Solstrålning — grundbegrepp

Solens totala utstrålning (luminositet) är ~3,8 × 10²⁶ W. Av detta träffar ~1 361 W/m² jordens atmosfärs övre gräns — det kallas solarkonstanten (AM0). När strålningen passerar atmosfären absorberas och sprids en del, och vid jordytan återstår typiskt 800–1 000 W/m² vid klart väder och hög sol.

Solstrålningen delas in i tre komponenter:

Direktstrålning (DNI): Strålning som kommer direkt från solskivan utan att spridas. Viktigast vid klart väder och för koncentrerande solenergi.

Diffus strålning: Strålning som spritts av moln, partiklar och molekyler i atmosfären. Kommer från hela himlavalvet. I Sverige utgör diffus strålning en stor andel (40–60 % årligen) pga molnighet.

Reflekterad strålning (albedo): Strålning som reflekteras från marken och omgivningen. Kan vara betydande vintertid med snö (albedo ~0,8 vs ~0,2 för gräs).

Global instrålning (GHI) = direkt + diffus + reflekterad. Det är GHI som är mest relevant för plana solcellspaneler.

Sveriges solresurs

Sverige har överraskande bra solförhållanden under sommarhalvåret, delvis tack vare de långa dagarna:

Årlig GHI på horisontell yta (typiska värden):

  • Malmö/Skåne: 1 050–1 100 kWh/m²
  • Göteborg: 950–1 000 kWh/m²
  • Stockholm: 1 000–1 050 kWh/m²
  • Sundsvall: 900–950 kWh/m²
  • Kiruna: 850–900 kWh/m²

Till jämförelse: södra Tyskland ~1 200 kWh/m², södra Spanien ~1 800 kWh/m², Sahara ~2 500 kWh/m².

Årstidsvariation

Sveriges extrema variation i dagsljus gör solproduktionen mycket ojämn över året:

Stockholm — ungefärlig månadsprofil (GHI, kWh/m²):

  • Januari: 15 | Februari: 30 | Mars: 70
  • April: 115 | Maj: 155 | Juni: 165
  • Juli: 155 | Augusti: 120 | September: 75
  • Oktober: 40 | November: 18 | December: 10

April–augusti står för cirka 75 % av årsproduktionen. December–januari bidrar med under 3 %. Detta har stor betydelse för dimensionering och egenförbrukningsgrad.

Optimal panelriktning i Sverige

PVGIS-data visar optimala vinklar för maximal årsproduktion:

Lutning (tilt): 35–45° beroende på latitud. Lägre latitud (Malmö ~55°N) = flackare vinkel (~35°). Högre latitud (Kiruna ~68°N) = brantare vinkel (~45°).

Azimut: Rent söder (180°) ger maximal årsproduktion. Men avvikelser är förlåtande: - Sydost/sydväst (±30°): –2–3 % - Ost/väst (±90°): –15–20 % - Ost/väst med låg lutning (<20°): –10–12 %

En intressant effekt: öst-väst-uppställning (paneler åt båda håll) ger lägre toppeffekt men jämnare dagsprofil, och kan ge mer energi per takyta på platta tak genom att panelerna kan monteras tätare (mindre skuggning mellan rader).

PVGIS — den bästa öppna datakällan

PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) drivs av EU:s Joint Research Centre och ger gratis tillgång till solstrålningsdata och PV-simulering för hela Europa.

Databaser i PVGIS v5.3:

  • SARAH2: Satellitbaserad data, 2005–2020, Europa och Afrika. Bästa val för Sverige.
  • ERA5: Reanalysdata från ECMWF, global täckning, lägre upplösning.
  • COSMO: Högupplöst regional data för Europa.

API-användning:

Endpoint: https://re.jrc.ec.europa.eu/api/v5_3/PVcalc

Viktiga parametrar: - lat, lon — GPS-koordinater - peakpower — installerad toppeffekt (kWp) - loss — systemförluster (%), rekommenderat 14 % som default - angle — panellutning (°) - aspect — azimut (0=söder, –90=öst, 90=väst) - outputformat=json

Exempel (8 kWp system i Stockholm, 40° lutning, söderläge): /PVcalc?lat=59.33&lon=18.07&peakpower=8&loss=14&angle=40&aspect=0&outputformat=json

Resultatet inkluderar månatlig och årlig estimerad produktion, optimal vinkel-rekommendation och solstrålningsdata.

Air Mass och atmosfärens påverkan

Luftmassan (AM) beskriver hur lång väg solljuset tar genom atmosfären. AM1 = solen rakt ovanför (ekvatorn, middagssol). AM1.5 = solen i ~48° vinkel — standardvärdet för testning av solceller (STC).

I Sverige varierar luftmassan kraftigt: - Midsommar (Stockholm, middagssol): ~AM1.2 - Vintersolstånd (Stockholm, middagssol): ~AM4.5

Hög luftmassa innebär att mer blått ljus absorberas av atmosfären, vilket förskjuter spektrumet mot rött. Detta påverkar olika cellteknologier olika: tunnfilmsceller (CdTe) presterar relativt bättre vid högt AM-tal, medan kisel tappar något.