Är solceller miljövänliga?
Solceller i sig skapar ingen strålning utan ren ström. Strålningen skapas istället av tekniken som gör växelström för elnätet. El från taket är inte miljövänligt för dig och dina grannar. Att solceller är bra för klimatet är en helt annan fråga. Solfångare producerar varmvatten, sitter på tak och försämrar inte den elektromagnetiska miljön.
Boven i dramat är växelriktaren som omvandlar likström från solcellerna till växelström för elnätet. Den måste finnas där om man ska sälja elektriciteten eller använda den i hushållet tillsammans med köpt el. De elektromagnetiska fälten som strömmen från solcellsanläggningen skapar påverkar omgivningen mer än fälten som skapas av ström från elnätet och kan därför störa radiokommunikation och är ohälsosam. De kallas transienter och högfrekventa störningar och i dagligt tal talar man om smutsig el.
Solcellsanläggningarnas biverkning som störsändare har uppmärksammats i en artikelserie i tidningen Elinstallatören där luftfartsverket säger att de inte vill ha solcellsanläggningar inom tre kilometer från flygplatser1 och Telia hävdar att de stör mobiltelefonin.2 Försvarsmakten har sammanställt en rapport om störningsproblemen som kan hota samhällsviktiga radiosystem som Rakel och flygradio.3
Andra sidor i ämnet:
Hälsoriskerna
Kan vara höga.
Smutsig el
Strömmen vi inte vill ha i ledningarna.
Spåra smutsig el
En radio avslöjar högfrekventa störningar.
Solcellen och panelen
Hur uppstår störningarna som solcellsanläggningar skapar? Vi börjar uppifrån på taket. Till skillnad mot metall i en elledning som leder ström i båda riktningarna leder halvledarna i bara en riktning. De används i all elektronik vi omger oss med idag för att släppa fram och stoppa ström. I en solcell börjar de istället producera ström om de belyses. Solcellen är en platta av halvledare där ljus får elektroner att flytta sig till den belysta ytan och många elektroner tillsammans är elektrisk ström.
Solcellerna i solpanelen lämnar en ren och fin likström som flyter fram i ett jämnt flöde i samma riktning och utan störningar.
Ren likström så som solcellerna skapar den. Spänningen ändras bara när solen går i moln eller det blir mörkt.
Solcellspanelen
Principen för seriekoppling. En solcell har en spänning på 0,5 volt. Många seriekopplas i en panel som kan ha en spänning på c:a 20 volt och flera paneler kan seriekopplas till flera hundra volt.
En solcell ger lägre spänning än ett ficklampsbatteri. Därför seriekopplas många solceller efter varandra i en solcellspanel. För att få upp spänningen ännu mer seriekopplas i sin tur flera paneler.
Optimerare ☠
Optimerare gör att solcellspanelerna lämnar smutsig likström.
En optimerare kopplas till varje solcellspanel och har till uppgift att kompensera för att panelen producerar mindre ström när delar av den hamnar i skugga. Men optimerare har visat sig vara så kraftiga störsändare att mobiltelefoner fått svårt att fungera och kan alltså skapa en riktigt usel elmiljö. I fallet med att Telia fick mobilnätet stört togs optimerarna bort efter föreläggande om åtgärder av Elsäkerhetsverket och störningarna försvann.4 Försvarets forskningsinstitut pekar ut optimerarna som den vanligaste källan till störningar.5 Optimerare är tillval och säljs med argumentet att alla paneler producerar mindre ström om en panel skuggas. Det är fel. Det är bara den skuggade panelen som producerar mindre.6
Bypassdioder
Alla solcellspaneler har bypassdioder som släpper förbi
strömmen om hela eller delar av panelen blir skuggad. Det är
en mycket enklare och billigare teknik som i de flesta fall
är lika effektiv som optimerare men som inte förstör
elmiljön. Påverkan av skuggning och effekter av optimerare
och bypassdioder behandlas utförligt i Skuggningshandboken.7
Smutsig likström. Oregelbundna och snabba variationer upp och ner av spänningen.
Även regelbundet pulserande likström är smutsig på grund av de snabba variationerna av spänningen i pulserna.
Riktigt illa
Elsäkerhetsverket beslutar om
säljstopp av optimerare på grund av oacceptabla
störningar.
Till
Elsäkerhetsverket
Den röda linjen med pilar visar hur strömmen går genom en solcellspanel när alla seriekopplade paneler i en sträng producerar lika mycket ström. I en panel som skuggas börjar strömmen ta genvägar genom de svarta bypassdioderna. Ju mer skuggning destor mer ström tar genvägen. De övriga panelerna i strängen påverkas inte. Bypassdioderna är halvledare som bara leder ström i pilens riktning.
Växelriktaren
Likström passar inte för elnätet. Strömmen flyter hela tiden i samma riktning. Den måste omvandlas till växelström i en växelriktare.
Växelström där strömmen byter riktning när spänningen växlar mellan plus och minus. Bilden visar ren växelström.
Den rena och fina likströmmen som solcellerna lämnar går inte att mata ut på elnätet för där är det växelström vars spänning hela tiden växlar från plus till minus och tillbaka till plus igen. Detta upprepas 50 gånger per sekund. Strömmen från solcellerna måste göras om för att man ska kunna sälja den eller använda den i hushållet tillsammans med köpt el. Växelriktaren sköter omvandlingen från likström till växelström.
Effektoptimerare
Försöker man ta ut för mycket ström ur solcellerna får man mindre, och tar man ut mindre än de kan ge går man miste om ström. Första steget i växelriktaren är därför en effektoptimerare som kallas Maximum Power Point Tracker på engelska, eller bara MPPT. Den styr belastningen på solcellerna så att man får ut maximalt med energi beroende på temperatur och solinstrålning. Belastningen regleras genom att strömmen från solcellerna får flyta genom effektoptimeraren i kortare eller längre pulser. Om panelerna saknar optimerare blir strömmen smutsig här, men störningarna blir inte lika kraftiga som med optimerare vid varje panel. Ström går alltid i ett slutet kretslopp så strömmen genom solcellerna och kablarna kommer också att pulsera och sprida elektromagnetiska störningar längs hela sin väg över taket.
Energilager
Efter växelriktarens första steg som styr solcellerna går strömmen till ett energilager. Det skapar inte några elektromagnetiska störningar.
Växelriktning
Från energilagret hämtas strömmen till den egentliga växelriktaren som skapar växelströmmen som passar elnätet. Den arbetar också med kortare och längre pulser som används för att skapa växelströmmens variationer. Resultatet blir en växelström med mängder av små men mycket snabba variationer, det vill säga högfrekventa störningar eller smutsig el.
Trots att variationerna är små har de genom sin snabbhet en mycket större elektromagnetisk påverkan på omgivningen än de stora "böljorna". Den ökade påverkan skapar högre spänning och starkare ström i bland annat människor.
Ren växelström. En jämn böljande linje.
Den rena växelströmmens svepande och jämna linje har bytts mot en hackig. Kännetecknet för smutsig el eller högfrekventa störningar som ingenjörerna kallar det.
Test
Smutsigare växelström.
På uppdrag av Energimyndigheten testade Statens provningsanstalt 10 solcellsanläggningar lämpliga för villor och mindre företag. I testen som gjordes 2014 ingick mätning av strömmen som växelriktarna lämnar vid hög respektive låg belastning. Vid hög belastning lyckades endast fyra växelriktare lämna ström som motsvarar bilden på smutsig växelström. Vid låg belastning lämnade alla växelriktare ström som exemplifieras med bilden smutsigare växelström eller också var strömmen ännu smutsigare.8 Hur de testade växelriktarna behandlade strömmen från solcellerna mättes inte.
Batterier och 12 volt
Men om man låter solcellerna ladda batterier? Tyvärr kan inte solcellernas ström skickas direkt till batterierna heller. Spänningen stämmer inte och batterier kan inte laddas hur som helst, därför krävs reglering av batteriladdningen. Räkna med att samma typ av elektronik används för 12 volts elsystem som för elnätets 230 volt så att även 12 voltsystemet blir smutsigt. Lösningen är att bara ta ström från batterier som är bortkopplade från solcellerna.
Normer och gränsvärden
Myndigheter som Energimyndigheten, Elsäkerhetsverket och Försvarsmakten intresserar sig bara för elektromagnetisk miljöförstöring som kan störa radiokommunikation och andra elektriska apparater. För den miljöförstöringen finns det i de flesta fall normer. För människor finns motsvarande gränsvärden för omedelbara reaktioner men inga för långsiktiga effekter, det vill säga sjukdom.9
Elsanering
De högfrekventa störningar som den smutsiga elen skapar går inte att eliminera. Bara minska. Första steget är att inte använda optimerare. För att minska störningarna från växelriktarens maximum power point tracker till solcellspanelerna monteras lågpassfilter på växelriktarens ingång. På utgången kan man antingen montera nätavstörningsfilter eller en transformator. En transformator med skilda primär- och sekundärlindningar dämpar störningar effektivt.
Brist på kompetens
Men för att åtgärderna ska fungera krävs att montörerna har kunskap om hur högfrekventa störningar sprids och hindras så att allt monteras rätt. Den kunskapen är inte självklar. Elsäkerhetsverket undersökte 39 anläggningar med frekvensomriktare och fann att 69 % av dem hade bristande elektromagnetisk kompatibilitet, EMC. Det betyder att de högfrekventa störningarna som anläggningarna skapar inte hanterats på rätt sätt och blir för höga.10 Liksom växelriktarna arbetar frekvensomriktarna med hackad och mycket snabbt pulserande ström och är standard för varvtalsreglering av motorer i industrin och i fastigheter och ändå gör de flesta montörer något fel.
CE-märkning
Att utrustningen uppfyller normerna är ingen garanti för att slutresultatet blir bra. Varje apparat testas för sig och inte den färdiga installationen vilket kan ställa till problem.11, 4 Testmiljön motsvarar inte den verkliga användningen.
Ställ egna krav
Gör som radioamatören som ställde krav på störningsfrihet och fick en lyckad installation.12 Eller avstå från egna krav och riskera ett misslyckande.13
Krav
Ett enkelt krav är att vanlig radiomottagning inte ska störas. Då kan en radio med långvåg (LW), mellanvåg (MW/AM) och kortvåg (SW) användas för kontroll. Störningar kan fortfarande finnas på andra frekvenser än de som radion kan ta emot, men ett så enkelt krav är ändå ett stort steg mot en förbättring.
Frekvenser för radio |
||
|---|---|---|
| Fr.o.m | T.o.m | |
| LW | 148 kHz |
284 kHz |
| MW | 526
kHz |
1607 kHz |
| SW | 3,95 MHz |
26,1 MHz |