Familjebostäders Lysande - SolElProgrammet

Energiberäkningar - Familjebostäders projekt Lysande

Vad är optimal orientering i fallet Familjebostäders hus?

Takanläggningens moduler har en given orientering och lutning som inte kan påverkas. Fasadanläggningen består av ett stort antal relativt tunna lameller där lamellernas lutning och antal räknat per våningsplan är fixerat till 45 grader och 10 per vånings. Fasaden är orienterad mot syd-syd-väst. En ekdunge som står framför huset skär av solvinklarna vissa tider under årets mörkaste månader. Innan fasadmodulernas täthet och lutning fixerades uppskattades med hjälp av ett beräkningsprogram för solceller, PV-Syst, hur energiutbytet från fasaden beror på modulernas lutning och avstånd emellan dem. Avståndet mellan moduler har i tabellen nedan gjorts om till antal per våningsplan a' 2,9 meter. Beräkningarna har gjorts för tre valda lutningar: 30, 45 och 60 grader.

Det framgår av tabellen att någon optimal kombination mellan lutning/lamelltäthet inte står att finna. Generellt gäller att ju tätare lamellerna ligger desto bättre utnyttjas fasadytan, men desto sämre utnyttjas varje modul. Som en kompromiss mellan estetisk hänsyn och energiutbyte beslutades att välja lutningen på 45 grader och 10 lameller per våningsplan.

Tabell 1. Producerad växelströmsenergi från fasaden på årsbasis. [ kWh ]

Antal lameller/vån.	Antal moduler	Lutning = 60°		45°		30°
		Energi från en modul	Energi från hela fasaden	Energi från en modul	Energi från hela fasaden	Energi från en modul	Energi från hela fasaden
4	144	21,0	3029	20,9	3012	19,3	2782
5	180	21,0	3771	20,7	3730	19,1	3434
6	216	20,8	4497	20,5	4429	18,8	4059
8	288	20,3	5848	19,7	5667	17,8	5136
9	324	20,0	6482	19,2	6227	17,4	5629
10	360	19,6	7058	18,7	6723	16,9	6069
12	432	18,2	7846	17,7	7648	16,1	6962
16	576	14,8	8525	15,1	8682	13,9	7998

Efter att lutningen och antalet lameller blev bestämt kunde fasadens och takets energiutbyte slutberäknas I denna beräkning har det även tagits hänsyn till den utglesning av lameller som är fallet framför fönster och trapphus. De semitransparenta moduler som används i beräkningen för tabell 2 nedan tillverkas med celler som har en inkapslad verkningsgrad på strax över 14 %. Orsaken till att fasadens energiutbyte beräknas på både övre tredjedelen och nedre två tredjedelarna beror på dessa delar matar olika växelriktare. Ekdungens större skuggande inverkan på den nedre delen har tagits hänsyn till. Slutligen så löste solcellsleverantören, Gaia, problemet med skuggning från överliggande moduler av inre celler i fasaden genom att låta dessa mata separata växelriktare. Således får 4 växelriktare matning från fasadens moduler som framgår av Tabell 2.

Tabell 2. Energiproduktion från fasaden. 9,4 kW_t och 109 kvm solcellsmoduler.

Position på moduler	Antal "sub-moduler" med effektiva 15,5 watt*	Producerad energi till växelströmsnätet
		[kWh/år]
Fasad övre tredjedel, inre celler	102	868
Fasad övre tredjedel, yttre celler	102	1 071
Fasad nedre två tredjedelar, inre celler	202	1 578
Fasad nedre två tredjedelar, yttre celler	202	1 866

SUMMA FASAD	608 (304 hela moduler)	5 383**

* Toppeffekten för varje modul är 31 W, men endast en av två cellrader per modul bidrar till varje växelriktare
** Beräknad med en svåruppskattad transmission genom överliggande moduler. Speciellt växelriktarna som matas från inre celler kan vara feluppskattade.

Figur ber-lys-1. Månadsvariation av solinstrålning mot lamellytan (övre delen av fasaden).
Solinstrålningen är korrigerad för skuggning och reflektion i modulytor. (hela året = 719 kWh/m²)

Tabell 3. Energiproduktion från taket. 12,52 kW_t och 118 kvm solcellsmoduler

Position på moduler Och azimut [ ° ]	Antal moduler á 70 W 31 W		Energiproduktion per modul och år		Producerad energi till växelströmsnätet
			[kWh]		[kWh/år]
Tak mot syd (22° )	52	8	56,8	25,2	3 155
Tak mot väst (112° )	59	6	45,2	20,0	2 787
Tak mot öst (-68°)	59	6	53,5	23,7	3 299

SUMMA TAK	170	20			9 241

Skuggproblematiken och Familjebostäders hus
Framför det aktuella huset ligger en ekdunge på en kulle. Beräkningar har gjorts på solinstrålning mot ytor på fasaden med olika höjd över marken och därför med olika inverkan från den skuggande ekdungen. På årsbasis förloras ca 10 % av instrålningen på grund av denna skuggning. Solinstrålningen mot takanläggningen däremot minskar endast med 2 - 3 % pga av ekdungen.

Tillämpningen av lameller innebär att varje modul upplever en skuggning från nästa övre rad av lameller. I fallet med 10 lamellrader/våningsplan a' 2,9 meter förloras 11 % av tillgänglig solinstrålning genom denna skuggning. Lösningen med separata växelriktare för inre och yttre celler är speciellt avsedd för att denna skuggning endast skall bidra med energiförluster proportionellt mot den skuggade ytan och inte ha andra ordningens negativa effekter.


Bilden visar skuggning av en moduls inre celler och delvis de yttre orsakad av cellerna i den överliggande semitransparenta modulen i den persiennliknande fasadstrukturen. (kl 9.45 sommartid 29 april)		Skuggning i mitten av november från de avlövade ekarna på kullen framför byggnaden. Skugguppskattningen säger att 10% av möjlig årsproduktionen försvinner pga denna skuggning.

Nedsmutsningsproblematiken för fasadens moduler
Som framgår av närbilden ovan av cellerna i en av fasadmodulen så är de belagda med ett tydligt lager av damm. Normalt rengörs denna typ av damm vid regnväder. Lösningen med moduler i en persiennliknande struktur gör att överliggande moduler fungerar som ett regnskydd för underliggande varför den rengöringseffekt som regnet har uteblir. Ett rengöringsexperiment klargjorde storleken på nedsmutsningens reducerande inverkan på uteffekten:

Fasadmodulernas inre och yttre celler är separerade och kan därför mätas individuellt. Vid ett tillfälle då solljuset inte var skuggat på någon del av en utvald modul mättes kortslutningsströmmen från både inre och yttre celler. Direkt efter rengjordes modulen och kortslutningsströmmen mättes på nytt. För de inre cellerna ökades strömmen med 9% och för de yttre med 6%. (Solinstrålningen förblev konstant under den beskrivna mätningen).

Bortsett från den estetiska effekten av nedsmutsade moduler kan man förvänta sig en minskning av energiproduktionen från fasaden med mellan 5 och 10% jämfört med de siffror som är redovisas i Tabell 2 ovan.