Solceller utsatta för partiell skuggning : Jämförelse mellan olika systemkonfigurationer
Sammanfattning: I takt med en förstärkt global uppvärmning har åtgärdsplaner skrivits om att begränsa temperaturökningen, där många länder är överens om att mängden koldioxidutsläpp måste minska. Lösningen till det anses dels som att gå från en fossilberoende energianvändning till en förnybar. Installering av solceller växer och i Sverige kan 5 – 10 % av elproduktionen förväntas komma från solkraft år 2040. Det kvarstår dock en hel del problematik kring effektförlust till följd av partiell skuggning på solceller. Idag tillverkas solpaneler med inbyggda bypass-dioder som förbättrar elproduktionen vid skugga. Forskning påstår även att skuggningsproblematik kan minskas genom att förändra konfigurationen mellan solcellspaneler. Idag sitter panelerna vanligen ihop i serie- och parallellkopplingar, men det kan finnas energivinster i att byta ut mot tvärkopplingar. Syftet med denna studie har varit att ge beslutsunderlag för investerare av solceller, som planerar att placera dem där det finns risk för att skugga kan uppstå. Målet delades in i två delar. Det fanns en experimentell del som jämförde elproduktion utan och med skugga för två olika typer av systemkonfigurationer där solpanelerna var serie-, respektive tvärkopplade. Det fanns även en simuleringsdel som beräknade producerad elenergi på årsbasis för en solpanel som var placerad intill en skorsten. Utifrån det skapades riktlinjer för hur solpaneler bör placeras för att minimera skuggproblematik av närliggande föremål som riskerar att skugga. Experimenten utfördes utomhus och till det användes 16 monokristallina solmoduler, som först sammankopplades i serie och därefter i tvärkopplingar. Systemen anslöts till en växelriktare som omvandlade från likström till växelström. Först uppmättes producerad eleffekt för systemen, varav en modul utsattes för olika skuggförsök. Därefter separerades en solmodul från anläggningen och samma skuggförsök genomfördes på modulen. Resultaten påvisade att vid solcellssystemen hade en verkningsgrad på 16 % för solinstrålning mellan 400 – 700 W/m2. För intensitet lägre än 400 W/m2 och högre än 700 W/m2 avtog verkningsgraden med 1 – 2 %. Hög solinstrålning inträffar vanligen mitt på dagen och solcellerna har troligen då en högre temperatur, vilket sänker effektiviteten. Experimenten påvisade att ju fler av en solmoduls slingor som skuggan faller på, desto lägre blir den producerade eleffekten. Även mängden skugga som drabbar panelen spelar roll. Det beror på att om skugga enbart faller på en slinga kan de övriga arbeta ostört och får därför en högre maxeffektpunkt (MPP) på IU-kurvan. Vid full skugga på en modul minskade effekten med 7,72 % för det seriekopplade systemet (S), respektive 13,87 % vid tvärkoppling (TCT). Att det tvärkopplade systemet producerar lägre effekt vid skugga beror dels på att kretsen innehåller en högre ström, troligen för hög för vad bypass-dioderna klarar av. Om strömmen i en skuggad modul leds genom dess bypass-dioder utvecklas ingen spänning i modulen. Om systemet innehåller fler parallellkopplade strängar kommer även de oskuggade strängarna att minska sin spänning, då den är identisk över hela systemet. Den tvärkopplade kretsen innehöll två parallellkopplade strängar. Känslighetsanalysen där en solmodul avlägsnades från systemet och skuggades enskilt, redovisade snarlika resultat som för systemen. Att placera skuggobjektet längre ifrån visade sig i några försök ge en högre elproduktion, då det är enbart den direkta strålningen som tas bort. Resultaten från simuleringen uttrycktes i enheten ”skuggprestanda”, som anger hur mycket en solmodul ger skuggad jämfört med vad den hade gett oskuggad. Störst betydelse för resultaten hade skorstenens höjd och hur långt ifrån skorstenen som solpanelen placeras, samt val av väderstreck. Lägst skuggprestanda blev 41 % för en seriekopplad modul. Det för en 2 m hög skorsten som placerades intill solpanelen. Resultaten påvisade att skuggprestandan avtog med en ökad höjd på skorstenen, men för en tillräckligt hög skorsten förändrades inte skuggprestandan. Genom att välja ett avstånd som var tillräckligt långt ifrån skorstenen bidrog skuggan inte lika mycket till minskning av elproduktionen. Ju mer sydligt skorstenen var placerad om panelen krävdes ett längre avstånd. Följande riktlinjer för placering av solceller intill skuggande föremål rekommenderas för att garantera att solcellerna ger minst 95 % av vad de skulle ha gjort oskuggade. För ett skuggande föremål med höjden 0,5 m bör solcellerna placeras 0,3 m ifrån föremålet. För ett skuggobjekts höjd på 2 m bör avståndet vara 2,1 m.
HÄR KAN DU HÄMTA UPPSATSEN I FULLTEXT. (följ länken till nästa sida)