Hem - Solceller - Solpaneler skugga
I denna artikel förklarar Hemsol varför solceller är känsliga för skugga och hur skuggning påverkar en solpanels elproduktion. Därutöver beskrivs hur skugga kan tas i beaktande vid placering av solpaneler för att optimera panelernas elproduktion.
Skuggning påverkar solcellers elproduktion negativt. Vid skuggning av en solpanel minskar den solinstrålning som når solpanelen med 30–80 %. Dessa värden förutsätter dock att det finns ett avstånd mellan en solpanel och det föremål som skuggar solpanelen.
Ligger det däremot något objekt på en solpanel minskar solinstrålningen med uppemot 100 % på den skuggade delen av panelen. Hur mycket en solpanels elproduktion minskar beror dock inte bara på mängden solinstrålning. Saknar en anläggning moduloptimerare kan en skuggad solpanel även påverka övriga panelers elproduktion i samma sträng.
Är vissa speciella förutsättningar uppfyllda kan solceller även ta skada av skuggning genom bildandet av så kallade hotspots. Hotspots innebär att en liten del av en solpanel utsätts för så kraftig värmeutveckling att den delen slutar att fungera.
Hur mycket skuggning påverkar solpanelers elproduktion beror på ett flertal faktorer varav några av de viktigaste är:
För solpaneler som utsätts för skugga mitt på dagen minskas elproduktionen i högre utsträckning än om skuggningen sker under kväll eller morgon. Enligt SMHI är instrålningen från solen i Stockholm på årsbasis cirka dubbelt så stor klockan 12 jämfört med klockan 17 (1).
Om 1 av 60 solceller skuggas helt hos en kristallin solpanel med tre bypassdioder så minskar solpanelens elproduktion med lite drygt en tredjedel. Skuggas däremot en tredjedel av solpanelens solceller helt, minskar elproduktionen med mellan 33–100 %.
Var skugga förekommer på en solpanel har därför stor betydelse för hur mycket el en solpanel producerar. Läs mer om hur solpaneler kan placeras för att motverka detta i stycket om optimal placering av solceller med tanke på skuggning.
När en solpanel skuggas kan elproduktionen från övriga paneler i samma sträng påverkas. Detta sker framförallt vid måttlig skuggning av en solpanel. I detta fall leds en lägre ström över den skuggade solpanelen vilket också påverkar levererad effekt från alla andra paneler i samma sträng.
Utsätts däremot en solpanel för kraftig skuggning leds all ström förbi den skuggade solpanelen med hjälp av dess bypassdioder. I detta fall påverkas inte övriga solpaneler i samma sträng. Den skuggade panelen producerar däremot i detta fall ingen el.
Moduloptimerare kan användas för att minska negativa effekter av skuggning på solpanelers elproduktion. De minskar effekterna av skuggning genom att på solpanelsnivå optimera ström och spänning för att därigenom uppnå så hög effekt som möjligt.
I normala fall är kristallina solpaneler utrustade med bypassdioder som kan leda ström förbi en solpanel. Bypassdioder kan därigenom effektivt minska de negativa effekterna av skuggning när en enskild solpanel i en sträng utsätts för kraftig skuggning.
Vid varierande skuggning av ett flertal solpaneler i en sträng är emellertid moduloptimerare mer effektiva än bypassdioder. Enligt en rapport från RISE (2019) är det dock i normala fall svårt att motivera en investering i moduloptimerare med tanke på inköpskostnaden (2).
Med Hemsols solcellskalkyl kan du testa hur en solcellsanläggning skulle passa på ditt tak. När du har en plan på solcellsanläggningen kan du även utvärdera skuggläget från träd och andra byggnader runtom. Testa solcellskalkylen genom att fylla i din adress nedan.
Solpaneler är känsliga för skugga eftersom skugga minskar mängden solinstrålning som når en solcell. Utöver det är solpaneler känsliga för skugga eftersom de seriekopplas. Om en solpanel utsätts för skugga kan det därför minska produktionen av el även från andra solpaneler som tillhör samma sträng.
Fördelen med seriekoppling är att energiförlusterna blir lägre, det vill säga verkningsgraden blir högre. Den lägre mängden ström vid seriekoppling jämfört med parallellkoppling är också att föredra från säkerhetssynpunkt. Därför seriekopplas vanligtvis solpaneler trots att det kan göra en solcellsanläggning mer känslig för skugga.
Enligt den tyska föreningen för solenergi (Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie) minskar kärnskugga solinstrålning mot en solcell med 60–80 %. För halvskugga är minskningen i solinstrålning mot en solcell ungefär 30–40 % (3). Skillnaden mellan kärnskugga och halvskugga illustreras i bild 1 nedan.
Vid skugga hindras direkt solinstrålning från att nå en solpanel. Förutom direkt solinstrålning finns dock två andra typer av solinstrålning: diffus och reflekterad. När ett föremål på avstånd skuggar en solpanel kan reflekterad strålning och diffus strålning, trots skugga, nå fram till solpanelen.
Mulna dagar dominerar diffus strålning, det vill säga den strålning som reflekteras av moln. Enligt Bengt Stridh (universitetslektor inom solcellssystem) utgör diffus strålning på årsbasis ungefär hälften av den strålning som når en solpanel (4).
Soliga dagar dominerar den direkta instrålningen. Därför är den negativa effekten av skugga på en solpanels elproduktion som störst under soliga dagar. Solpaneler som under soliga dagar skuggas av till exempel omkringliggande byggnader kan dock fortfarande nås av reflekterad och diffus strålning.
En solcells IV-kurva visar alla möjliga kombinationer av ström (I) respektive spänning (V), givet en viss solcellstemperatur och solinstrålning. Ändras till exempel den solinstrålning en solcell träffas av på grund av skugga, ändras därmed också dess IV-kurva.
I bild 2 visas förutom IV-kurvan även motsvarande kurva för effekt. Vid likspänning ges effekt av att spänning multipliceras med ström.
Om solceller skuggas kan det inträffa att ström leds förbi dessa solceller genom bypassdioder. De solcellerna producerar i detta fall ingen ström alls. Leds däremot ingen ström via bypassdioder, måste samma ström passera samtliga solpaneler som seriekopplats (tillhör samma sträng).
Vid skillnader i skuggning mellan solpaneler finns därför ingen kombination av ström och spänning som är optimal för samtliga solpaneler i strängen. Därigenom uppstår ytterligare förluster till följd av skuggor utöver den minskade solinstrålningen.
Genom att välja en optimal kombination av ström och spänning för en solpanel, levererar solpanelen maximal effekt. Denna kombination av ström och spänning kallas Maximum Power Point (MPP). Skiljer sig däremot graden av skuggning mellan olika solpaneler har de också olika MPP.
Om möjligt bör solpaneler placeras så att de är oskuggade från fasta föremål mellan klockan 9–15 under sommarhalvåret. Anledningen är att enligt Energiforsks skuggningshandbok sker cirka 80 % av solinstrålningen i Sverige under denna tidsperiod (5).
Det avstånd som behövs mellan en solpanel och ett skuggande föremål bestäms i sin tur av när på dagen skugga kan anses acceptabelt. Tillräckligt avstånd varierar också beroende på om solpanelerna är belägna i norra eller södra delen av Sverige.
För att maximera produktionen av el bör i normala fall solcellers placering vara i sydligt läge. Det är också ofta enklast att undvika skuggning i sydläge eftersom solen står som högst i söder.
Vid placering av solpaneler måste regelbundet återkommande skuggning från fasta föremål som träd och hus beaktas. Det finns också ibland möjligheter att minska den skuggning som solpaneler utsätts för. Till exempel kan kanske skuggande vegetation på den egna tomten undanröjas.
När ett nytt tak planeras bör följande beaktas vad gäller placering av uppstickande föremål såsom skorstenar, ventilationstrummor etcetera:
Råden ovan gäller naturligtvis i teorin även för befintliga tak. I praktiken överstiger dock kostnaden i regel nyttan av att göra ändringar på ett befintligt tak.
För att undvika temporär skuggning av solceller är det lämpligt att en solcellsanläggning undersöks med jämna mellanrum. Med temporär skuggning menas skuggning av solceller från till exempel löv, fågelspillning och vegetation. Skugga från moln räknas här däremot inte som temporär skuggning.
Givet att det är någorlunda lätt att komma åt solpanelerna och omliggande vegetation bör orsakerna till dessa temporära skuggor avlägsnas. Man bör dock iaktta stor försiktighet så att solpanelerna inte skadas. Detta gäller i synnerhet vid borttagning av snö från solpaneler på vintern.
Enligt Bengt Stridh (universitetslektor inom solcellssystem) regnar det tillräckligt ofta i Sverige så att solpaneler får en naturlig rengöring (6). Problemet med skuggning av solpaneler på grund av nedsmutsning är därför i normala fall relativt begränsat i Sverige.
Maximal rengöringseffekt av regn fås enligt den tyska föreningen för solenergi (DGS) när en solpanel har en lutning om 30 grader (7). Med undantag av platta tak placeras solpaneler i Sverige i regel med 30–45 graders lutning. Även vid denna lutning ger regn en god rengöring av solpaneler.
Enligt Energiforsk är en vanlig tumregel att avståndet mellan en solpanel och ett skuggande föremål bör vara minst tre gånger så stort som höjdskillnaden dem emellan (8). Denna tumregel stämmer relativt väl för att undvika skuggning mellan klockan 9–15 under sommarhalvåret i södra Sverige.
I norra delarna av Sverige är däremot solens vinkel över horisonten lägre än i södra Sverige. Därför behövs där ett större avstånd mellan skuggande föremål och solpaneler för att undvika skuggning mellan klockan 9–15 under sommarhalvåret.
I till exempel Kiruna bör avståndet mellan skuggande föremål och solpaneler vara cirka 4 gånger så stort som höjdskillnaden dem emellan.
På lutande tak bör kristallina solpaneler läggas lodrätt med avseende på horisontell skuggning. Solpaneler av tunnfilm bör däremot läggas vågrätt vid horisontell skuggning (se bild 3). Skillnaden beror på att kristallina solpaneler är utrustade med fler bypassdioder än solpaneler av tunnfilm.
Horisontell skuggning kan orsakas av till exempel intilliggande byggnader. Det ¢kan också förekomma vid installation av solpaneler på platta tak där solpaneler kan komma att skugga varandra. Hur stor negativ effekt denna skuggning medför varierar dock beroende på om solpaneler placeras i vågrätt eller lodrätt riktning.
Ibland räcker dock inte tillgänglig takyta till att installera så många solpaneler som vore önskvärt. I dessa fall väljs i regel placeringen av solpaneler för att få plats med så många paneler som möjligt och inte främst med tanke på skuggning.
Med tanke på skuggning är en kristallin solpanel normalt försedd med tre stycken bypassdioder. En kristallin solpanel kan därför ses som indelad i tre separata delar. Dessa tre delar är rektangelformade och ligger ovanpå varandra när en solpanel läggs vågrätt på ett tak.
Vid horisontell skuggning skuggas främst den nedersta delen av en solpanel. Det innebär att samtliga tre delområden utsätts för skuggning om solpanelen på ett tak är lagd i lodrät riktning. Är däremot en solpanel vågrätt placerad, utsätts normalt inte samtliga av dess tre delområden för skuggning.
För optimal elproduktion ska skuggning av solpaneler av tunnfilm fördelas så jämnt som möjligt över samtliga solceller. Anledningen är att en solpanel av tunnfilm vanligen endast är utrustad med en bypassdiod.
Är en tunnfilmspanel vågrätt placerad, ligger solcellerna normalt horisontellt. Det innebär att vid horisontell skuggning skuggas några solceller helt medan andra inte skuggas alls. Av denna anledning ska tunnfilmspaneler normalt placeras lodrätt.
Hur solpaneler orienteras kan ha stor betydelse för hur mycket el de producerar vid horisontell skuggning. Nedan är fyra räkneexempel på hur horisontell skuggning kan påverka elproduktion beroende på typ av solpanel och deras orientering (se bild 4).
Nedan behandlas tre olika tekniska lösningar som minskar negativa effekter av skuggning:
Det finns även andra tekniska lösningar som kan minska negativa effekter av skuggning. Man bör dock beakta att ju mer komplex en solcellsanläggning är, desto större är risken att något går sönder.
En bypassdiod erbjuder en alternativ väg att leda ström. Har en solpanel endast en bypassdiod kan det innebära att all ström leds förbi solpanelen när en viss del av solpanelen skuggas. Detta resulterar i att solpanelen slutar producera el.
Kristallina solpaneler förses i normalfallet med tre bypassdioder. Det kan ses som att dela in solpanelen i tre områden, ett område per bypassdiod. En skuggad solcell i en solpanel påverkar i detta fall endast de solceller som tillhör samma område som den skuggade solcellen.
Förutom att öka elproduktionen minskar bypassdioder också risken för att hotspots bildas på solpaneler (se stycke nedan). Det ideala vore därför att varje solcell i en solpanel utrustades med en bypassdiod. Fördelarna med att förse varje solcell med en bypassdiod motsvarar dock i regel inte den ökade kostnaden.
En växelriktare försöker optimera elproduktionen bland annat med hänsyn till den solinstrålning och skuggning som solceller utsätts för. För detta använder den sig av så kallade MPPT:er (Maximum Power Point Tracker). MPPT:ernas uppgift är att välja en lämplig kombination av ström och spänning.
Antalet MPPT:er skiljer sig mellan olika växelriktare, men vanligast är mellan en till tre stycken. Hur många MPPT:er som är lämpligt är dock bara en av många faktorer som bör beaktas vid val av växelriktare.
Ju större skillnad i solinstrålning och skuggning mellan olika solpaneler, desto större är i regel behovet av flera MPPT:er. Är däremot alla solpaneler riktade åt samma håll och utsätts för ungefär samma skuggning räcker det oftast med en enda MPPT.
Är solpaneler placerade i olika väderstreck, skiljer sig också den solinstrålning som vid en given tidpunkt träffar olika solpaneler. I detta fall är det lämpligt att välja en växelriktare med fler än en MPPT.
Skuggas många solpaneler samtidigt kan det hända att växelriktaren slutar arbeta. Anledningen är att bypassdioder kopplar förbi ström över skuggade solceller och därigenom sjunker spänningen. Om spänningen sjunker under växelriktarens arbetsområde (lägsta spänningsnivå) stängs växelriktaren av.
Moduloptimerare, eller decentraliserade optimerare som de också kallas, kan öka en solcellsanläggnings effekt vid partiell skuggning. Enligt en rapport från RISE (2019) är det det dock i normala fall svårt att motivera en investering i moduloptimerare med tanke på inköpskostnaden (2).
Moduloptimerare kan dock löna sig vid särskilt svåra skuggförhållnanden (2). Genom moduloptimerare är det också möjligt att se vad varje solpanel producerar och därigenom kan effekter av skuggning bättre uppskattas. En optimerares förväntade livslängd är en annan faktor som bör beaktas vid val av moduloptimerare.
Vid sammankoppling av solpaneler bör, om möjligt, solpaneler som utsätts för skuggning samtidigt placeras i samma sträng. Givetvis måste dock flera andra faktorer som till exempel maximal tillåten spänning beaktas vid koppling av solpaneler.
Ja, skugga kan skada solceller genom att orsaka så kallade hotspots. Hotspots innebär att en liten del av en solpanel utsätts för så kraftig värmeutveckling att delen slutar fungera. Enligt en studie av Deng et al. är hotspots i cirka 22 % av fallen orsaken till att solpaneler slutar fungera (9).
Orsaken till hotspots är ofta att en cell i en solpanel utsätts för kraftig skugga samtidigt som omkringliggande solceller i samma solpanel är skuggfria. Detta leder till att hela solpanelens effekt hamnar över den skuggade solcellen. Det kan i sin tur leda till så hög värmeutveckling att lödningar kan smälta.
Hotspots kan dock uppkomma av andra orsaker än skugga, såsom defekta kristaller i en solcell. Enligt Clean Energy Reviews är den vanligaste orsaken till att solpaneler förlorar effektivitet dock inte hotspots utan Ljus Inducerad Degradering (LID) (11).
För att undvika bildandet av hotspots gäller det att förhindra att en viss begränsad del av en solpanel varaktigt utsätts för skuggning. Anledningen är att varaktig partiell skuggning leder till värmeutveckling i solcellen vilket på sikt kan leda till att hotspots bildas.
Nedan listas fem punkter som bör beaktas för att undvika bildandet av hotspots:
Hotspots på solpaneler kan upptäckas genom att använda speciella värmekameror, så kallad termografering. Anledningen är att hotspots normalt inte kan ses enbart genom visuell inspektion av solpaneler. Undantaget är om en solpanel uppvisar tydliga färgskillnader, såsom bruna fläckar.
En indirekt metod att upptäcka hotspots är att förse solpaneler med moduloptimerare. Därigenom kan man se om någon solpanel över tid producerar en mindre mängd el jämfört med närliggande solpaneler. Detta kan då vara en indikation på att hotspots bildats på denna solpanel.
Nej, solceller måste inte ha direkt solljus för att producera el utan de kan generera el även vid skugga. Anledningen är bland annat att solstrålar som reflekteras från till exempel marken kan nå fram till en skuggad solpanel.
När en solcell skuggas genererar den mindre el i relation till hur mycket instrålningen minskar. Erhåller en solcell ingen solinstrålning slutar den att leda ström. Det innebär att den istället för att generera el blir en last, det vill säga den konsumerar el och genererar värme.
En tumregel är att avståndet mellan en solpanel och ett skuggande föremål ska vara tre gånger större än höjdskillnaden dem emellan. Denna tumregel fungerar bra i södra och mellersta Sverige. I norra Sverige bör avståndet vara något längre.
Jämför offerter från pålitliga installatörer verksamma på din ort.
Vi använder cookies för att förbättra din upplevelse. Genom att använda siten godkänner du att cookies används för detta ändamål. Läs mer.
