Simulation of the Fløng Plant - Solenergi.dk

Solcelleanlæg på pakhuset i Odder
Målerapport for perioden Nov. 01 til Okt. 02
for
SBS Byfornyelse
Ivan Katic
Jamal Badran
SolEnergiCentret
December 2002
SolEnergiCentret Tlf.: 72 20 24 60
Teknologisk Institut Fax: 72 20 24 69
Gregersensvej, Postboks 141 E-mail: sedc@teknologisk.dk
2630 Taastrup Web: www.solenergi.dk/center

Forord
Denne rapport indeholder en præsentation og analyse af resultaterne for måleprojektet
udført af SolEnergiCentret for SBS Byfornyelse i forbindelse med et solcelleanlæg på
Odder pakhus. Målingerne er gennemført i perioden november 2001 – oktober 2002.
Projektet er led i det danske 3-årige demonstrationsprogram for bygningsintegrerede
solcelleanlæg.
Anlægsbeskrivelse
Anlægget består af to dele: Et fritstående, lodret placeret anlæg med monokrystallinske
solceller med en nominel effekt på 3850 Wp samt et tagintegreret anlæg med amorfe
(tyndfilm) solceller og en installeret nominel effekt på 3870 Wp.
Fritstående anlæg:
Det fritstående anlæg består af 35 stk. SM110 solcellemoduler af fabrikant Siemens.
Modulerne er sammenkoblet i fire grupper eller delsystemer (8, 9 eller 10 i serie) med
hver sin orientering. Tabel 1 viser hældning og orientering af modulerne i hvert
delsystem. Det kan ses at modulerne i delsystem1 og delsystem 2 har forskellig
orientering, hvad der normalt vil føre til mis-match tab 1 på grund af uensartet indstråling.
Modulgrupperne er koblet til hver sin SunnyBoy SWR850 vekselretter som sender
elektriciteten ud på nettet.
Antal moduler Hældning Azimut
Delsystem 1 9 i serie 90 o
Delsystem 2 8 i serie 90 o
8 moduler på 80 o
Delsystem 3 10 i serie 90 o
Delsystem 4 8 i serie 90 o
8 moduler på -70 o
Tabel 1: konfiguration af det fritstående anlæg
Taganlæg
6 moduler på 80 o og 3 moduler på 10 o
6 moduler på -70 o og 4 moduler på 10 o
Det tagintegrerede anlæg vender mod øst, men de enkelte moduler er tiltet en anelse mod
syd med henblik på en mulig udbytteforøgelse. Der er anvendt 90 stk. MST-43
solcellemoduler af fabrikat Solarex. Modulerne på taganlægget har en indbyrdes afstand
og kanten er løftet ca. 3cm, idet modulerne på denne måde er vippet lidt mod syd. Dette
giver en mere optimal orientering af modulerne, men også faren for at kantskygger
reducerer produktionen mere ned tilsvarende. Alle modulerne på taganlægget er østvendte
(azimut=-80 o ). Elektrisk er anlægget koblet sammen som fire separate blokke, koblet til
hver sin SunnyBoy SWR1100 vekselretter.
1 Tab som følge af forskelle i modulernes elektriske karakteristik
Side 2 af 9

Figur 1: Det fritstående anlæg set fra syd-vest
Figur 2: Den ene halvdel af taganlægget set fra øst
Side 3 af 9

Figur 3: Vekselretterne i kælderen (4x1100 W)
Målesystem
Instrumenteringen på dette anlæg blev opbygget omkring en måle-PC installeret med
dataopsamlingsprogrammet LabView. Programmet opsamler data hvert 5. sekund og
disse midles og gemmes på harddisken hvert 2. minut.
Der er målt på følgende kanaler:
- Solintensitet i tagfladens plan
- Udetemperatur
- Paneltemperatur (bagside af taganlæg)
- Produktion fra det samlede anlæg
- Produktion fra taganlæg alene
Solintensitet og temperatur er indsamlet som analoge signaler som via A/D converter
føres til dataopsamlings-PC en.
Produktionsdata er opsamlet som pulser fra de installerede elmålere, og er via et særligt
omsætningskredsløb ført til PC en.
Data er hjemtaget via modemforbindelse. Som supplement til den automatiske
dataopsamling er målerne lejlighedsvis aflæst manuelt.
Side 4 af 9

Figur 4: Solarimeter monteret i tagfladen Figur 5: Termoføler limet bagpå modul
Produktion
Målervisning på forskellige tidspunkter er listet i tabel 2. Det kan ses at de to anlæg
producerer praktisk talt det samme.
Blandt de faktorer som kan påvirke analysen af anlægget er:
- skygge fra en nærliggende silo vil ramme det krystallinske anlæg i vinterhalvåret
- solarimetret måler i tagets plan, og der kan derfor ikke direkte laves en
effektivitetsvurdering af det krystallinske anlæg.
- Kantskygge fra tyndfilmmodulerne på taget kan nedsætte ydelsen ved lav solhøjde
- Periodisk svigt i dataopsamlingen
- Mis-match tab
Målervisning den 28-11-2001 30-07-2002 14-08-2002 11-11-2002
Øverste måler(fælles) 296 1982 2215 3062
Nederste måler (tag) 113 1001 1134 1510
Tabel 2: Målervisning ved manuel aflæsning [kWh] for det totale anlæg og taganlæg alene
Beregning af nøgletal
Ydelsen fra et solcelleanlæg kan gøres sammenlignelig med andre anlæg ved at bruge
disse nøgletal:
- Yr, reference ydelse [kWh/kW]: Denne parameter defineres som den samlede
solindstråling på anlæggets paneler målt i kWh/m 2 divideret med en solindstråling på
1000 W/m 2 .
- Yf, Specifik ydelse [kWh/kWp]: Denne parameter repræsenterer målt netto energi til
nettet divideret med solargeneratorens nominelle effekt.
- PR, Systemfaktor eller performance ratio: Denne størrelse beskriver hvor godt
anlægget kører i forhold til et tabsfrit system hvor solcellerne altid fungerer ved deres
nominelle virkningsgrad, men med variabel effekt som funktion af solindstråling. I et
virkeligt system er der tab som følge af forhøjet solcelletemperatur, ledningstab,
skygge på solceller, tab i vekselretter, modul mis-match, driftsforstyrrelser etc.
Systemfaktoren beregnes som PR=Yf/Yr og ligger typisk mellem 0,6 og 0,8 for
nettilsluttede anlæg i Danmark.
Side 5 af 9

Ydelsen af fritstående anlæg
Her er den installerede nominelle effekt 28 x 110 = 3850 Wp. I måleperioden er der på
elmåleren i alt registreret en produktion på 1552 kWh, hvilket giver en specifik ydelse på
403 kWh/kWp
Det er ikke muligt at beregne systemfaktoren for dette anlæg, eftersom der ikke er målt
solintensitet i alle anlæggets delretninger. Der er derfor i stedet lavet en sammenligning af
ydelsen beregnet med simuleringsprogrammet PVSYT for et dansk gennemsnitsår (TRY).
Resultaterne er listet i tabel 3, hvor mis-match tab kun er beregnet på grund af
inhomogenitet i panelorientering. Tabel 3 viser at den beregnede systemfaktor for det
fritstående anlæg ligger noget under gennemsnittet. Det skyldes først og fremmest
inhomogenitet i panelorientering.
Solindstråling ydelse specifik ydelse mis-match tab systemfaktor
[kWh/år] [kWh/år] [kWh/kWp] [%]
[ ]
Delsystem1 5320,552 348 352 29,538 0,518
Delsystem2 4115,631 387 440 0,000 0,745
Delsystem3 7835,827 441 401 38,844 0,446
Delsystem4 6476,518 634 720 0,000 0,776
Anlægget 23748,528 1810 470 19,122 0,604
Tabel 3. Simuleret ydelse af det fritstående anlæg baseret på TRY
Den specifikke ydelse er således beregnet til 470 kWh/kWp i referenceåret mod 403
kWh/kWp målt. Denne forskel kan evt. skyldes at den faktiske stråling i måleåret har
været under gennemsnittet, men der har været for mange udfald i måledata til at beregne
med sikkerhed om dette er årsagen.
Ydelsen af taganlæg
Her er den installerede nominelle effekt 90 x 43 = 3870 Wp. I måleperioden er der på
elmåleren i alt registreret en produktion på 1510 kWh, hvilket giver en specifik ydelse på
390 kWh/kWp.
Figur 6 viser de tre nævnte nøgletal beregnet ud fra de målte størrelser for solindstråling
og anlæggets elproduktion. Anlæggets specifikke ydelse og reference ydelse er
gennemsnitsværdier for den periode der betragtes. For marts og april er der ingen
tilgængelige data til at beregne de relevante nøgletal.
Side 6 af 9

[kWh/kW.dag]
6
5
4
3
2
1
0
nov-01
Figur 6: Nøgletal for taganlægget
dec-01
jan-02
feb-02
mar-02
apr-02
maj-02
jun-02
jul-02
aug-02
sep-02
okt-02
100
80
60
40
20
0
[ % ]
reference ydelse
specifik ydelse
data tilgængelighed
systemfaktor
For hele perioden ligger anlæggets systemfaktor på ca. 0,54, hvilket er noget under det
forventede. Det skyldes for en stor del lav solindstråling i forhold til vekselretterstørrelse 2 .
Som tidligere omtalt skygge på dele af modulerne, især morgen og aften, har en negativ
effekt på anlæggets ydelse. For at bevise det blev anlæggets ydelsen beregnet med
simuleringsprogrammet PVSYT for et dansk gennemsnitsår (TRY) med og uden
skyggepåvirkning. Resultaterne er angivet i tabel 4. Det kan ses at der er tab på ca. 3% i
anlæggets ydelse på grund af kantskygge fra tyndfilmmodulerne på taget. Der er også
skyggepåvirkning fra andre nærliggende elementer. Men denne påvirkning blev ikke
inkluderet i simuleringen fordi der mangler de præcise oplysninger om disse elementers
placering.
uden skyggepåvirkning med skyggepåvirkning
Solindstråling Skyggefaktor Produktion Systemfaktor Produktion Systemfaktor
kWh/m² kWh kWh
Jan 18,8 0,889 25,2 0,349 22,8 0,313
Feb 48,2 0,927 85,5 0,458 80,4 0,431
Mar 78,0 0,975 151,5 0,502 148,2 0,491
Apr 137,5 0,972 313,5 0,589 307,2 0,578
Maj 153,5 0,974 352,8 0,594 345,0 0,581
Jun 190,3 0,971 479,4 0,651 468,6 0,636
Jul 157,2 0,970 375,0 0,617 366,9 0,603
Aug 140,1 0,970 343,5 0,633 336,0 0,620
Sep 98,0 0,963 219,3 0,578 212,7 0,561
Okt 54,2 0,948 104,7 0,499 101,1 0,482
Nov 27,0 0,899 38,4 0,366 34,2 0,329
Dec 20,2 0,856 30,0 0,383 26,4 0,339
År 1122,9 0,963 2519,1 0,580 2449,8 0,564
Tabel 4: Simuleret anlæggets ydelse med og uden skyggepåvirkning
2 Her er forholdet mellem vekselretter og moduleffekt 4x1100/3870 = 1,14, hvor man normalt anbefaler 0,8-
0,9 for at øge den tid vekselretteren kører i det mest effektive driftsområde.
Side 7 af 9

Konklusion
Der er gennemført målinger på de to anlæg igennem et år, men der har desværre været en
del udfald af målecomputeren. Konklusionen er derfor også baseret på de manuelle
måleraflæsninger som er foretaget på systemet. Overordnet må det konstateres at
anlægsydelsen er noget under det forventede, især for taganlægget.
For det lodretstående anlæg kan ydelsen forklares logisk ved den langtfra optimale
sammenkobling af moduler, idet de ikke har samme hældning og orientering. Hvis man
ønsker at opsætte anlæg med stærkt varierende orientering eller hældning bør der bruges
moduler med individuelle vekselrettere eller i hvert fald med en vekselretter per
orienteringsretning. Sammenlignet med simuleret produktion i referenceåret ligger
ydelsen cirka 14% under hvilket må siges at være indenfor den normale usikkerhed og
variation i solindfaldet.
For taganlægget er ydelsen målt til kun 390 kWh/kWp, hvilket er omtrent 40% under det
forventede i referenceåret ifølge den udførte simulering. En så stor afvigelse kan ikke
forklares med normale usikkerhedsbetragninger alene, men må enten skyldes mangler i
materiel eller udførelse. En meget nærliggende forklaring er at den faktisk installerede
effekt er lavere end antaget. Det er en kendt sag at tyndfilmceller degrader i de første
måneder de udsættes for sollys, hvorefter effekten typisk stabiliserer sig på 80% af
startværdien. Hvis dette er tilfældet betyder det at den installerede effekt er meget lille i
forhold til effekten af inverterne. Det vil igen bevirke at disse aldrig kører med fuld effekt,
men oftest kører ineffektivt med lav belastning. Det kunne derfor være værd at overveje at
udkoble de to invertere og koble det dobbelte antal moduler til hver resterende inverter.
For at kunne konstatere årsagen til den lave ydelse med sikkerhed bør der foretages en
strøm-spændingstest af hver solcellestreng. Det vil så tydeligt kunne ses om der er tale om
en generel degradering af effekten eller der evt. er en montagefejl eller skyggevirkninger
udover det som har kunnet simuleres.
Side 8 af 9

APPENDICES
A: Sol- og produktionsdata for taganlæg
B: Simuleringsresultater med PVSyst (ødelagt)
Side 9 af 9

Effekt [kW]
Effekt [kW]
Effekt [KW]
Effekt [kW]
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
1.5
1
0.5
0
Taganlæg, Nov. 01
0 100 200 300
Solindstråling [W/m2]
Taganlæg, Dec. 01
0 50 100 150 200
Solindstråling [W/m2]
Taganlæg, Jan. 02
0 100 200 300
Solindstråling [W/m2]
Taganlæg, Feb. 02
0 100 200 300 400 500
Solindstråling [W/m2]

Effekt [kW]
Effekt [kW]
Effekt [kW]
Effekt [kW]
2.5
2
1.5
1
0.5
0
2.5
2
1.5
1
0.5
0
2.5
2
1.5
1
0.5
0
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Taganlæg, Maj. 02
0 200 400 600 800 1000
Solindstråling [W/m2]
Taganlæg, Jun. 02
0 200 400 600 800 1000
Solindsråling [W/m2]
Taganlæg, Jul. 02
0 200 400 600 800 1000
Solindstråling [W/m2]
Taganlæg, Aug. 02
0 200 400 600 800 1000
Solindsråling [W/m2]
Side 2 af 3

Effekt [kW]
2
1.5
1
0.5
0
Taganlæg, Sep. 02
0 200 400 600 800
Solidstråling [w/m2]
Side 3 af 3