I detta inlägg kommer Teknikbloggen ta upp hur du tolkar en solpanels datablad. Det är mycket siffror och förkortningar som presenteras och det kan vara mycket att sätta sig in i som både köpare av en solcellsanläggning och för folket i branschen. Teknikbloggen skall därför göra ett tappert försök att reda ut begreppen!

Innan vi börjar följer här en kort lista med förkortningar. Gå gärna tillbaka och titta på dessa när du läser detta inlägg. Vi kommer också använda LONGi:s 450Wp-panel som exempelpanel, med följande elektriska data.

Figur 1. Datablad för en 450Wp solpanel från LONGi

Lista med förkortningar

STC – Standard test conditions. ”Labratorieliknande förutsättningar”

NOCT – Nominal Operating Cell Temperature, Nominell arbetstemperatur för cellen och mer realistiska jämförelsesiffror.

Pmax – maximal effekt som uppnås vid STC eller NOCT

Voc – Open Circuit Voltage, Öppen kretsspänning. Den högsta spänning som uppnås vid STC eller NOCT. Mäts mellan plus och minus-kontakterna.

Isc – Short Circuit Current. Kortslutningsström, Den högsta ström som uppnås vid STC eller NOCT. Mäts med en kortslutning mellan plus och minus-kontakterna.

MPP – Maximum Power Point, maximal effektpunkt. Ett arbetsläge för panelen där högst effekt uppnås.

Module efficiency – moduleffektivitet/verkningsgrad. Hur mycket av solljuset i procent omvandlas till likström.

Ljusets förutsättningar att nå panelen

Solens vinkel mot jorden är vad som, bland annat, bestämmer hur mycket solenergi en solpanel producerar. Beroende på var på jorden solpanelen är placerad kommer olika vinkar och orienteringar vara fördelaktiga. På norra halvklotet placeras panelerna i söderläge (men öst och väst funkar också) medan på södra halvklotet placeras panelerna åt norr.

Figur 2. Instrålningen bestäms av vinkeln till solen.

Solpaneler är egentligen ett ganska dåligt namn, ljuspaneler hade varit bättre. Speciellt efter som det är ljuset som är den viktiga ingrediensen för att skapa likströmmen i solpanelen. Det är också inte endast det direkta solljuset som blir användbar solel utan även det diffusa ljuset som reflekteras via moln är en viktig beståndsdel. För hur många dåliga dagar har vi inte när förutsättningarna inte är perfekta, men vi ändå kommer producera solel!

Dessutom är instrålning via albedo en viktig parameter att ta in. Exempelvis om man bor nära en sjö kan reflektioner från sjön reflekteras mot panelerna och bidra positivt till produktionen. Albedo är själva reflektionen från marken, där ni som är miljöintresserade känner till att albedotalet ändras om marken ändras om isar och snö smälter och marken blir jord och sten (som absorberar mycket bättre än snö och is).

Albedo blir också mer intressant när man pratar om bifacial-paneler dvs tvåsidiga solpaneler. Då dessa kan ta upp solljus från två sidor blir albedoeffekten mer påtaglig.

Figur 3. Solljusets tre beståndsdelar: direkt solljus, diffust ljus och albedo.

Beroende på vilken vinkel solljuset träffar solpanelen har det gått igenom olika mycket atmosfär, och därmed påverkats av de molekyler som finns i atmosfären så som syre, kväve men också smuts och föroreningar. Detta avgör vilket ljus, dvs vilket ljusspektrum som kommer nå solpanelen. Vid STC (som kommer beskrivas nedan i detalj) används AM1,5 dvs 1,5 gånger luftmassan (air mass) jämfört med zenit.

Figur 4. Luftmassetalet AM (air mass).

Om solljuset inte gått igenom någon atmosfär över huvud taget, dvs. AM=0, hade den grå linjen i diagrammet nedan visat vilka våglängder av ljus som släppts igenom. Ju mer atmosfär som solens stålar passerar igenom, ju mer av energin tappas. Det är också olika färger (våglängder) på ljuset som släpps igenom. Olika paneler är olika bra på att absorbera olika våglängd. Vilka paneler som är bättre eller sämre än andra är oerhört svårt att säga, men om vi på Teknikbloggen får tag på någon KTH-professor kan vi säkert reda ut det!

Figur 5. Våglängder som olika AM-tal släpper igenom.

Standard Test Conditions (STC)

Standard Test Conditions eller STC är ett fördefinierat testfall som alla solpanelstillverkare använder för att kategorisera, märka och testa solpaneler. Förhållandena är definierade som följande:

  • Solinstrålning: 1000W/m2
  • Celltemperatur: 25°C
  • Ljusspektrum: motsvarande luftmassa (air mass) AM 1,5.

Det skulle var näst intill omöjligt för både hemmafixare och proffs om det inte fanns standardiserade förutsättningar för att kunna jämföra solpaneler. STC används alltså alltid som referensvärde när man jämför olika solpaneler. STC är alltså ett specifikt driftsförhållande, där alla paneler som lämnar en solpanelsfabrik testas emot.

Det räcker dock att temperaturen ändras eller att ljusinstrålningen inte är exakt 1000W/m2 för att man inte längre skall ha STC-förhållanden, och det kommer ske i verkligheten. Man skulle kunna säga att en solpanel är en komplicerad maskin med mängder av rattar och inställningar, men för att kunna jämföra dessa ”maskiner” ställer vi in alla rattarna och reglagen på samma sätt för att kunna jämföra dom.

Det som skiljer paneler är självklart aspekter som kvalité, CSR-arbete förutom att stirra sig blind på STC-värden så kommer olika paneler bete sig olika utanför STC:s fördefinierade värld. Exempelvis temperaturkoefficienter är en sådan aspekt. Olika paneler tappar olika mycket effekt om det blir varmt. Förluster som kan kosta en dyrt under panelernas livslängd.

Verklighetstroget nog?

På grund av att STC-förhållandena är relativt specifika och inte sker speciellt ofta ute i verkliga förhållanden har man tagit fram mer realistiska värden som också presenteras i databladet för panelen. Så att man som köpare av solpanelen vet hur panelen producerar under realistiska förhållanden och inte bara i ett laboratorium.

Dessa mer realistiska förhållanden kallas NOCT eller Nominal Cell Operating Temperature (nominell celltemperatur vid drift) det förhållandet definieras enligt följande:

  • Solinstrålning: 800W/m2
  • Omgivningstemperatur: 20°C
  • Celltemperatur 45°C (olika för varje panel).
  • Ljusspektrum: motsvarande luftmassa (air mass) AM 1,5.
  • Vindhastighet: 1m/s

Redan vid denna information kan man se hur panelen under mer verklighetstrogna förutsättningar inte producerar enligt STC. Effekten exempelvis kommer gå från 450Wp till 333Wp när man jämför STC och NOCT-värdet. Har man då som projektör ex endast tagit hänsyn till STC-värden kommer man exempelvis alltid köpa en för dyr och för stor växelriktare. Detta är en av anledningarna till att man väljer att dimensionera solpanelseffekt i förhållande till växelriktareffekt till ca 120%, det finns helt enkelt ingen anledning att betala för överkapacitet som kommer användas några få timmar per år. Man brukar prata om ett DC:AC förhållande men skall man vara helt noggrann bör man nog också tillägga att det är DC:AC vid STC som man kalkylerat med.

Solpanelens temperaturberoende

Varje solpanel har tre temperaturkoefficienter, dessa anger hur mycket i procent per grad Celsius hur mycket ström, spänning och effekt ändras i panelen när temperaturen ändras. Eftersom STC och NOCT endast är två ögonblocksbilder av hur en solpanel presterar ger temperaturkoefficienterna en ”dynamisk bild” på hur en solpanel presterar vid olika temperaturer.

Om vi tar ett exempel nedan och endast fokuserar på tecknet (dvs plus eller minus) framför koefficienten. För Isc dvs strömmen är sambandet positivt. Det innebär att om temperaturen ökar, ökar också strömmen. Detta för att det blir mindre resistans och elektronerna flyter lättare genom panelen. För Voc, dvs. spänningen är tecknet negativt. Det innebär att om temperaturen ökar, minskar spänningen. På samma sätt ökar spänningen i panelen när temperaturen sjunker. Det innebär att vid design av ett solcellssystem måste temperaturen tas i beaktning, för det är under årets kallaste (och soliga dag) som den högsta spänningen uppnås i systemet. Har man inte tagit hänsyn till den kan man ha sönder sin växelriktare (eller optimerare)!

När vi slutligen tittar på det sammanvägda resultatet ser man att effekten Pmax har ett negativt tecken. Dvs att solpanelen kommer ge mindre effekt om det blir varmare. Detta kan man också se då sammanslagningen av spänning och ström (som multiplicerat blir effekt, P=IxU) så är temperaturkänsligheten större för spänning än för ström. Dvs när temperaturen rör sig en grad så rör sig spänningen mer, alltså påverkar den mest.

Figur 6. Temperaturkoefficienter för en solpanel.

Tittar man på sambandet mellan ström och spänning i en graf för flera olika celltemperaturer, här 25 till 75 grader så ser man att strömmen I rör sig mellan ca 11,8-12A när temperaturen är låg respektive hög. Spänningen rör sig från ca 41-49V, en mycket större procentuell skillnad.

Figur 7. Solpanelens temperaturberoende för spänning och ström.

Solpanelens ljusberoende

Om vi istället för att låta temperaturen variera så låser vi den på 25 grader och tittar på hur en solpanel producerar vid olika ljusinstrålningsnivåer. Här har vi 200–1000 W/m2. Rent konkret innebär det från gryning till en solig sommardag.

Föga förvånande ökar effekten vid ökad ljusinstrålning, och en solpanel producerar mer effekt i soligt väder än molnigt. Vad som är en intressant observation i grafen är att även om solinstrålningen går ifrån gryning till fullfjädrad högsommar så varierar endast spänningen från ca 46V-49V. Det innebär att om man exempelvis har solpaneler på ett öst och ett västtak kommer spänningen från panelerna vara nästan samma. Detta eftersom spänningen inte är så ljuskänslig. Detta kan projektörer använda för att exempelvis parallellkoppla slingor i olika väderstreck, om de har samma spänning vilket två slingor har om de har lika många paneler och är av samma typ!

Figur 8. Effekt och spänning som funktion av ljusintensitet.

Om man istället tittar på hur strömmen varierar när vi ändrar ljusförhållanden så ser vi att strömmen skulle göra ett hopp om vi momentant skulle ändra ljusförhållandena. Strömmen varierar från ca 2 till ca 12A, dvs en faktor 6!

Vad man också kan observera i grafen är att strömmen håller sig relativt stabil, dvs horisontell för att sedan dyka kraftigt efter ca 40V. Detta är väldigt karakteristiskt för dioder inom elektroniken.

Figur 9. Spänning och ström som en funktion av ljusintensitet.

FAQ

  1. Kan mina solpaneler producera mer än Pmax vid STC?
    Ja, om temperaturen är kallare eller ljusinstrålningen högre. Dock är det ovanligt att det är kallare och samtidigt mycket ljusinstrålning. Men vid ex. växlande molnighet en kall vårdag kan man få bra effekt. Tills panelerna (cellerna) värmts upp och då tappar i effektivitet.

  2. Hur mycket producerar mina solpaneler en regnig dag?
    Eftersom panelens effekt består av så många parametrar (som exempelvis ström, spänning, temperatur, ljusspektrum, ljusintensitet, vindhastighet etc.) är det i princip omöjligt att ge ett värde. Det beror helt enkelt på hur mörka är molnen och hur mycket ljus släpper de igenom. Visst skulle man kunna säga ca 20% av maxkapacitet, men frågan är mer komplex än så!

  3. Hur mycket får jag ut i effekt med orientering x och takvinkel y?
    Effekten är näst intill ointressant. Det är som att fråga ”hur långt kan jag köra med en elbil som har topphastigheten 200km/h”. Att istället fråga hur mycket energi kommer jag få ut av ett visst tak med givna förutsättningar på årsbasis är en mer befogad fråga.

Slutord

Sammanfattningsvis finns det några höjdpunkter att ta med sig:

  • Känna till solpanelens temperaturberoende
  • Veta hur olika ljusinstrålningsnivåer påverkar solpanelen
  • Känna till skillnaderna mellan STC och NOCT samt hur de används
  • Veta hur man tolkar ett datablad från en solpanelstillverkare

Att kunna tolka databladen kommer göra att du får bättre möjlighet att jämföra olika solpanelstyper och mer på djupet förstå vilka mekanismer som ligger bakom hur en solpanel fungerar, inte minst i nordiska förutsättningar