Solstrøm

Noter om sol-indstråling, solpaneler og net-tilslutning ligger på dette link (originalen i Google Docs)

Nedenstående er en kopi fra 2012-02-16.


Solcelle-muligheder i Danmark

Fif, forklaringer og diverse detaljer om sol og sol-celler tilsluttet elnettet. Tænkt som et sammendrag og en opridsning af diverse aspekter ved sol-strøm. Det er nok lettest at forstå hvis man har hørt nogle af udtrykkene på forhånd. Der mangler kilder til mange af udsagnene, så du må selv kontrollere om de passer. :-)

Indhold:

Solcelle-muligheder i Danmark

Sol-indstråling

Afhængigheder

Målinger

Produktion og effektivitet

Maximum Power point Tracking, MPPT

Skygge og seriekobling.

El-produktion og el-nettet

Invertere og elnettet

Tilmelding før tilslutning

Diverse

Danske regler om afregning og betaling for el

Økonomi ved nettoafregning

Gæt og fremskrivninger

Ubehandlede emner

Sol-indstråling

At høste sol-energi går ofte ud på at høste mest muligt energi på årsbasis, med de ressourcer (økonomi, plads osv.) man har til rådighed.

Udregninger som (kWh/år)/(kr. investeret) er relevante, men skal gøres for et konkret system med en konkret placering. Tal såsom kr. indkøbspris per nominel maks-effekt (Wpeak) er kun en af de ting der bestemmer den samlede pris, eller hvor meget energi et system vil levere.

Sol-indstrålingen er kortlagt detaljeret, og for Europa kan den ses på EU’s Photovoltaic Geographical Information Systemhttp://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php . Web-app’en kan udregne hvor meget energi per år, et solcelle-anlæg producerer. Det regner sol-indfald ud fra en given (tag-) flade, ved at man indtaster retning og hældning ift. syd hhv. vandret. Udregningen tager højde for solcellernes temperatur som funktion af lufttemperaturen. Læs også forklaringerne dertil på http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/PVcalchelp_en.html

Kort over sol-indfald på vandrette overflader i DK: http://solargis.info/doc/_pics/freemaps/1000px/ghi/SolarGIS-Solar-map-Denmark-en.png .
I Europa: http://solargis.info/doc/_pics/freemaps/1000px/ghi/SolarGIS-Solar-map-Europe-en.png (Kortene tager vist ikke højde for skyer, men for horisonten, udregnet fra terræn-data?)

Direkte sol er ikke nødvendigt, men skyer virker som diffusor og spreder effekten, så sol-indfaldet per m² falder. Den nedre grænse for hvornår el-produktionen stopper, afhænger af inverterens tab/effekt-forbrug (især tomgangs-tabet). For at holde en lille produktion i gang, skal der naturligvis komme mere effekt ud af solcellerne end inverteren selv bruger på at holde sig selv kørende.

Diffust lys: Når skydækket skaber diffust lys, vil et solpanel opfange omtrent samme effekt uanset hvilken del af himlen og skydækket det vender mod. Det siges at omtrent halvdelen af en årlig sol-energimængde i DK kommer som diffust lys, og at det medfører at det ikke er så vigtigt for solpaneler om de vender stik syd, eller fx mod sydøst eller sydvest. Årsproduktionen fra paneler, der ikke vender optimalt, vil ikke falde så drastisk med 50 % diffust lys, som hvis det altid var skyfrit.

Afhængigheder

Solens effekt i W per m² ved jordoverfladen bliver størst på de dele af jordkloden, der er tættest på solen, men tættere ved polerne er tiden fra solopgang til solnedgang længere. Giver det en mere jævn produktion hen over dagen (en mere bred/flad effektkurve)?

Lokale forhold (terræn, afstand til kysten/havet osv.) kan påvirke mængden af skydække (og temperatur), og derved gøre nogle lokationer lidt mere fordelagtige end andre. Nogle få procent?

Målinger

Live data om sol-indstråling i DK kan ses ved 14 af de store solvarmeanlæg til fjernvarme på http://solvarmedata.dk/ .

Der er live PV-data på http://pvoutput.org/live.jsp  fra amerikanske stater (kig under “states”) og resten af Verden (kig under “Countries” http://pvoutput.org/country.jsp ).

Den tyske produktions-log på http://home.solarlog-web.eu/816.html har også 12 danske anlæg (september 2011)

Produktion og effektivitet

Solcellers temperatur betyder meget, fx kan effektiviteten falde med 0,5 % per C over 20 C, og solceller har det med at blive varme når de får sol. Noget af effekten omsættes til el, noget reflekteres, mens en stor del omdannnes til varme. Nogle paneler mindre følsomme/har bedre data, andre dårligere (-0,3 til -0,7 % per C).

Wp/m² er kun interessant hvis man mangler plads til panelerne for at opnå den ønskede spids-effekt (eller årlige energiproduktion) for et anlæg. Se også kommentaren http://ing.dk/artikel/120726-prisfald-og-nyt-fradrag-goer-solceller-til-guldrandet-investering#p359906

Den mulige årsproduktion i gennemsnit for DK kan estimeres med tommefingerreglen

[kWh/år] = [Wpeak] * 0,8 (800 Wh per Wp installeret effekt)

Det afhænger selvfølgelig af en god placering/orientering af solcellerne, ingen skygge, en effektiv inverter (AC-adapter) samt de årlige variationer i skydækket. Er variationerne over de første 15 år medtaget i faktoren på 0,8? I EU’s web-app vises Lolland som et sted hvor man får omkring 850 kWh ud per 1 kWpeak solceller vendt mod syd og med programmets standard-betingelser, og lidt mindre energi på Fyn og Syd/Vestsjælland.

Faktor-tallet i tommelfinger-reglen vil kunne blive højere for paneler der er relativt mere effektive ved svagt lys sammenlignet med 1kW/m2.

På engelsk h
edder faktoren (kWh/år)/Wp “power yield factor (yearly)".

Solcellers elektriske effekt ved et givent lysindfald vil aftage jævnt m
ed tiden, men starter typisk over den lovede effekt. Ud fra den lovede “nominelle” eller “peak”/maksimale effekt, vil nogle producenter love at el-effekten mindst er fx 90 % af nominel effekt efter 10 år og 80 % efter 20 år.

Normalt opgives solcellers output ved lys-indfald på 1 kW/m² og mens solcellen er 25 grader C [Notat om solcelleteknologi, s. 3] Søg efter “Standard Test Conditions”, STC. Det gælder fx peak-effekter for paneler. Ved lavere temperatur og kraftigere lys kan man godt trække mere effekt ud af et solpanel, end den peak-effekt, der er opgivet efter “standard test conditions” (STC).

Maximum Power point Tracking, MPPT

Inverteren (eller lade-regulatoren i batteri-anlæg) kan justere strømtrækket fra solcellerne op eller ned mod det niveau, der giver den største el-effekt. Dette optimum ændrer sig når lysstyrken ændrer sig, og derfor skal strømmen justeres løbende for at opnå maksimal effekt og virkningsgrad. Uden MPPT vil et anlæg gå glip af måske 20 % af energien? (set over et døgn).

Typisk vil der være en MPPT per streng, der kan tilsluttes en inverter.

Problematikken har inspireret en dansk PV-panel-producent til at udvikle paneler med mange MPPT-regulatorer per panel (en MPPT per 4 dm²) og indbygget inverter til elnettet. Det burde medføre at et solcelleanlæg kan køre optimalt uanset delvis skygge (fx fra løvfald) eller små forskelle i de enkelte cellers ydeevne, temperatur og den slags. [ref (video-demo)]

Skygge og seriekobling.

Når flere celler er forbundet i serie, vil cellen der får mindst lys begrænse strømmen, der kan løbe igennem den, og dermed sænke produktionen fra de øvrige celler. Denne effekt kan være meget kraftig (som at klemme hårdt på en vandslange), men afhænger af cellernes konstruktion og type. Hvis der aldrig falder skygger på solcellerne, og delvist overskyet vejr er en sjældenhed, vil det ikke betyde det store. I praksis kan man have problemer med løvfald, der ligger sig på panelerne (indtil næste kraftige regnskyl),  udover skygger fra skorstene, træer osv. Flere strenge med hver sin MPPT mindsker sårbarheden overfor tabt produktion, alt andet lige.

For at minimere unødig skygge-tab i et solcelleanlæg, vil man minimere solcelle-arealet i hver seriekobling, eller den største afstand mellem de to fjerneste celler. En seriekobling kaldes også en streng, og jo flere strenge et anlæg kan opdeles i, jo mindre tab grundet delvis skygge på hele anlægget. Parallelkobler man flere paneler (med beskyttende dioder i serie med hvert panel), vil inverteren ikke kunne trække den maksimale effekt ud af alle panelerne samtidig, så jo flere indgange for solcelle-strenge en inverter har, jo bedre, i denne henseende. Det gælder særligt hvis der er forskelige solcelletyper, eller hvis panelerne vender mod forskellige retninger. Så følges produktionen og cellernes optimale arbejdspunkt (MPP) ikke ad, og så vil det kunne betale sig at de er på hver deres streng.


El-produktion og el-nettet

For vedvarende energi findes der en netto-afregningsordning (eller “netto-måler-ordning”) til bl.a. private husstandes elforbrug og produktion. Med ordningen kan det el-forbrug man opkræves penge for (at net-selskabet og energi-leverandøren) reduceres, som om elmåleren tæller nedad mens overskydende energi sendes ud i el-nettet. Det faktiske totale el-forbrug fratrækkes VE-el-produktionen (ned til 0 kWh), så der ikke betales for el-energi man selv har fremstillet, også selvom man har afleveret en mængde energi til el-nettet, der hentes tilbage senere. Kun forbruget ud over egen-produktionen skal el-kunden betale for.

Der er flere former for netto-afregning, men ovenstående gælder for den på årsbasis, for private el-kunder med anlæg, på maksimalt 6 kW for solceller,  jf. loven om nettoafregning af VE-el. Man skal tilmeldes og systemet tilsluttet el-nettet skal godkendes. Kravene uddybes længere nede, i afsnittet om invertere og under “Diverse”.
Skat har denne forklaring: Afgiftsfrihed for små private VE-anlæg .

Maks-effekten, der er relevant for netto-afregningen,  er hvad anlægget kan levere til el-nettet, dvs. på AC-siden af inverteren, der laver solcellernes jævnstrøm om til 50 Hz vekselstrøm. [Mangler kilde til fortolkningen af at reglerne taler om effekt leveret til nettet og ikke selve cellernes peak-effekt?]

Fast feed-in tarif
Producerer man mere end års-forbruget, kan det overskydende el sælges til en fast pris til Energinet.dk [ref, se afsnit 8.1], og tariffen kaldes også “de lovpligtige pristillæg for VE-produktionen”. Energinet.dk skriver i retningslinjerne, at produktion fra denne gruppe VE-producenter med nettoafregning på års-basis, bruges til at dække nettabet (og ellers kan de vel sælge energien videre til markedspris). Tabet på videresalg af VE fra fx større vindmøller opkræves gennem PSO-afgiften [energinet.dk] . Den faste pris (fastsat i VE-lovens afregningsregler for miljøvenlig elproduktion?) er væsentlig lavere end hvad man kan spare på at udligne sit eget forbrug. Det er vist 60 øre/kWh de første ti år [nrgi.dk] [ens.dk nederst].
Energinet.dk om udbetaling af støtte til overskudsproduktion fra mikro-VE-anlæg.

Indpasning til forbruget
Sol-indfaldet følger ikke døgnets eller årets forbrug tæt, men der bruges el i store mængder når solen skinner. Det giver mulighed for at spare på brændsel til el-produktionen, uanset om det er fossiler man vil undgå mest muligt, eller biobrændsler der er svære at skaffe regionalt.

Sol-el midt på dagen som supplement til den resterende elforsyning er fordelagtigt, da elektriciteten primært laves på værker der både laver el og varme (CHP/Combined Heat and Power). Om sommeren midt på dagen er varmebehovet til fjernvarme minimalt, og CHP-værkene spilder derfor varme-energi som værekrne hverken er i stand til at lave elektricitet ud af, eller sælge som varme. Dvs at uden supplerende sol-el falder CHP-værkernes effektivitet midt på dagen, og med sol-el vil CHP-værkerne kunne sælge mere energi per indkøbt brændsel fordi brændlset udnyttes bedre, men deres el-salg vil falde.
[Dokumentation?]

Når elforbruget topper anden gang i døgnet omkring kl. 18, siges varmebehovet at være relativt større, og at CHP kører mere effektivt ved denne fordeling mellem el og varm.

Sol-energi ankommer meget spredt, så for at høste meget energi behøves store arealer. Men meget af el-forbruget er også tilsvarende spredt ud arealmæssigt.

Der tabes noget energi i de lange elkabler og i transformatorstationerne, typisk 5 til 10 % for hele el-nettet set som et hele. Når der produceres el i samme område tæt på forbruget, mindskes tabet. Jo minde forskel mellem produktion og forbrug, fx inden for det elnet under samme transformatorstation, jo mindre tab.

Invertere og elnettet


Net-selskaberne, der driver det kollektive el-net (og Energinet, der har det overordnede ansvar for forsyningsikkerheden i DK), stiller krav til net-tilsluttede invertere. Inverterne må kun sende energi ud i el-nettet, når både netspændingen og frekvensen er inde for et vist område (et område som antyder en “sund” tilstand). Desuden skal inverterne stoppe med at presse effekt ud på AC-siden ud mod elnettet, hvis forbindelsen ud til det offentlige elnet forsvinder/afbrydes. Afbryder man forbindelsen til elnettet for at slukke for strømmen (og spændingen), vil det lokalt tilsluttede el-producerende anlæg også slukke, for at “efterabe” det offentlige el-net, og ikke kæmpe imod el-nettet når forbindelsen dertil gen-etableres.

Vil man fjerne spændingen fra selve solcellerne, må man dække dem til/skærme for lyset, fx med en lystæt presenning, tæpper e.l.

Det siges at netselskaberne bestemmer hvordan invertere må tilsluttes elnettet, og de følger anvisningerne fra Energinet.dk .

Energinet.dk’s forskrifter: http://www.energinet.dk/DA/El/Forskrifter/Tekniske-forskrifter/Sider/Forskrifter-for-nettilslutning.aspx (se højre spalte under “Mikroanlæg”). På den side ligger positiv-listen over nogle af de godkendte invertere. Andre invertere må tilsluttes hvis producenten har dokumenteret at inverteren overholder reglerne  (og så skal ejeren kunne fremvise denne dokumentation, så den bør følge med inverteren).

Se især “Tekniks forskrift 3.2.1” (version 2.1), der implementerer Europa-norm EN50438 for mindste-krav til små net-tilsluttede el-producerende enheder. Nyt er/var:
  • Maks 16 A per fase, må inverteren levere (uden konkret dispensation). Reglen træder i kraft 1. oktober 2011 [ref].
  • Net-udfald skal detekteres ved frekvensændringer over 2,5 Hz/s, kaldet ROCOF eller df/dt-detektion. Gælder fra 1.1.2012 i DK, og en måned tidligere i Tyskland [ref, s. 1].

Droppet regel: Inverterne skal kunne slås fra “per kommando” ved at afbryde en forbindelse (to terminaler skal kortsluttes for at aktivere inverteren). Det kaldes for “ekstern stop”.

Tilmelding før tilslutning

Alle solcelleanlæg skal tilmeldes til det lokale forsyningsselskab, og det skal gøres af en elektriker. [TF3.2.1 afsnit 6.1] Netselskaberne vil gerne vide hvor der er produktions-enheder henne i nettet, og så kan de vel også regne ud hvor stor en nominel (peak) effekt, de tilsluttede anlæg kan levere, og hvordan de er fordelt rundt om i el-nettet. Det registreres i “stamdataregisteret”, af den elektriker, der tilslutter anlægget.

Leverandøren (sælgeren) af invertere skal kunne levere dokumentation for at en inverter lever op til kravene fra Energinet.dk og TF 3.2.1, herunder kravene i EN50438. Ellers må el-installatøren ikke tilslutte solcelle-anlægget. [Energinet.dk] Energinet.dk vedligeholder en liste over allerede godkendte invertere.

Der er en database over net-tilsluttede solcelleanlæg i DK frem til 2011 på http://www.solenergi.dk/solcellebasen.asp (der står at den ikke længere er helt komplet). Udgiveren er Solenergicentret, der hører under Teknologisk Institut.

Diverse

PHK’s how-to om dimensionering og komponentvalg af solcelleanlæg: http://ing.dk/grupper/solceller/forum/125442

Lysbilled-show om solceller
https://ftf-736.yousendit.com/download/1/5FDD295F7B1C9958/5f026a4a7c2e218aec8297f95eb9c8d3602c448d/ING%20-%20SBK%202011-07-22.pdf?download_id=3174368009&user_locale=en&id=996302629&file=ING%20-%20SBK%202011-07-22.pdf

DIY solar info: http://www.builditsolar.com/References/SunChartRS.htm

Debatforum om solcelleanlæg: http://ing.dk/grupper/solceller/

Amerikanske PV output med fx denne dansker med på listen: http://pvoutput.org/list.jsp?userid=3746

IDAs klimaplan, s. 40 og to sider frem, om solceller: http://ida.dk/News/Dagsordener/Klima/Klimaplan2050/Sider/Klimaplan2050.aspx

Genbrug af udtjente solcelle-paneler (moduler): http://www.pvcycle.org/index.php?id=4

Rapport om PV optimeirng for net-tilsluttede anlæg i Danmark, fra 2009 april: http://www.solenergi.dk/SEC/Download/RapporterArtikler/OptimisationOfDesignOfGrid-ConnectedPVSystemsUnderDanishConditions.pdf

Lidt tal om optimar retning/placering af solpaneler: http://www.elfrasolen.dk/Support/Solcellemoduler/Solcellemoduler_3.htm

Danske regler om afregning og betaling for el

Bekendtgørelse om nettoafregning for egenproducenter af elektricitet (BEK nr 804): https://www.retsinformation.dk/Forms/R0710.aspx?id=132740
Der er flere slags nettoafregning, og dem på årsbasis giver mulighed for at producere om sommeren og bruge energi om vinteren, og dermed maksimere modregningen i forbruget. Det er § 5 der giver ret til nettoafregning på årsbasis (modsat timebasis), så længe den nominelle effekt er højst 6 kW.
Bekendtgørelsen handler om de afgifter, der er på køb af el. Der er generelt ikke afgift på energi man selv producerer og anvender, så længe der ikke er mulighed for at sende energi ud i el-nettet (baglæns igennem el-måleren). Men den energi man sender ud på elnettet og henter hjem senere, skal der betales afgift af, hvis man ikke tilmelder sig nettoafregningen og udnytter BEK 804. Altså al den energi man henter, uanset hvad der løber den anden vej, er belagt med afgifter uden nettoafregningen. Med Nettoafregning bliver den del af ens elforbrug, man selv har produceret ikke belagt med afgifter, selvom energien har været udvekslet med elnettet før den blev brugt.
Nettoafregning er ikke en støtte på den måde at staten eller Energinet.dk udbetaler penge, men den enkelte spares for afgifter (el-afgiften og PSO-afgiften?).
(PSO-afgift som defineret i elforsyningslovens § 8, stk. 1.)

Udover bekendtgørelsen, har Energinet.dk skrevet “Retningslinjer for nettoafregning af egenproducenter”: http://energinet.dk/DA/El/Nyheder/Documents/Retningslinjerfornettoafregningafegenproducenter.pdf

Energistyrelsens side om solceller: http://www.ens.dk/da-dk/undergrundogforsyning/elogvarmeforsyning/elforsyning/elproduktion/stoette_til_vedvarende_energi/solceller/sider/forside.aspx

Skats sider om Afgiftsfrihed for små private VE-anlæg (nettoafregning): http://www.skat.dk/skat.aspx?oId=1897008


Økonomi ved nettoafregning

Økonomisk vil det give et bedre afkast at investere rede penge (opsparing) i solcelle-anlæg under nettomålerordningen end at sætte dem i banken på en højrentekonto. Forudsætningen er at netto-el-afregingen bevares fx 10 år frem. Ved visse finansieringer og refunderet elforbrug i kWh vil besparelsen på el-regningen være større end en afbetaling på et lån til et solcelleanlæg.

Hvis netto-afregningsordningen bliver afskaffet før et net-tilsluttet solcelleanlæg har tjent investeringen hjem igen, kan man håbe at det er blevet tilstrækkelig billigt at gemme energien i batterier e.l., for på den måde at trække mindst mulig el fra nettet i de mørke timer.


Parts-indlæg, og regnark til at udregne økonomien i investeringen
https://www.sparnord.dk/privat/bolig/landingpage/solceller/

Kan det betale sig at vente? Det afhænger jo af hvor hurtigt prisen på solceller falder. Hvis det går meget hurtigt, med 25 % reduktion per år, kan det svare sig at vente. Men hvis efterspørgslen er så massiv at det holder priserne oppe, så de kun falder fx 10 % per år, tjener man så mere det næste år end man sparer i indkøbspris ved at vente 12 måneder?

Gæt og fremskrivninger

15 år frem vil panel-prisen i kr./Wpeak (eller kr./kWh/år ) være faldet markant. Hvis man antager at prisen falder 9 % per år, vil en halvering tage 7 år og efter 15 år være nede på 24 % af den nuværende indkøbspris. ved 15 års “simpel tilbagebetalingstid” giver det 1,8 kr./kWh ekskl. montage i 2011, men i 2026 vil det så være 45 øre/kWh, tæt på den nuværende markedspris for el. Med årsbaseret nettoafregning ville det i 2026 tage fire til fem år før et solcelleanlæg ville have tjent sig selv hjem.
Når det prisniveau nås, vil en vis mængde sol-el kunne klare sig på markedsvilkår, uden netto-afregning. Hvor meget sol-el der kan sælges rentabelt, vil afhænge af hvor meget man kan sælge til lagring i fx Norsk vandkraft (ved at vandkraftværkerne udsætter deres produktion til senere på dagen/ugen/året).

Hvornår vil anlægsprisen flade ud i stedet for at falde eksponentielt? Når den samlede pris primært udgør råvare-prisen til panelernes kasser og beslag, timeløn til elektrikeren (der tilslutter solcellerne til elnettet), og når materialeforbruget samtidig er minimeret. Det gælder nok for priser per m², men med mere effektive solceller vil arealbehovet falde

Ubehandlede emner

Heliostater. De skal være billige før de kan betale sig at hente det ekstra udbytte (20 til 25 % ?). Jo længere sydpå, jo bedre kan det betale sig, fordi energimængden per procent er større. Alternativ til tag-integrerede paneler.
Google drev et udviklingsprojekt, der bl.a. handlede om at gøre heliostater billige (til spejle i et “concentrating solar” projekt, der blev droppet fordi elværket blev udkonkurreret af PV) [http://www.google.org/rec.html  , se især PDF’erne nederst på siden].

Tag-integration og undertage.
Er et nyt vandtæt undertag + solfangere fordelagtigt fremfor et klassisk teglstenstag? Forbedrer det økonomien drastisk?

Montage-tips og beslag til panel-montage. Der er mange måder at gøre beslagene fast til spærene der holder tagsten eller tagplader fast.

Inverter-tab, tab i tynde ledninger, hvor små tab skal man gå efter? Lange strenge eller parallelkobling, hvordan udregnes den bedste konfiguration?

Panel-type og følsomhed overfor delvise skygger. Ny dokumentation for års-produktion?

Regler om jording (potentialudligning)? Hver er reglen om at paneler ikke kræver jording hvis inverteren er dobbelt-isoleret? (formentlig at alle elektriske på taget er galvanisk adskilt (isoleret) fra el-nettet

Hvornår antager solpaneler karaktér af lynafleder, der dermed skal have en kraftig elektrisk forbindelse til jord, i stedet for bare en “tynd” ledning til potentialudligning?

---


Dette dokument blev startet af Nikolai Beier, juli 2011. Må frit kopieres.
Comments