Ö

Är solceller miljövänligt?

Solceller omvandlar solenergin till ren ström. Men den teknik som behövs för att använda den skapar en dålig elmiljö genom att göra elen smutsig. El från taket är inte miljövänligt för dig och dina grannar. Att solceller är bra för jordklotet är en helt annan fråga.

Från solceller via växelriktare ut på elnätet

Boven i dramat är växelriktaren som 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.

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 samhälsviktiga radiosystem som Rakel och flygradio.3

Men vi börjar uppifrån på taket.

Solcellen

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.

Ett streck som symboliserar ren el

Ren likström så som solcellerna skapar den. Spänningen ändras bara när solen går i moln eller det blir mörkt.

Solcellspanelen
0,5 volt + 0,5 volt + 0,5 volt blir 1,5 volt

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 mobiltnätet 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

Bypass dioder

Alla solcellspaneler har bypass dioder 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 bypass dioder behandlas utförligt i Skuggningshandboken.7

En "taggig" rak linje

Smutsig likström. Oregelbundna och snabba variationer upp och ner av spänningen.

Streckad linje symboliserande pulserande likström

Även regelbundet pulserande likström är smutsig på grund av de snabba variationerna av spänningen i pulserna.

Strömmen väg genom en solcellspanel med bypass dioder

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 bypass dioderna. Ju mer skuggning destor mer ström tar genvägen. De övriga panelerna i strängen påverkas inte. Bypass dioderna är halvledare som bara leder ström i pilens riktning.

Växelriktaren

Ett streck som symboliserar ren el

Likström passar inte för elnätet. Strömmen flyter hela tiden i samma riktning. Den måste omvandlas till växelström i en växelriktare.

En vågtopp och en vågdal som symboliserar ren växelström

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 kurva

Ren växelström. En jämn böljande linje.

Smutsig växelström - en hackig kurva

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

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 samma typ av elektronik för batteriladdning och 12 volts elsystem som för elnätets 230 volt.

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 EMC-relaterade brister. Det betyder att de högfrekventa störningarna som anläggningarna skapar inte hanterats på rätt sätt.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.

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
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

Spåra smutsig el

En radio avslöjar högfrekventa störningar.

Smutsig el

Mer om problemet.

WHO:s gränsvärden

Tekniken går före hälsan.

Före elektriciteten

Folksjukdomarna var sällsynta.


Fotnoter
  1. Charlotta von Schultz, Luftfartsverket: Inga solceller inom 3 km, Elinstallatören nr 4 april 2020, Acc. 2020-12-09.
  2. Charlotta von Schultz, Telia: "Ingen tvekan att solcellerna sprider störningar, Elinstallatören, 4 maj 2020.
  3. Radiostörningar från solcellsanläggningar – Kartläggning av störningsproblematik i Sverige och omvärlden, FOI: Totalförsvarets forskningsinstitut, rapport FOI-R--5021--SE, besökt 2020-12-10.
  4. Elsäkerhetsverket, Följ med på ett ärende – radiostörningar från en solcellsanläggning, nyhetsbrev, 2021-06-17.
  5. Radiostörningar från solcellsanläggningar, s. 23.
  6. Bondfångeri när det gäller effekten av skuggning av solceller, Bengts nya villablogg, 2019-06-20.
  7. Energiforsk, Skuggningshandbok: Design av solcellssystem för minimerad inverkan av skuggning, rapport 2017:385; Sammanfattning finns i Skuggningshandbok: Resultatblad.
  8. SLUTRAPPORT - Jämförande provning av Nätanslutna solelsystem 2014 - 2015-04-29 rev 2015-06-15.pdf, SP rapport, Statens provningsanstalt, bilaga 2, Acc. 2020-12-09,
  9. Sidan WHO:s gränsvärden.
  10. Projektrapport frekvensomriktare och EMC, Elsäkerhetsverket, dnr 15EV95 2016-02-26.
  11. Radiostörningar från solcellsanläggningar, s 21.
  12. Charlotta von Schultz, Lennart fimpade sina optimerare – och slapp störningar, Elinstallatören, 26 okt 2020.
  13. Charlotta von Schultz, Radioamatörens solceller stör – trots alla åtgärder, Elinstallatören, 27 aug 2020.