"Var inte rädd för döden.         
Var rädd för det olevda livet!" Bertolt Brecht

Solelenergi på djupet - fakta om vad som påverkar

Preliminärt!
Under arbete - kommer att förändras

Har börjat ta fram kunskap och beräkningar mer på djupet kring solenergi och solel - väljer att efterhand här publicera material jag får fram så du som besökare kan få ta del av det, MEN den här webbsidan kommer så småningom göras om helt när jag är mer färdig med underlaget till den!
- Steg 1 är att ta fram och tydligt visa de parametrar som avgör vilken strömmängd man får ut.
- Steg 2 är att ta fram en egen detaljerad solpaneldimensionerare där man kan mata in sina värden.
OBS! Jag har här ännu ej gjort en slutlig kvalitetssäkring av mina beräkningar, så kan finnas något beräkningsfel men jag bedömmer risken för det som liten ändå (arbetar noggrant med beräkningsunderlaget).
Webbsidan är senast uppdater: 2012-02-14 

Bakgrund

För att förstå hur mycket solström man kan få ut ur en solpanel under olika årstider, på olika breddgrader samt vid olika orientering måste man förstå vad som påverkar vilken soleffekt som når fram till solpanelen. Centrala begrepp här är jordaxelns lutning med årstiderna, platsens breddgrad, solvinkeln och hur lång väg solstrålningen får genom atsmosfären "luften", solens reflektion i solpanelens glastäckning samt med vilken vinkel solen strålar mot solpanelen!

Diagram som visar bakgrunden till vad man får ut ur en solpanel

OBS! Är många faktorer som påverkar solelgenereringen, inte minst solpanelens temperatur, vilket jag inte kan ta med i mina beräkningar! Men beräkningarna tar ändå med många avgörande viktiga faktorer som påverkar, så diagrammen här är ungefärliga men ändå väldigt nära verkligheten.


Diagrammet visar jordaxelns lutning under årets månader för Sverige. Jordaxelns lutning avgör hur lång dagen blir samt med vilken solvinkel solen lyser mot en horisontell yta.


Diagrammet visar max solvinkel mitt på dagen under årets månader, för fyra olika platser i Sverige. Dvs hur högt solen står på himmlen mitt på dagen. Påverkar hur solen träffar en solpanel, men även risken för skuggning av solpanelen. Ju lägre solen står ju större risk att något skuggar solpanelen.


Diagrammet visar max tillgänglig soleffekt mitt på dagen under årets månader för fyra olika orter i Sverige (vid klart soligt väder), mot en solpanel optimalt (vinkelrätt) orienterad mot solstrålningen. Här ser man att skillnaden är liten under sommarmånaderna men riktigt stor på vintern. Ju längre väg solen måste gå genom atmosfären (luften) ju mer absorberas där och kommer inte fram till solpanelen, vilket är det som ger årstidvariationen i diagrammet.


En del av solstrålningens effekt går förlorad i reflektion i solpanelens glastäckning. Vid reflektionsvinkel 0° (vinkelrätt mot glasytan) släpps mest solenergi igenom (transmitteras) men över 45° reflektionsvinkel börjar märkbart allt större del av solenergin reflekteras bort av glaset, vilket bidrar till minskad effekt från solpanelen.


Den relativa effekten man får ur en solpanel i förhållande till solstrålningens vinkel in mot solpanelen. Ju mer solinstrålningen avviker från att belysa solpanelen vinkelrätt desto mindre yta motsvarar solpanels yta vinkelrätt mot solstrålningen, och därmed fås mindre effekt från solpanelen. Dessutom ökar reflektionen av sol i panelens glasintäckning med reflektionsvinkeln, vilket minskar soleffekten. Vid 0° solvinkel (parallellt) mot solpanelen lyser ingen solenergi direkt mot panelen = ingen uteffekt.


Max beräknad effekt vid klart soligt väder från en 100W solpanel mitt på dagen under årets månader, vid olika fast orientering av solpanelen. Orientering: horisontellt, 45° lutad mot söder samt vertikalt lutad mot söder. OBS! Detta ger inte riktigt en bra bild över hur mycket ström (Ah) man kan få ut per dygn, då solen rör sig över himmeln under dagen och solvinkeln då också varierar. Men visar ändå lite hur solpanelens orientering påverkar under olika årstider.
Att de teoretiska beräkningarna bakom detta diagrammet ovan stämmer med verkligheten är bevisat 2012-02-06, då min solpanel i 45° lutning mot söder på husvagnen producerade 1,0A mitt på dagen i klart soligt väder. Solpanelen har max ström 2,29A vid STC (standard test conditions), vilket enligt mitt diagram ska ge ca 46% av max STC ström i början av februari dvs 0,46 x 2,29A = 1,05A, för 45° lutad solpanel här i Norrköping.


Max effekt man får ut mitt på dagen från en horisontellt placerad 100W solpanel under årets månader (vid klart soligt väder). Samt den tunna blå kurvan för en solpanel i Norrköping med solföljare som hela tiden riktar solpanelen optimalt vinkelrätt mot solstrålningen. OBS! Max möjlig strömmängd (Ah) per dygn varier än mycket mer under året, då dagarna är mycket kortare på vintern och solen då även står mycket lägre!
Att man inte kommer upp till 100W ens med aktiv solföljare beror på att en solpanels elektriska specifikationer uppmäts under standardtestförhållanden (STC värden):
Bestrålning med 1kW/m² med ljusspektrum AM 1,5 och en solcellstemperatur av 25°C.
Här i Sverige får solstrålningen alltid gå en längre sträcka genom atmosfärens luft än vid ekvatorn, och därför når vi aldrig upp till en effekt av 1kW/m² för solstrålningens effekttäthet här.
(Vilket visas i diagram högre upp här på webbsidan.)

-----------------------------------------


Lägger in detta diagram lite löst här så länge. (Källa: WarmEC Scandinavia - OK med Copyright)
Det visar att på årsbasis är inte orientering strikt mot söder så avgörande för energiproduktionen från fast placerade solpaneler.

-----------------------------------------

Kommer framöver räkna fram diagram som visar hur mycket strömmängd man kan få ut per dygn från sin solpanel vid lite olika förutsättningar som: orientering, breddgrad, årstid, solföljare, linjär vs MPPT (Maximum Power Point Tracker) solladdregulator, klart soligt väder / genomsnittligt väder / mellanmolnigt väder, etc.
Kommer även så småning göra en interaktiv solelanläggningskalkylator där man kan mata in sina egna data och få fram beslutsunderlag för hur man vill dimensionera sin solelanläggning (eller vad man kan förvänta sig att få ut ur en befintlig anläggning). Detta ligger dock lite längre fram i tiden...

Referenser:
pvcdrom - air-mass - lite av bibeln inom solenergi / solel / solpanel / solcellsteknik.
Solar radiation and photovoltaic electricity potential country and regional maps for Europe
Calculation of the Light Reflection and Transmission in Glass
Fresnel equations describing reflection and refraction of light at uniform planar interfaces.
Solelprogrammet - Energiberäkningar, solinstrålningsmodeller / beräkning för solpaneler i Sverige.

2011-01-04
Svenska solenergiföreningen
WARM-EC Scandinavia AB, ett solenergiföretag med bra med info
Energimyndighetens Testlab: Test av 8 solcellsystem
NyTeknik: Vårsol lika effektiv som sommarsol (om solel)
Sol Voltaics (svenskt företag), utvecklar effektiv billig solcellteknik med nanoteknik
Global Solar thin-film CIGS solar cells (flexible)
E-ON Sustainable City, tio års erfarenhet av 100% lokalt förnybar energi i Västra Hamnen, Malmö.
SEU SolEnergiUtveckling, luftsolvärme med många redovisade uppmätningar.
LuftsolvärmeForum
Solvärme - Solvinklar - solhöjd och azimuth

Video som tydligt förklarar behovet av bra kunskap för off-grid-liv på solel

Lite tankar kring solpanel, camping, olika säsonger samt batterikapacitet

Svarade på en fråga på ett forum för husvagnar:
I min "lilla blå" finns ett 75 Ah:s batteri. Kan jag sätta i ett kraftigare batteri utan fara typ 100Ah?Tycker att jag f.n. har för lite el-kapacitet ibland. Och om jag installerar ett kraftigare batteri, kommer det att fungera med min solpanel på 55W eller behöver jag en starkare laddare?

Beror lite om du menar nu på senhösten / vintern eller om du menar typ de tre sommarmånaderna. Beror även på ditt campingmönster - gör du mest kortturer eller är det flerveckorsturer du tänker på.

1. Ja du kan alltid sätta in mer batterikapacitet utan någon fara. Är egentligen bara lastvikten i husvagnen man behöver tänka på.
Din 55W solpanel kan du utan vidare använda ihop med upp till 150Ah (2x75Ah) batterikapacitet.

2. Solpanelen måste i genomsnitt ge den ström du förbrukar, annars behöver du ladda batterierna med ditt elverk också emellanåt.
Mer batterikapacitet gör dock att du behöver ladda mer sällan med elverket.

3. Med större batterikapacitet (mer Ah) klarar man fler dagar då solpanelerna ger dåligt med ström, typ mulet väder. Jag hade då satsat på 2st 75Ah standardbatterier - lätta att få tag i och troligen billigast totalt.

4. Med större batterikapacitet kan man dra mer nytta av sin solpanel, då mer batterikapacitet jämnar ut, "buffrar", solpenelens ojämna strömproduktion över längre tid.

5. Helst bör man på något sätt ha en hum om laddstatusen för batterierna (hur mycket urladdade de är), så man inte laddar ur dem mer än 50% - annars får man för kort livlängd på batterierna.

6. Gör man mest kortare campingturer (mindre än en vecka) så har man extra stor nytta av lite mer batterikapacitet till en solpanel (speciellt om solpanelen inte är så stor).
Då räcker det med att solpanelen ger bara en del av den ström man förbrukar under campingturen, så det räcker ihop med den ström man kan få genom att ladda ur batterierna till max 50% urladdning.
Sedan laddas batterierna långsamt upp igen mellan campinturerna.

T.ex. vid camping varje veckoslut (2dygn) får ju solpanelen 5dygn på sig att hinna ladda upp batterierna till nästa veckoslutstur.
Campar man vart annat veckoslut får ju solpanelen 12dygn på sig att ladda tillbaka den förbrukade strömmen under helgcampingen.
Har man då så stor batterikapacitet att man klarar hela veckoslutet utan att solpanelen ger någon ström pga vädret, så klarar man sin camping galant ändå på solel.

7. Gäller frågan camping nu på senhösten och vintern är problemet att solen står så lågt på himlen att den mest lyser längs en horisontell takmonterad solpanel, som därmed inte producerar någon ström att tala om.
Dessutom är det mycket mer som kan skugga solpanelen, när solen står lågt, samt solen är uppe färre timmar per dygn.
Den problematiken löser inte en större batterikapacitet - snarare tvärtom, en liten solpanel kan då ha svårt att t.o.m. bara klara underhållsladdningen av batterierna.

Jag har löst detta på min husvagn som så, att jag har en 55W solpanel horisontell på taket för huvudsakligen sommarcamping samt jag har en 40W solpanel i 45 grader lutning innanför mitt 45 grader lutande frontfönster på husvagnen för senhöst- och vintercamping. (Båda alltid inkopplade naturligtvis.)

Senhöst och vinter campar jag normalt högst tre dygn i sträck, vilket jag klarar helt på mitt 75Ah batteri. Sedan laddar framförallt min 45 grader lutade solpanel upp batteriet mellan campingturerna, det jag lånat ur det.
Ofta får solpanel då 2-3 veckor på sig att ladda tillbaks strömmen och då klara jag all min vintercamping på bara solel.
Nu står min husvagn parkerad mellan camingturerna med frontfönstret / solpanelen riktad mot söder, samt väldigt skuggfritt även för en låg vintersol.

8. Längre norrut i Sverige blir det svårt med solel överhuvudtaget senhöst / vinter, då solen är uppe väldigt kort tid över horisonten, om alls.

Se lite i detta diagrammet hur solpanelens vinkel påverkar över året (i höjd med Norrköping):
OBS! Visar maxeffekten just när solen står högst mitt på dagen (ej strömmängd per dygn):

Månad 1 = Januari, Månad 12 = December, 13 = Decembers slut

Se hur solelen varierar för en horisontellt placerad 100W solpanel, för olika delar av landet.
OBS! Visar maxeffekten just när solen står högst mitt på dagen (ej strömmängd per dygn):

Månad 1 = Januari, Månad 12 = December, 13 = Decembers slut
"Nkpg follower" visar hur mycket en 100W solpanel ger som alltid är optimalt vinkelrätt inriktad mot solen (i Norrköping). Som synes gör detta mycket på vintern.


För den som vill fördjupa sig lite mer har jag bra info på min batteri-webbsida:
Om blybatteri, laddning och att få lång livslängd