Solenergi på väg

Del 1: Solkraft

Vad finns det för tekniker för solceller?

Man kan dela upp solcellerna i två huvudgrupper, kristallina och tunnfilm. Kristallina paneler består av seriekopplade celler av kisel. Tunnfilm är istället olika funktionella skikt utlagda i längs- eller tvärgående band på en större yta av stål, glas eller plast. Huvuddelen av alla solceller som säljs i Sverige idag verkar vara kristallina solpaneler. Tunnfilmspaneler används mest i olika specialtillämpningar, till exempel för genomskinliga eller böjliga paneler.

Hur mycket solenergi finns det i Sverige?

Hur mycket energi som går att få ut av panelerna styrs av riktningen mot solen, verkningsgrad och yta. Ju högre solen står på himmelen desto mer energi innehåller ljuset. Det kan skilja från 1000 W/m2 när solen står som högst till 280 W/m2 när solen står lågt över horisonten. Ju närmare man befinner sig vid ekvatorn, desto bättre är förutsättningarna för elproduktion med solceller. Sverige har ungefär hälften så mycket möjlig solenergi som de bästa platserna i världen.

För att få ut så mycket energi som möjligt behöver panelen riktas rakt mot solen. En vertikalt placerad panel har ca 30% lägre årsproduktion än en som har optimal lutning mot solen.

Vid mulet väder sjunker produktionen, i värsta fall ner till några få procent, enligt solelprogrammets hemsida kan det i december vara veckolånga perioder där molntäcket släpper igenom så lite ljus att det inte räcker för att komma upp i de startnivåer som behövs för batteriladdning.

Skuggning är ett annat problem som minskar energiproduktionen, direkt solljus står för runt 90% av tillgänglig energi, reflekterat för 10%. Solpanelens konstruktion kan göra att cellerna tappar produktion även vid partiell skuggning. Cellerna i en vanlig panel är ofta kopplade i serie för att få tillräckligt med spänning. Om en av cellerna i kedjan skuggas begränsas strömmen som går igenom kretsen och påverkar också övriga cellers produktion.

Vilken energiproduktion kan man räkna med i Sverige?

När behovet av vägbelysningen är som störst är tillgången på sol som minst. Under november, december och januari lyser vägbelysningen runt 17 timmar/dygn i Malmö och 22 timmar/dygn i Luleå. Samtidigt som soleffekten är minimal, endast 5% av årets totala energiproduktion enligt mätningar som Energimyndigheten gjort. Mycket av statistiken för elproduktion från solceller ligger på årsbasis, så det är svårt att få fram värden på produktionen för vintermånaderna. Men utifrån ett simuleringsprogram för dimensionering av solcellanläggningar går det att beräkna värden baserad på statistik för solinstrålning. En solpanel placerad i Stockholmsområdet, med 90 graders lutning och 200W toppeffekt, producerar sammanlagt 5 kWh i november, 4 kWh i december och 6 kWh i januari. Tack vare att solen står så lågt är produktionen på vintern faktiskt bättre för vertikala paneler än för horisontella.

Vilka faktorer måste jag ta hänsyn till vid val av solceller?

En av de stora utmaningarna för solceller på stolpar är vikt och vindyta. Ju större yta man kan ha desto mer energi går det att få ut. Men med större yta som kan fånga vinden behövs en grövre stolpe och större fundament i marken. Stolpar beräknas normalt för belysningsarmaturer med från 0,07 till 0,3 m2 i vindyta och runt 15 kg i vikt. En standardsolpanel med 150W märkeffekt har runt 1 m2 i vindyta och väger 13 kg. Tillsammans med en armatur ger det 4-10 gånger vindytan och uppåt dubbla vikten mot det stolpen normalt är dimensionerad för.

En bättre lösning kan vara att välja smala men långa solpaneler som ligger närmare stolpens egen diameter, till exempel finns det färdiga 50W paneler med dubbla cellrader som har dimensionerna 1,2 x 0,35 m. I teorin går det att göra panelerna med en rad med celler som blir 0,15 – 0,2 m breda.

Det är också viktigt att panelen kan vridas så nära sydläge som möjligt för att få full produktion. Skuggning av cellerna från träd eller byggnader kommer minska produktionen rejält, och kan innebära att batterierna inte laddas alls på grund av för låg laddspänning eller ström.

Nya belysningsstolpar som placeras längs en landsväg ska vara eftergivliga. Jag har svårt att se hur en stolpe med monterade solpaneler kan klara eftergivligheten. Det innebär att stolpar med solceller måste placeras längre ifrån vägen eller skyddas av ett räcke för att inte minska trafiksäkerheten.

Hur mycket energi kan en solcellsstolpe producera?

Om man tänker sig att stolpen är täckt med solpaneler från 3 m höjd upp till 8 m höjd. Är modulerna 1,2 x 0,3 m, får man plats med 4 paneler med sammanlagd toppeffekt på 200W. Med panelen vertikalt monterad kan man räkna med att årsproduktionen i Mellansverige av 153 kWh. Motsvarande årsförbrukning för en 65W LED-armatur i normal vägbelysning är 240 kWh. En närvarostyrd anläggning kan tänkas hamna på 57 kWh/år.

Årsproduktionen är egentligen ointressant eftersom systemet måste dimensioneras för att ge tillräcklig laddning under vinterhalvåret. Utifrån resultat i simuleringsprogrammet kan man se att sämsta månaden för elproduktion är december med 4 kWh total produktion för en vertikalt monterad 200W solcell. Snittproduktionen blir 133 Wh per dag.

Med 17 till 22 timmar brinntid kommer en 65W LED-armatur förbruka 1,1 till 1,4 kWh per dag, vilket skulle förbruka hela månadens produktion på 3 dagar. För att komma ner i solpanelens snittproduktion får armaturens effekt inte vara större än 8 W vid 17 timmar brinntid eller 6 W vid 22 timmar.

En närvarostyrd anläggning med 10% nyttjandegrad skulle kunna komma ner i 144 till 187 Wh per dag om den är släckt när den inte nyttjas. Då är 2W för styrutrustningen medräknad. För att klara panelens snittproduktion får armaturens effekt inte vara större än 58 W vid 17 timmars mörker och 40W vid 22 timmar mörker.

Vad kostar en stolpe med solpaneler?

Solpaneler har blivit billigare under de senaste åren, på grund av ökad efterfrågan och mer storskalig produktion. En 50W panel med måtten 1,2 x 0,35 kostar i storleksordningen 1.500 kr. För exemplet med 4 paneler skulle totalkostnaden med paneler och laddregulator blir i storleksordningen 7.000 kr. Den stora merkostnaden blir för kraftigare stolpe och fundament, den kan vara i storleksordningen 10.000 –20.000 kr.

Solen driver innovativ design i Paris

Den prisbelönta franska designern Mathieu Lehanneur är känd för sin passion för innovativa projekt med ett humanistiskt synsätt. Inför FNs internationella klimatmötet COP21 lanserades hans innovativa serie utebelysning och möbler i värdstaden Paris

Kollektionen ligger i linje med hans passion att kombinerar design, vetenskap, teknik och konst för att skapa optimalt välbefinnande och förbättra vardagslivet för människorna. Clover, (Klöver) som serien heter, är en uppföljning av hans tidigare projekt från 2012, Digital Break som består av ett antal Wi-Fi-stationer på Champs Elysées – ett projekt som erbjöd ett nytt sätt att uppleva staden och möjliggjorde samtidigt kontakten med resten av världen.

Clover är en serie av ”träd” som kombinerar energi, funktioner och material, hybrida objekt, med många uttryck och funktioner. Som en ljuskälla, sittplats, träd och solpanel, stad och landsbygd, som han själv beskriver det hela.

– Clover är ny levande art – både vild och tam, naturlig och teknologisk, tillägger han. Denna kombinerade möbel av golvlampa och bänk ger en illusion av att vara karvad och polerad för hand av en skicklig hantverkare. Men i själva verket är den digitalt framtagen i en avancerad industriell process som möjliggör för designern att blanda olika träslag.

Lehanneurs vision var att skapa en struktur som ger en känsla av ett träd som alltid funnits på platsen. Bänken är utformad så att den kan anpassas både vad gäller höjd och längd och kan, som högst, bli 15 meter bred. Belysningsanordningen består av två stora aluminiumkupoler, som ger ett nedåtriktat LED-ljus som minimerar ljusföroreningar och energiförluster. En ytterligare kupol, som bildar klöverns tredje blad, riktas uppåt och är utrustad med solpaneler, för att samla tillräckligt med energi för att kunna driva belysningen under tre timmar. Som en ytterligare innovativ detalj finns det en liten lucka i ”stammen” där förbipasserande kan ladda sina mobiltelefoner.

Publicerad den 4 april 2016

Ur Ljuskultur Nummer 2, 2016