Skuggförluster: varför lite skugga kostar mycket.

Cellerna i en panel sitter i serie och delar samma ström. En skuggad cell ger mindre ström än de andra, och utan skydd tvingas den bära strömmen i backriktning. Den blir då en last som värms upp, en så kallad hot spot.

Bypassdioden sitter parallellt med en grupp celler. När gruppen backspänns leder dioden strömmen förbi, och spänningen över den skuggade gruppen begränsas till ungefär ett diodfall. PVEducation anger cirka 15 kiselceller som en övre gräns per diod, och därför är en panel uppdelad i flera delsträngar med var sin diod.

Priset är att hela delsträngen kopplas förbi. I en panel med tre delsträngar kan en skugga över några få celler ta en tredjedel av effekten, och en skugga tvärs över alla tre kan ta nästan allt.

I en sträng utan optimerare delar alla paneler samma ström. Växelriktaren söker den arbetspunkt som ger mest effekt för hela strängen: antingen bär strängen den svagare panelens ström, eller så kopplas dess delsträngar förbi och strängens spänning sjunker. Effektkurvan får flera toppar, och skillnaden mot summan av panelernas egna maxeffekter är mismatchförlusten.

I en vanlig panel med tre delsträngar löper de längs långsidan. En skugga längs panelens nederkant, från raden framför på ett platt tak eller från snö som ligger kvar, når därför alla tre delsträngarna i en stående panel men bara den nedersta i en liggande. Det är ett skäl att lägga paneler liggande i rader. Kontrollera antalet bypassdioder och hur cellerna är kopplade i panelens datablad.

Sverige: i Stockholm står solen drygt 7° över horisonten mitt på dagen i december, så en skorsten på en meter kastar en nästan åtta meter lång skugga. November–januari ger bara cirka 5 % av årsproduktionen, så vinterns långa skuggor kostar lite energi. Det som avgör årssumman är skuggan från mars till oktober.

Tyskland: i München är solhöjden 18° och november–januari ger drygt 13 % av året. En skugga som bara når panelerna vintertid syns i årssumman.

Spanien: i Madrid står solen 26° över horisonten och vintern ger nära en femtedel av produktionen. Vinterns skuggor väger tyngre än i norr, medan ett radavstånd som räknas mot vintersolen kostar mindre takyta, eftersom skuggan per meter är kortare.

Italien: i Rom är solhöjden 25° och vintern ger 17 %. Bilden liknar Madrids. I dalar och nära berg avgör horisonten ofta mer än solhöjden.

Beräkningen följer solen genom året. För varje tidpunkt avgörs om direktljuset når en punkt på panelen eller skyms, och förlusten viktas med hur mycket sol som faller in just då. En skugga en decembermorgon väger alltså lite, en skugga mitt på dagen i juni mycket.

Det diffusa ljuset kommer från hela himlen. Himmelsvyn (sky view factor) är den andel av himlen som en punkt på panelen ser, viktad mot panelens lutning. En takkupa eller en vägg intill tar en bit av himlen även när den inte skymmer solen, och sänker därför också det diffusa ljuset.

Horisonten läggs till som en profil runt platsen: när solen står under profilen räknas direktljuset som skymt. EU:s beräkningsverktyg PVGIS tar fram en sådan profil ur en terrängmodell.

Sist räknas strängen elektriskt. Skuggan på varje delsträng ger panelens kurva, och strängens arbetspunkt avgör hur mycket som går förlorat. Det är skillnaden mellan en geometrisk skuggandel och den verkliga effektförlusten.

Med en optimerare eller en mikroväxelriktare per panel arbetar varje panel i sin egen maxeffektpunkt. Mismatch mellan panelerna i en sträng minskar då, men delsträngar inom en skuggad panel kopplas fortfarande förbi av bypassdioderna. Komponenterna har egna förluster och en egen kostnad, och nyttan beror på hur ofta och hur ojämnt panelerna skuggas. Räkna produktionen med och utan och jämför skillnaden med merkostnaden.