Hva skjer egentlig med produksjonen fra solcelleanlegg her i Norge om vinteren? Og finnes det noe man kan gjøre for å sikre produksjon av solkraft året rundt?
Tekst: Erik Stensrud Marstein og Mari Øgaard
Vinteren nærmer seg her hjemme. På fjellet har snøen allerede begynt å legge seg, og også i lavlandet har den gjort sine første besøk mange steder.
Før vi begynner å se på hva man kan gjøre for å øke produksjonen vinterstid må vi forstå hvordan snø og kulde påvirker ytelsen til et solcellepanel.
Effekten av snø og kulde
Solcellepanelet produserer strøm direkte fra sollyset. Den produserte strømmen er direkte proporsjonal med mengden sollys som når inn til solcellene i panelet. Når halvparten så mye lys når inn får vi bare halvparten så mye strøm.
Stenges lyset ute av for eksempel snø vil dette redusere strømmen som produseres. Relativt tynne lag med snø på solcellepanelene kan gjøre at de nesten ikke produserer strøm i det hele tatt.
Forskjell på stående og liggende
Det er ikke alltid snøen ligger jevnt fordelt på solcellepanelene. For eksempel kan snøen skli nedover hvis anlegget er montert med en bratt vinkel, noe som kan føre til at solcellepanelene blir delvis dekket.
Når vi ser på hvordan solcellepaneler er satt sammen viser det seg at denne ujevne fordelingen av snødekket har noe å si for tap i produksjon.
De vanligste panelene i dag har seks rader med solceller, og hver rad har enten ti eller tolv solceller. Dette gir solcellepaneler med enten 60 eller 72 solceller.
For å få en lett integrerbar strøm og spenning ut fra panelet, samt for å holde kostnadene nede, er alle solcellene i panelet koblet i serie.
Hvert par av rader utgjør en såkalt streng, som hver er koblet parallelt til en såkalt bypassdiode. Denne gjør det mulig for strømmen å passere rundt en streng dersom enkelte solceller i strengen ikke produserer strøm fordi de er defekte eller tildekket.
Hva betyr så dette?
Jo, dersom vi for eksempel dekker til den nederste raden av solceller i et liggende solcellepanel, vil den nederste strengen ikke lenger produsere.
Allikevel vil de to øverste strengene fungere som vanlig, og vi får ut omtrent 2/3 av produksjonen panelet ville ha gitt oss uten tildekning.
Dersom vi gjentar øvelsen for et stående panel derimot, vil alle strengene ha en solcelle nederst som ikke leder strøm og all produksjon fra samtlige strenger er hindret.
Siden snø ofte sklir nedover panelene vil orienteringen på panelene, det vil si om de er montert stående eller liggende, ha noe å si for hvor store tap vi får når solcellepanelene delvis er dekket av snø.
Det er altså ikke bare været som påvirker hvor mye energi som tapes på grunn av snø, men også hvordan anlegget er montert. Snøfrie paneler om vinteren er faktisk mer effektive enn om sommeren.
Spenningen solcellepanelet produserer vil øke med lavere temperaturer. Dersom vi kan holde snøen vekk fra solcellepanelene, vil vi være i stand til å omdanne det tilgjengelige sollyset til elektrisitet mer effektivt.
Hva påvirker et solcellepanels evne til å bli kvitt snø?
For å øke produksjonen er det naturlig å spørre seg om hvilke faktorer som påvirker hvordan snø bygges opp på og, ikke minst, sklir eller smelter av et solcellepanel.
Forskning og erfaring så langt viser tydelig at det ikke er få faktorer som er av betydning. Solcellepanelet selv er selvfølgelig viktig, men også om det er produsert med eller uten en omkringliggende ramme av aluminium. Rammen kan hindre snøen i å skli nedover.
Hvordan panelet er montert er også viktig. Hvor høyt er det montert over bakken? Er det takstein på nedsiden av solcellepanelene hvor snøen sklir saktere av?
Solcelleanlegg montert vertikalt på fasader er gode eksempler på anlegg som ofte produserer godt vinteren gjennom.
Hvordan ser ellers omgivelsene til solcellepanelet ut? Er det for eksempel på et skråtak med snøgjerder, som forhindrer ras rett under panelene, vil disse selvfølgelig også kunne bidra til at snø dekker panelene og stenger sollyset ute. Er det varmetap fra bygget som bidrar til å fjerne snø? Og ikke minst, hvordan er faktisk snøen og været? Er snøen våt eller tørr? Har den frosset fast i panelet? Kommer det vind, sludd, regn eller bare mer snø?
De fysiske egenskapene til snøen kan variere mye ved ulike forhold, noe som vil påvirke hvor godt snøen sitter fast og hvor lett den sklir av.
Siden hver vinter i tillegg insisterer på å være unik, tar det tid å samle data på hva typiske snøtap for et solcelleanlegg er, og vurdere hvordan solcellepaneler bør monteres for å få minst mulig tap på grunn av snø.
Pågående forskning ved IFE viser at det på tross av stor variasjon i vær er mulig å forutsi og modellere effekten av snøtap på produsert strøm og solcelleanleggenes levetidskostnader. For denne forskningen har tilgang til lange dataserier fra solcelleanlegg og værstasjoner i drift vært helt essensielt.
Forskningsmiljøene i Norge er stadig på jakt etter flere gode dataserier for å videreutvikle og teste sine modeller. Selv om hver vinter fortsatt vil være unik er det heldigvis slik at variasjonen jevner seg ut over tid.
Noen vintre finner vi anlegg som mister all produksjon deler av vinteren. De samme anleggene kan komme seg nesten uhindret gjennom andre vintre.
For kostnadsberegningen er det viktigste å kunne anslå effekten av dette på livsløpskostnaden, og på usikkerheten i produksjonsberegningene.
Innovative løsninger
Aktiv snøfjerning fra solcelleanlegg er et felt som også begynner å få fart i Norge. Her drives mye av aktiviteten av innovative selskaper. En løsning som er i bruk flere steder er Innos’ teknologi som forspenner solcellepanelene for å faktisk smelte snø. Dette kan bidra til både økt produksjon om vinteren og mindre snølast på takene generelt.
Solcellespesialisten ser på løsninger der husets egen spillvarme brukes til å smelte snø fra taket og solcellepanelene.
Betydningen av forskning på solceller og snø
Som nevnt i en tidligere artikkel, så antar NVE i sin gjeldende kraftproduksjonsprognose at det skal produseres hele 7 TWh med solkraft i Norge i 2040.
Det aller meste av dette skal sannsynligvis produseres på tak og fasader.
En bedre forståelse av effekten av snø og kulde på produksjonen av disse anleggene er svært viktig som beslutningsgrunnlag når morgendagens kraftsystem i Norge basert på vann-, sol- og vindkraft skal utvikles.
Om forfatterne
Tema for denne åttende artikkelen er solcelleanlegg om vinteren. Medforfatter denne gang er Mari Øgaard. Hun er forsker hos oss, og PhD-stipendiat ved UiO.
