dominere, og man mister enormt meget energi.

Man kan også benytte såkaldte mikro-omformere, så hvert solcellepanel har hver sin omformer. Derved undgår man helt, at panelerne påvirker hinanden.

Der udvikles også solcellepaneler, hvor hver enkelt lille solcelle har en lille omformer indbygget inden i panelet.

Denne type paneler er dog endnu ikke færdigudviklede og derfor ikke på markedet endnu.

Hvad betyder et solcellepanels data?
solcelle

Typisk skilt bag på et solcellepanel med de primære data for panelet. Panelet yder 320 watt under STC-betingelser, svarende til en varm, skyfri dansk sommerdag. Her er IMPP = 8,62 ampere (A). (Foto: Kasper M. Paasch)

For at kunne sammenligne solcellepaneler skal de testes under sammenlignelige forhold.  

Der anvendes to typer test: STC = Standard Test Conditions (indstråling på 1000 W/m2 svarende til en god dansk skyfri sommerdag, 25ºC omgivelsestemperatur og solspektrum 1,5) og NOCT = Normal Operating Cell Temperature (indstråling 800W/m2, luft temperatur 20ºC, vind 1 m/s, mulighed for luftcirkulation på bagside, solspektrum 1,5).

Solspektrum 1,5 betyder i praksis, at panelet er testet med lamper med samme farveindhold som sollys ved jordoverfladen en klar sommerdag i en vinkel på ca. 48 grader.

På hvert solcellepanel er der oplyst, hvilken test der er anvendt for en given effekt (se billedet øverst for et eksempel). NOCT-værdien giver et mere realistisk udbytte under danske forhold.

På skiltet herover ses måleværdier under den valgte test og specielt fire af dem er vigtige for at forstå skyggers indflydelse. Foruden VOC (åben kredsløb spændingen) og ISC (kortslutnignsstrømmen) er det VMPP og IMPP.

VMPP og IMPP er henholdsvis jævnspændingen og jævnstømmen, når panelet producerer mest effekt PMPP (max power point), da effekten PMPP = VMPP*IMPP.

Bestil gratis forskerforedrag til Forskningens Døgn

Forskerzonen har bragt en del artikler skrevet af forskere, der til og med 31. marts kan bookes til et gratis onlineforedrag under Forskningens Døgn 23.-29. april.

Artiklerne er alle indenfor samme emne som foredragene.

Herunder linker vi til de foredrag, der kan bookes samt forskernes relaterede artikler. For overblikkets skyld har vi delt dem op i kategorierne naturvidenskab, krop & sundhed samt kultur & samfund.

Husk: Alle kan bestille en forsker.

Naturvidenskab

Peter Laursen med foredraget ’Galakser – Universets byggesten’ – læs artiklerne ’Big Bang – en øjenvidneberetning’ og ’Hvad er en galakse’ samt se videoen ’5 ting, du skal vide om galakser’.

Kasper M. Paasch med foredraget 'Solcellesystemer og teknologi' – læs artiklen 'Derfor skal solceller ud af skyggen'

Bertil F. Dorch med foredraget ’Supernova! Fra Tycho Brahe til Betelgeuse’ – læs artiklen ’Vil kæmpestjerne Betelgeuse forårsage dommedag?

Magnus Kjærgaard med foredraget ’Hukommelsens molekyler’ – læs artiklen ’Det sker i hjernen, når vi skaber minder’

Tue Hassenkam ’Livets oprindelse - fra et nanometer perspektiv’ – hør podcasten ’På jagt efter livets byggeklodser i stjernestøv

Mette S. Herskin med foredraget ’Dyrenes biologi - og hvad vores viden om den betyder for hvordan vi omgås dem’ – læs artiklen ’Hvordan studerer vi dyrs smerter?

Aage Kristian Olsen Alstrup med foredraget ’Forsøgsdyr i Danmark: Hvad bruger vi dem til?’ – læs artiklen ’Hvad bruger forskere forsøgsdyr til?

Aage Kristian Olsen Alstrup med foredraget 'Obduktion af strandede hvaler giver ny viden om hvalers evolution' - læs artiklen 'Døde hvaler fortæller om smitsomme sygdomme og forandringer i klima'

Krop og Sundhed

Sebastian Bao Dinh Bui med foredraget 'Den flyvetur gav mig hovedpine! Bliv klogere på flyrelateret hovedpine' – læs artiklen 'Flyrelateret hovedpine: Får du også smerter i hovedet, når du flyver?'

Julie Dalgaard Guldager med foredraget 'Hvordan kan man forebygge alkohol i folkeskolen ved hjælp af virtual reality?' – læs artiklen 'Unge hjælper andre unge med at sige nej tak til alkohol ved hjælp af virtual reality

Maja Thiele med foredraget ’Hvad laver din lever?’ – læs artiklen ’Hvad laver en lever?

Suresh Rattan med foredraget ’Age and ageing’ – læs artiklen ‘Den optimale levealder er 45 år

Jørgen T. Lauridsen med foredraget ’Hvorfor er der så stor social ulighed i sundhed i Danmark?’ – læs artiklen ’Hvorfor har Danmark så stor social ulighed i sundhed?

Morten Arendt Vils Rasmussen med foredraget ’Sådan kan kemometri bruges til at spotte brystkræft’ – læs artiklen ’Kemometri kan hjælpe med at spotte brystkræft, falsk olivenolie og allergikere

Hanne Irene Jensen med foredraget ’Hvornår skal man stoppe livsforlængende behandling? – læs artiklen ’Hvornår skal vi sige ja til døden og nej tak til behandling?

Line Hagner Nielsen med foredraget ’Undgå stikket – fremtidens piller kan være på størrelse med et sandkorn’ – læs artiklen 'Undgå stikket – vaccinepille på størrelse med et sandkorn kan være fremtiden'

Kultur & Samfund

Thomas Søbirk Petersen med foredraget ’Debatten der aldrig vil dø - et forsvar for aktiv dødshjælp’ – læs artiklerne ’Forsker: Derfor bør aktiv dødshjælp være lovligt i Danmark’ og 'Derfor er aktiv dødshjælp ikke en glidebane'

Henrik Toft Jensen med foredraget 'Demografisk udvikling og bosætningsmønstre i Region Sjælland og Region Hovedstaden' – læs artiklen 'Danmarks demografi: Færre fødes, færre dør'.

Henriette Syrach Lyngstrøm med foredraget 'Vikingetid i farver' – læs artiklen 'Vikingerne pyntede deres bygninger med overraskende farvevalg'

Carsten Humlebæk med foredraget ’Er det bare Catalonien, der er gået i selvsving eller er det hele Spanien?’ – læs artiklen ’Er en løsning i sigte i Catalonien?

Peter G. Harboe med foredraget ’Hvad gør man, hvis man har for mange projekter?’ – Læs artiklen ’Sådan undgår du, at læring fra projekter går tabt

Alle må bruge og viderebringe Forskerzonens artikler

På Forskerzonen skriver forskere selv om deres forskning. Vi mener, det er vigtigt, at alle får mulighed for at læse om forskning fra forskerens egen hånd.

Alle må derfor bruge, kopiere og viderebringe Forskerzonens artikler udfra følgende enkle krav:

  • Det skal krediteres: 'Artiklen er oprindelig bragt på Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler'. Hvis artiklen bringes på web, skal der linkes til artiklen på Forskerzonen.
  • Artiklen må ikke redigeres og skal bringes i fuld længde (medmindre andet aftales med forskeren).
  • Du skal give forskeren besked om, at du genpublicerer.
  • Artikler, som er oversat fra The Conversation, skal have indsat en HTML-kode til indsamling af statistik i bunden. HTML-koden finder du i den originale artikel på The Conversations hjemmeside ved at klikke på knappen "Republish this article" ude til højre, derefter klikke på 'Advanced' og kopiere koden. Du finder linket til artiklen på The Conversation i bunden af Forskerzonens oversatte artikel. 

Det er ikke et krav, men vi sætter pris på, at du giver os besked, hvis du publicerer vores indhold (undtaget indhold fra The Conversation). Skriv til redaktør Anders Høeg Lammers på ahl@videnskab.dk.

Læs mere om Forskerzonen i Forskerzonens redaktionelle retningslinjer.

DOI - Digital Object Identifier

Artikler, produceret til Forskerzonen, får tildelt et DOI-nummer, som er et 'online fingeraftryk', der sikrer, at artiklerne altid kan findes, tilgås og citeres. Generelt får forskningsdata og andre forskningsobjekter typisk DOI-numre.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs her om, hvordan forskerne tog billedet af atomerme.


Det sker