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. Teksten 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:
Maximum Power Point Tracking, MPPT
Danske regler om afregning og betaling for el (historisk)
Økonomi ved års-nettoafregning
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 System på http://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 påhttp://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 25 af de store solvarmeanlæg til fjernvarme påhttp://solvarmedata.dk/ .
Der er live PV-data på http://pvoutput.org/live.jsp fra amerikanske stater (kig under “states”), samt resten af Verden, under “Countries” på http://pvoutput.org/country.jsp .
Den tyske produktions-log på http://home.solarlog-web.eu/816.html har også 12 danske anlæg (september 2011). Endnu en log findes på http://www.solar-yield.eu/plant/map , også kendt under det tyske navn www.sonnenertrag.eu .
Solcellers temperatur betyder meget, fx kan effektiviteten falde med 0,5 % pr. 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 omdannes til varme. Nogle paneler er 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 denne kommentar:http://ing.dk/artikel/120726-prisfald-og-nyt-fradrag-goer-solceller-til-guldrandet-investering#p359906
Standard Test Conditions
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 i panelernes specifikationer. 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).
Spids-effekt og ældning
Solcellers elektriske effekt ved et givent lysindfald vil aftage jævnt med 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.
Ligeledes kan producenten love en lavere initiel peak-effekt (ved STD, forstås) end panelerne reelt giver. Derfor også forventeligt at årsproduktionen de første år kan være højere de første par år end forventet ud fra panelernes specifikation, når spec. er valgt konservativt.
Årsproduktion
Den mulige årsproduktion i gennemsnit for DK kan estimeres med tommefingerreglen
[kWh/år] = [Wpeak] * 0,8 (800 Wh årligt per Wp installeret effekt)
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. Fyn og Syd/Vestsjælland får lidt mindre energi.
Det afhænger selvfølgelig af en god placering/orientering af solcellerne, ingen skygge, en effektiv inverter (AC-adapter), samt de årlige variationer i skydækket.
Værdien for peak-effekt i formlen skal være den faktiske værdi, ikke den lovede nominelle værdi. Solcelleanlæg kan yde mere end hvad producenten lovede, de første år. Så det er nok ikke faktoren, der er øget så meget som det er peak-effekten der undervurderes. Faktor-tallet i tommelfinger-reglen vil kunne blive højere for paneler der er mere effektive ved svagt lys eller skrå indfaldsvinkler.
På engelsk hedder faktoren “power yield factor (yearly)”.
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 for hver 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 lægger sig på panelerne (indtil næste kraftige regnskyl), udover skygger fra skorstene, træer osv. Flere strenge med hver sin MPPT mindsker sårbarheden over for 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 forskellige 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 sætte dem på hver deres streng.
Net-selskaberne, der driver det fælles el-net, samt Energinet, der har det overordnede ansvar for forsyningssikkerheden i DK, stiller krav til net-tilsluttede invertere. Inverterne må kun sende energi ud i el-nettet, når både netspændingen og frekvensen er inden 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:
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 påhttp://www.solenergi.dk/solcellebasen.asp (der står at den ikke længere er helt komplet). Udgiveren er Solenergicentret, der hører under Teknologisk Institut.
Tilmeldingen hos Energinet.dk er også et krav for at få del i tilskud eller netto-afregning (tilegnet små VE-anlæg), som beskrevet i næste afsnit.
El-producenter kan sælge el’en på elbørsen til markedspris, dag for dag, men der findes ordninger for små producenter med en fast aftale om at aftage al produktionen til fastlagte priser, som hænger sammen med direkte eller indirekte tilskud fra PSO-ordninger eller staten. Der er primært to metoder at afregne energien på, for små VE-producenter, og de kombineres også. Statens ordninger ændres fra tid til anden, senest i november 2012.
Netto-afregning
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.
Nettoafregning er en form for udlån af energien, og det vigtige er hvor lang tid ad gangen der afregnes for. Årsbaseret nettoafregning er den mest fordelagtige for ejerne, da et helt års forbrug kan modregnes af solstrøms-produktionen. Ved timeafregning skal udlånet bruges igen inden for den samme time, og en typisk husstand bruger kun en lille del af årsforbruget i de solrige timer. Indtil udgangen af 2012 var “nettomålerordningen” synonym med årsbaseret nettoafregning.
Frem til slutningen af 2012: Det var muligt at få årsbaseret nettoafregning for private el-kunder, for solcelle-anlæg på maksimalt 6 kW, jf. loven om nettoafregning af VE-el. 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 vekselstrøm (på nettets frekvens ca. 50 Hz)). [Notat fra Energinet.dk:http://energinet.dk/SiteCollectionDocuments/Danske%20dokumenter/El/Positivliste_over_godkendte_vekselrettere_for_brug_til_solcelleanl%C3%A6g_i_Danmark.pdf ] Hvis solcellerne på nogen måde kan producere mere end 6,0 kW, skal det efterfølgende elektronik (typisk invereteren) sørge for at der ikke slipper mere end 6,0 kW ud på el-nettet fra produktionen.
Fast feed-in tarif
Producerer man mere end hvad der kan netto-afregnes (time- eller 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 på el-børsen fra fx større vindmøller, opkræves gennem PSO-afgiften [energinet.dk].
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-værkerne spilder derfor varme-energi som værkerne 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 brændslet udnyttes bedre, men deres el-salg vil falde.
[Dokumentation?]
Når elforbruget topper anden gang i døgnet omkring kl. 18 (kendt som kogespidsen), siges varmebehovet at være relativt større end midt på dagen, og at CHP kører mere effektivt ved denne fordeling mellem el og varme.
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 el-kabler 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 mindre forskel mellem produktion og forbrug, fx inden for et el-distributionsnet under samme transformatorstation, jo mindre tab.
Et alternativ til lokal produktion inden for Danmarks grænser og inden for dansk økonomi, er import af norsk/svensk vandkraft i sommerhalvåret. I en række måneder med kraftig solskin, er der et rimeligt overskud af smeltevand til vandkraftværkerne.
PHK’s how-to om dimensionering og komponentvalg af solcelleanlæg:http://ing.dk/grupper/solceller/forum/125442
Lysbilled-show om solceller, “Solceller i et Dansk perspektiv”, lavet af Søren Bækhøj Kjær, fra juli 2011 [Link til PDF]. Har produktionsdata, ideer om den mulig udbygning af installeret efffekt, figurer af afregningsmodellerne osv.
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 til 42, 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 optimal retning/placering af solpaneler:http://www.elfrasolen.dk/Support/Solcellemoduler/Solcellemoduler_3.htm
En dansk brancheforening: http://solcelleforening.dk/
En europæisk brancheforening: http://epia.org/
EIA’s støtte til forskning og udvikling: http://www.iea-pvps.org/
Hvilket el-arbejde kræver autorisation? Det har sikkerhedsstyrelsen skrevet her:http://www.sik.dk/content/download/11006/127609/version/1/file/Elinstallationer+nr.+2-12.pdf
Der er flere slags nettoafregning, og den på årsbasis giver mulighed for at producere om sommeren og bruge energi om vinteren, og dermed maksimere modregningen af husstandens forbrug. Det er § 5, der giver ret til nettoafregning på årsbasis), så længe den nominelle effekt er højst 6 kW. De andre ordninger netto-afregner på timebasis.
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 direkte støtte på den måde at staten eller Energinet.dk udbetaler penge, men den enkelte spares for afgifter (el-afgiften og PSO-afgiften?). El-afgiften får staten normalt fra den el der hentes fra el-nettet, men ikke fra el, der produceres og bruges inden for samme ejendom, uden at sende energien igennem det fælles el-net. Nettoafregning giver mulighed for at udlåne el-energien og hente tilbage igen, inden for tidsrammen (en time eller et år), uden at betale afgifter af det.
PSO-afgift som defineret i elforsyningslovens § 8, stk. 1.
Udover bekendtgørelse 804, har Energinet.dk skrevet “Retningslinjer for nettoafregning af egenproducenter”:http://energinet.dk/DA/El/Nyheder/Documents/Retningslinjerfornettoafregningafegenproducenter.pdf
Historiske tal frem til november 2012: Feed-in-tariffen er 60 øre/kWh de første ti år [ref:http://www.goenergi.dk/erhverv/teknologier/varmeanlaeg/solceller og nrgi.dk samt for erhverv på ens.dk (nederst på siden)].
Energinet.dk om udbetaling af støtte til overskudsproduktion fra mikro-VE-anlæg.
Økonomi ved års-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-afregningen bevares fx 10 år frem, indtil lånet er betalt eller hele investerings-beløbet er sparet i på el-regningen. Ved visse kombinationer af låneomkostninger, anlægspris og et anlæg der er lille nok til at elforbruget forbliver større end solstrøms-produktionen, vil besparelsen på el-regningen være større end en afbetaling på et lån til et solcelleanlæg. Det var der flere eksempler på i 2012
Parts-indlæg, og regneark til at udregne økonomien i investeringen
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 pr. 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), 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?
Montering
Montage-tips og beslag til panel-montage. Der er mange måder at gøre beslagene fast til spærene der holder tagsten eller tagplader fast.
Typiske montagefejl kan ses på http://ing.dk/artikel/133992-helt-uacceptabelt-eksperter-vurderer-laesernes-fotos-af-solcellemonteringer#0
http://ing.dk/artikel/133383-fejlmonterede-solceller-kan-goere-tusindvis-af-tage-utaette
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)? Hvor er reglen om at paneler ikke kræver jording, hvis inverteren er dobbelt-isoleret? (formentlig at alle elektriske dele 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.