Disse solcellene produserer like mye strøm i Norge som i Frankrike

Kjeller, Viken: Det er ikke så lenge siden vi ristet på hodet av folk som installerte solceller i vinterlandet Norge. Nedbetalingstiden var på 15–20 år – hvis ikke mer.

Siden har virkningsgraden til solceller økt nærmest omvendt proporsjonalt med prisen, og energikrisen har fått folk til å gå mann av huse etter solceller. På privatmarkedet er det over ett års ventetid på solceller mange steder.

Hvis nedbetalingstiden for solkraft er overkommelig her i nord, hvor lønnsomt må det ikke da være sørover i Europa? Land som Spania, Italia, Hellas og Frankrike har dobbelt så mange soltimer som i Sør-Norge. Og sollyset er mer intenst.

Likevel viser det seg at det er én klasse innen solenergi hvor vi i nord kan hevde oss mot de solrike landene på Kontinentet: I klassen for fasademonterte solceller.

For solceller som er integrert som en del av bygningens fasade, er det utviklet en rekke nye produkter og farger i senere tid. Fem av dem henger på «Solbygget» til Institutt for energiteknikk (Ife) på Kjeller utenfor Oslo.

Overraskende liten forskjell

Nå har instituttet gjennomført en sammenligning mellom vertikale, bygningsintegrerte solceller (BIPV) på henholdsvis Kjeller og i Le Bourget-du-Lac sørøst i Frankrike.

Forskerne sier at de på forhånd ventet langt større energiproduksjon i Frankrike på grunn av de gunstige solforholdene, men så viste det seg at disse solcellene presterte nesten like godt i Norge i løpet av et år.

For ett av panelene var total energiproduksjon på Kjeller 64,3 kilowattimer per kvadratmeter (kWh/m²). Tilsvarende panel i Frankrike oppnådde på 65,9 kWh/m² etter ett års måling. Det utgjør en forskjell på 2,5 prosent (1,6 kWh/m²).

– Jeg tror ikke folk flest er klar over det store potensialet for BIPV i Norge. Det var veldig fint å se at studien vår bekreftet dette, sier Christoph Seiffert, forsker ved Ifes avdeling for solkraftsystemer

For et annet panel i testen var forskjellen 5,5 prosent (65,3 kWh/m² i Frankrike mot 61,9 kWh/m² på Kjeller). Heller ikke det er spesielt mye med tanke på hvor mye mer sol det er i Sør-Europa enn i Norge.

Gunstig solvinkel

Forklaringen på at vertikale solceller gjør det så skarpt i Norge, er sammensatt.

Den mest åpenbare er at sola henger lavere på himmelen her i store deler av året. Dermed treffer solstrålene mer vinkelrett på fasadene, noe som øker energieffektiviteten til solcellene. Faktisk så mye at det veide opp for at sola lyser sterkere og er lenger oppe om vinteren i Frankrike.

Tommelfingerregelen i Sør-Norge er at solceller bør orienteres mot sør i rundt 35 graders vinkel. Solceller som henger på vegg, står 90 grader relatert til bakken og er lite effektive når sola står høyt på himmelen. Da blir innstrålingsvinkelen for spiss.

En medvirkende årsak til at solcellene i Norge presterte best om vinteren, er den lavere temperaturen her oppe. Solceller trives når det er kaldt. For hver grad temperaturen øker, faller energiproduksjonen deres 0,38 prosent, viser undersøkelser.

Lavere temperatur

Det er derfor produksjonskurvene for solkraftanlegg i Sør-Europa får en knekk midt på sommeren. Selv om energien i solstrålene er på sitt høyeste på denne tida, gjør varmen at solcellene dovner.

Samtidig er ikke de lange, lyse sommernettene i Norge nok til at vi kan måle oss med Frankrike i sommerhalvåret. Da er vi ikke i nærheten. Til det er energien i de «franske» solstrålene altfor overlegen.

Siden solceller på fasader ofte skal erstatte kledningen, testet Ife også solcellepaneler med isolasjon på baksiden. Isolasjonen førte til at temperaturen på solcellene steg med opptil seks grader, noe som bidro til et tap i energiutbytte mellom disse to typene paneler på opp mot fire prosent.

– At solceller blir mindre effektive ved høyere temperaturer, underbygger viktigheten av å håndtere økt temperatur i BIPV-paneler, fastslår Sigrid Rønneberg, også hun forsker ved avdeling for solkraftsystemer hos Ife.

Dette kan få konsekvenser for hvor stor luftespalte man bør ha bak fasadeplater med solceller. Her er standardene mangelfulle.

Målte ikke effekten av snø

Noe som allerede er godt dokumentert, blant annet av Ife, er at snø er nyttig for både tosidige, bakkemonterte solceller og fasademonterte solceller. Snø har høy albedo og reflekterer lys effektivt. Refleksjon gir en ekstra energigevinst som man ikke får i snøfattige regioner i Sør-Europa.

– Hvor mye hadde snø å si i sammenligningen med Frankrike?

– I denne studien målte vi ikke effekten på energigevinst på grunn av snø, svarer Christoph Seiffert.

En annen bonus for solceller som henger på veggen, er at de aldri blir dekket av snø. Det er imidlertid ikke et fortrinn som ga utslag i sammenligningen med Frankrike.

Det er Seiffert som har analysert resultatene fra sammenligningstesten. I alt ble det satt opp 15 solcellemoduler på sørveggen av det nevnte bygget i Norge og et tilsvarende i Le Bourget-du-Lac. Panelene i testen hadde fem forskjellige design med ulike farger og produksjonsmetoder, og det var solceller med og uten isolasjon på baksiden.

Lavere ytelse enn konvensjonelle solceller

Mens konvensjonelle solceller har én oppgave – å omsette sollys til elektrisk strøm – er det flere faktorer som forringer kraftproduksjonen til bygningsintegrerte fasademoduler:

• høyere temperatur på grunn av mindre luftsirkulasjon.
• tillegg av farger som gir lavere transmisjon av sollys.
• helt eller delvis skjulte ledere (busbars).
• isolasjon mot fasaden på grunn av funksjon som bygningsmateriale.

Resultatet er at BIPV-moduler er mindre effektive enn konvensjonelle solcellemoduler. Virkningsgraden for BIPV er i dag opp mot 20 prosent, mot opptil 24 prosent for vanlige solceller.

Orienteringen har likevel størst betydning. En tidligere Ife-studie viser at energiproduksjon fra vertikale solcellemoduler er 40 prosent lavere enn ulike grader av horisontal montering i juni. I desember er det imidlertid de vertikale solcellene som er mest effektive. Virkningsgraden er da 20–30 prosent høyere enn horisontale og skråstilte solceller.

– BIPV like relevant i Norden

Christoph Seiffert gjør oppmerksom på at det foreligger usikkerhetselementer i datainnsamlingen fra Norge og Frankrike.

– Lokale værvariasjoner vil naturligvis også påvirke solinnstråling og vindforhold fra år til år. Siden vi bare har data fra ett år, innebærer det også en usikkerhet. Ideelt sett skulle analysene vært supplert med en teoretisk simulering av solforholdene, mener Seiffert.

I tillegg er ikke modulene i testen helt identisk montert, selv om det er identiske paneler, og måleinstrumentene er plassert litt ulikt.

Forskerne er likevel ikke i tvil om at konklusjonen av analysene står fast: BIPV-anlegg på fasader i Norge og Frankrike har omtrent lik ytelse.

«Selv om solkraft generelt sett er avhengig av lokale solforhold og solintensitet, viser funnene at BIPV-moduler er like relevante å installere i nordiske forhold som sør i Europa,» skriver Sigrid Rønneberg i en oppsummering til TU.

Kilder: Clean ENergy Reviews, Eco Green Energy, Researchgate, Weatherspark, Vasakronan, Clean Energy Reviews