Solpanel

Solceller och spänning

En solpanel, eller solcellspanel består oftast av 36 solceller. En solpanel med färre än 36 solceller når inte upp till laddspänning under lika många timmar per dygn. Större solcellspaneler brukar ha 72 solceller och dessa kan antingen vara i 12-, eller 24-voltsutförande.

Varje solcell ger 0,47 volt vid full effekt och 36 seriekopplade solceller ger tillsamman ca: 17 volt (0,47 x 36). Obelastad ger en solcell ca: 0,6 volt och för hela panelen blir det 21,5 volt. Solpaneler med 72 solceller är i princip två sammankopplade paneler. Kopplas alla solcellerna i serie får man en solpanel avsedd för 24 volt (72 x 0, 47 = 34 volt), men kopplar man de ”båda panelerna” parallellt får man solpanel avsedd för 12 volt, men med dubbelt så hög ström jämfört med en panel med 36 celler. Enligt Ohms lag (P = U x I) blir effekten densamma, oavsett om en panel med 72 solceller är avsedd för 12, eller 24 volt.

Varje solcell ger en ström på ca: 3 ampere per kvadratdecimeter. Eftersom solcellerna är seriekopplade blir den totala strömmen lika med strömmen från en solcell. 36 seriekopplade solceller ger alltså inte mer ström än en enda solcell. Antalet solceller bestämmer bara panelens spänning.

Priser på solpaneler

En solpanel kostar som regel från 63 kr/watt och uppåt, beroende på storlek, fabrikat och var man köper den, men besökare av den här webbplatsen, 24 volt, kan köpa solpaneler i den nyligen öppnade webbutiken till priser som ligger 25-40% under rådande marknadspriser.
Garantitiden för solpaneler varierar, men normalt brukar den ligga runt två år. Vissa tillverkare lämnar dessutom 20-25 års effektgaranti, vilket innebär att solpanelen garanteras ge 80% av den ursprungliga effekten efter 20-25 år. Om de solpaneler som säljs utan effektgaranti lämnar lägre effekt om 25 år, torde knappast någon veta, men denna effektgaranti är i alla fall något man tar rejält betalt för. Med tanke på den utveckling som sker inom det här området ska man nog heller inte vara alltför säker på att samma teknik kommer att användas även en bit in på 2030-talet. Så de solpaneler som pryder husväggarna idag kan mycket väl vara utbytta mot något helt annat långt innan dess. Personligen är jag inte beredd att lägga tusenlappar extra på effektgaranti och även om jag har min panel kvar om 25 år och den då inte ger mer än 70% av den ursprungliga effekten, är det förmodligen inget jag bekymrar mig över då.

Specifiktation för en 75 watts solpanel

Tittar man på specifikationen för en vanlig 75 watts solpanel står bl.a. följande:

Energi specifikation (12V)
1000 W/m², 25°C, 1.5 am

1000 W/ m² är solens instrålning en klar och molnfri sommardag när solen står som högst på himlen. Bor man i de norra delarna av landet har man inte så hög instrålning, men 1000 W/ m² är det referensvärde man använder och det gör man vid en solcellstemperatur på 25°C . Detta har egentligen inte så stor betydelse, det är ändå kWh/dygn som är det intressanta. En parentes i det hela, är att lätta moln kan halvera solens instrålning och är molnen mörka, eller att någon del av panelen hamnar i skugga, faller instrålningen till ca: 100 W/m².

Vidare ser man att solpanelen har en toppeffekt (Wp) på 75 watt. Denna effekt gäller när förutsättningarna ovan råder och panelen är riktad rakt mot solen i 90° vinkel. Övrig tid på dagen när solens vinkel mot panelen minskar, minskar också instrålningen och effekten blir lägre.

Kortslutningsström (Isc), är den ström solpanelen ger om man kortsluter den och tomgångsspänning (Voc), är solpanelens spänning obelastad.

På bilden till höger ser man hur strömmen i en solcell varierar med spänningen. Den är som högst vid kortslutning och vid 0,47 volt får man den anpassning mellan ström och spänning som ger den högsta effekten. Att kurvan visar negativa värden har bara med strömriktningen att göra.

Max spänning (Vmp), 17 volt (16,92 volt) och max ström (Imp), 4.40 ampere anger spänning och ström under belastning och vid maximal effekt. Med hjälp av Ohms lag, P = U x I, får man fram maximal effekt för panelen och 17 x 4,4 blir mycket riktigt 75 watt och detta gäller vid en instrålning på 1000 W/ m² och en temperatur på 25°C. Vid stigande temperatur i cellerna sjunker spänningen med ca: 0,1 V/°C. Solcellernas ström varierar med instrålningen medan spänningen håller sig relativt stabil.

När det gäller den fysikaliska specifikationen får man veta att solcellerna är 36 stycken till antalet, att de är kvadratiska och har arenan 125 x 125 mm. Eftersom en solcell med arean 1 dm² ger ca: 3 ampere, kan vi se hur det stämmer för dessa celler med arean 1,563 dm² (125 x 125 mm). Eftersom 1,563 x 3 ampere = 4,7 ampere, ser vi att det stämmer bra med angiven kortslutningsström.

Vidare ser man också att cellerna är av typen polykristallina och normalt har sådana en verkningsgrad runt 13-14 procent. Panelens mått anges till 1200 x 532 mm, vilket ger arean 0,64 m². Detta ger i sin tur 640 W instrålning från solen och panelens verkningsgrad blir då 75W/640W = 11,7 %. Räknar man enbart på solcellernas area blir verkningsgraden 13,3 procent.

Typer av solceller och paneler

Polykristallina solceller känns igen på deras spräckliga blå färg. Den andra typen av kristallina celler är de monokristallina och de är klarblå till färgen, eller ibland nästan svarta. Deras verkningsgrad är något högre, ca: 15-16 procent. Den tredje vanliga typen av solceller är tunnfilmscellen av amfort kisel, den böjbara solcellen och dess verkningsgrad ligger normalt runt 6-8 %. Tunnfilmspanelerna har dock en annan fördel och det är att man bara tappar effekt på den del av panelen som hamnar i skugga. En polykristallin, eller monokristallin solpanel tappar effekt ned till den mest skuggade cellens nivå, så ett löv på en av cellerna kan släcka hela solpanelen. Dessa solpaneler fungerar alltså på samma sätt som en julgransbelysning.

Solpanelens effekt

Solpanelens effekt varierar över dagen beroende på solens rörelse över himlen och för att förenkla beräkningarna av den energi en solpanel ger under ett helt dygn brukar man säga att solpanelen ger max effekt under fyra timmar och inget den övriga tiden. Detta är inte sant, solpanelen laddar även vid molnigt väder och under en större del av dagen, men inte alls med samma effekt. Det hela beror ju också på var man bor i landet och hur panelen är monterad. Med tumregeln fyra timmar gånger solpanelens effekt ger för en 75-wattspanel ca: 300 Wh/dygn, detta gäller under sommarmånaderna. Under ett helt år kan man multiplicera panelens effekt med 1000, vilket blir ca: 75 kWh/år +-10%.

För att panelen ska ge angiven effekt, krävs förutom en instrålning på 1000 W/ m², att panelen är riktad rakt mot solen. Full effekt ger den också bara under en kort stund, övrig tid ger den mindre beroende på solens infallsvinkel mot panelen. Temperaturen har också betydelse och vid låg temperatur blir laddströmmen högre. Solcellerna i panelen tycker alltså inte om hög temperatur och vid fast montering ska man därför se till att luft kan cirkulera fritt på solpanelens baksida.

Motorstyrning och montering

Har man motorstyrning som gör att panelen följer solen (solföljare), kan solpanelen ge drygt 60% mer energi per dygn. Med en solcellsregulator av MPPT-typ (Naps MaxPower är en sådan, men den klarar inte alltför hög effekt), kan den ge ytterligare 30 procent mer energi. Är panelen fast monterad, ska den sommartid sitta vänd mot söder i drygt 40° vinkel. Vintertid kan det vara bättre att ha panelen vertikalt väggmonterad.

Med den här kalkylatorn kan man beräkna effekt till batteriet och total verkningsgrad (panel + regulator och kabel). För att få fram verkningsgraden krävs att man vet solens instrålning och kan man inte mäta den blir det svårt och det bästa man kan göra av det hela är att testa sin anläggning en sommardag när solen ligger rakt mot panelen i 90° vinkel.

Obs! Använd punkt vid decimaltal, ej komma.

Resultat:

Panelens effekt:	W
Verkningsgrad:	%

Solvinkel

Bilden till höger förklarar varför solens instrålning mot panelen blir lägre när panelen inte står i rät vinkel mot panelen. Eftersom solens instrålning mäts i W/m² kommer en stor del av solens ljus inom denna kvadratmeter att träffa utanför panelen om den inte står i rät vinkel mot solen och detta gäller både i horisontell och vertikal riktning. Man förstår då att väldigt mycket av solens energi går förlorad hos en fast monterad panel och att en solföljare med motorstyrning kan höja panelens effekt avsevärt under stora delar av dagen.