Om sommeren har solcellerne på Svalbard højere virkningsgrad end i Sydeuropa

Der har været en stigning i flytrafik til Svalbard de seneste år. Med alternativ energi vil udledningerne fra lufthavnen blive mindre Illustration: Marianne Otterdahl-Jensen

»Den vinkel, som solcellepanelerne har i forhold til lyset, er vigtig. Det er ikke nødvendigt med direkte sol. Lys er nok, til at der skabes energi, og sneen reflekterer lyset og øger kraftproduktionen. Sol og koldt vejr er ideelle forhold for solceller. Temperaturen regulerer spændingen, og den stiger i kulde, så global opvarmning vil ikke give bedre vilkår for solenergien,« siger Carl Einar Ianssen.

Han er lufthavnschef i Svalbard Lufthavn og er meget optaget af at finde bæredygtige løsninger. Der er ikke mange erfaringer at trække på fra tilsvarende områder i Arktis. Carl Einar Ianssen fortæller, at den skepsis, han mødte, da han ville sætte gang i projektet med solcellepaneler, blev vendt til entusiasme, da det viste sig at virke over al forventning.

Verdens nordligste solcelleanlæg

Carl Einar Ianssen fortæller, at det første skridt i byggeriet blev færdigt i 2016 med et solcelleanlæg på taget af terminalbygningen samt et anlæg på væggen ud mod landingsbanen i den sydlige retning. Der blev foretaget en videreudbygning i 2017 og 2018 med en væsentlig udvidelse af solcelleanlægget mod vest også.

Al strøm fra solcelleanlægget fødes ind i lufthavnens elnet. 430 solcellepaneler producerer mellem 265 og 330 watt per panel. Illustration: Marianne Otterdahl-Jensen

»Vi har nu 430 solcellepaneler, som producerer mellem 265 og 330 watt per panel,« siger Carl Einar Ianssen.

»Bortset fra de tre måneder, hvor vi lever i totalt mørke her, producerer vi vedvarende energi fra solcelleanlægget, som vi bruger i lufthavnen. På solrige dage kan vi producere 10–20 procent af den energi, vi bruger i lufthavnen. På et såkaldt offgrid navigationsanlæg, som ligger på Torfjell, er der også monteret et solcelleanlæg. Dette supplerer dieselgeneratorer, og her kan vi producere op til 75 procent af forbruget i de timer, hvor der er sol fra en klar himmel.«

Meget planlægning

Civilingeniør Dag Halvorsen er grundlægger, ejer og daglig leder i Power Controls AS - firmaet, der i flere år har arbejdet med solcellesatsningen i Svalbard Lufthavn. Han fortæller om særlige udfordringer og meget planlægning af arbejdet, blandt andet hvad angår fragt. Power Controls har projekteret anlægget og leveret alle komponenterne, og de har også monteret solcelleanlægget.

»I 2018 arbejdede vi seks mand i to uger i stræk. Der betyder krævende logistik, meget planlægning og lokalkendskab, hvis man skal gennemføre projekter effektivt på Svalbard,« siger Dag Halvorsen.

»Derudover var der også udfordringer med at tilrettelægge arbejdet i forhold til, hvornår fly lettede og landede,« tilføjer Carl Einar Ianssen.

»Vi var helt afhængige af en samarbejdspartner, som forstod de særlige udfordringer, der er her på Svalbard.«

Dag Halvorsen fortæller, at al energi fra solcelleanlægget fødes ind i lufthavnens elnet og forbruges, når det produceres. Forbruget er, i hvert fald indtil nu, større end produktionen, så ingenting føres netto tilbage til elnettet i byen. Såkaldt self consumption er hundrede procent. Og det er godt, for der findes ingen såkaldt pluskundeordning på Svalbard. På det norske fastland er dette lovpligtigt, hvilket indebærer, at der skal betales for el, som sendes tilbage til elnettet.

»Hundrede procent af strømmen i Longyearbyen kommer fra kulkraft med kun bittesmå andele fra en dieselgenerator, som undtagelsesvis skal køre for at dække behovet,« fortæller Dag Halvorsen.

Fremtidig elforsyning

Power Controls arbejder med konkrete løsninger for at teste alternative energikilder og mener, at en kombination af biogas/LNG, sol- og vindkraft samt energilagring i store battericontainere er den mest miljøvenlige og bæredygtige løsning.

»Vi samarbejder med det lokale erhvervsliv og Lokalstyret (det, der svarer til en kommune på fastlandet, red.) og ønsker at etablere et demonstrationsanlæg, som skal vise, at vores hybridteknologi med gas, sol og vind er både omkostningseffektivt, konkurrencedygtigt og miljøvenligt,« siger Dag Halvorsen.

»Et anlæg af denne slags kan installeres inden for et år og stå for 10-20 procent af hele energibehovet i Longyearbyen. Derefter kan det skaleres lige så meget op, som man ønsker.«

Lufthavnschefen fortæller, at et projekt med en vindmølle på Torfjellet allerede er godkendt. Han ønsker også at etablere en mølle i lufthavnen, men på samme måde som ved planlægningen af solcellepanelet har han mødt en del skepsis, særligt på grund af vind- og isforholdene.

»Det er klart, at der vil være udfordringer, men dem klarer vi,« siger Carl Einar Ianssen, som forestiller sig, at al energi skal ende i det samme net.

Til trods for skepsis får de i lufthavnen mange henvendelser fra blandt andet forskningsmiljøer, som vil høre om resultaterne af satsningen i alternativ energi på ‘78 grader nord’. Carl Einar Ianssen oplever desuden at få fuld støtte fra Avinor. Mange anser flytrafik som skurken i klimasammenhæng, med den nye teknologi vil udledningen fra lufthavnen blive betydeligt mindre.

»ENØK (effektivt energiforbrug, red.) er ud over vedvarende energi vores vigtigste fokusområde,« siger lufthavnschefen entusiastisk.

»Så vi vil bruge lige så mange penge på det område.«

Alene efterisolering samt udskiftning af alle lys til LED-lys vil sænke energibehovet betydeligt, så dette er allerede på trapperne.

Prisen varierer

»At lægge en højspændingsledning fra land er et alternativ, men ikke noget vi anbefaler,« siger Dag Halvorsen.

»ABB angav for et par år siden prisen på et kabel af den type til på cirka 7-8 milliarder norske kroner.«

Til trods for skepsis får de i lufthavnen mange henvendelser fra blandt andet forskningsmiljøer, der er interesserede i at høre om resultaterne af satsninger i alternativ energi. Illustration: Marianne Otterdahl-Jensen

Dag Halvorsen estimerer, at Power Controls kan bygge et fuldskala hybridanlæg med biogas, sol og vind, som dækker hele energibehovet i Longyearbyen inden for en overskuelig fremtid til under ti procent af denne pris. Han mener desuden at det at eksportere energi via kabel fra fastlandet er meget lidt fremadrettet, idet der er brug for al den vedvarende energi, der er i Norge, på fastlandet alene. Her tænker han særligt på, at der i forbindelse med den grønne omstilling vil være et stigende behov for VE til transportsektoren.

»Vi mener også, at brint er meget lidt bæredygtigt, da 70 procent af den energi, der kræves, når man producerer brint, går tabt, før den når frem til forbrugeren. At transformere energi til brint og brint til energi er ikke særlig effektivt. Desuden er logistikken meget omkostningstung,« siger Dag Halvorsen.

Carl Einar Ianssen mener også, at den hybride løsning med vedvarende energi vil blive fremtiden i energiforsyningen på Svalbard, sammen med omfattende ENØK-tiltag i hele det norske samfund.

Artiklen er fra tu.no

Emner : Solceller
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Er det iht. til sikkerhedsreglerne muligt at lægge paneler i siderne af landingsbanerne (altså ikke på selve landingsbanen men i den "brak" plads der typiske er mellem landingsbanerne og mellem banerne og hegnet??? Det er km2 vis af arealer! som ikke bruges til andet end at være "siderabat"...

Desuden må den helt store gevinst være når det bliver muligt at genindvinde energien fra landende fly, det er helt enorme mængder energi der går tabt der, men det er muligt det må vente på de elekriske fly (og selv her er det jo ikke sikker de kan absorbere energien med den hastighed den vil blive genereret under en landing!)...

  • 1
  • 11

@David Bachman. Jeg formoder vi taler om oprette (stående) solceller som vist på billedet? Hvilken sikkerhedsafstand ville du selv foretrække hvis du var passager ?? Hvorfor skulle man udsætte passagerer og udstyr for den risiko det vil indebære at placere solcellerne netop der(!) Det er jo ikke pladsmangel der er problemet i Svalbard...

  • 12
  • 1

not so much tror jeg. lad os antage at et fly lander med 80 m/s (ca 290 km/t) og med en vægt på 100 tons. jeg regner mig frem til en kinetisk energi på 320E6 J svt 88 kWh. Egentlig ikke så meget set i forhold til at flyvægten vil blive forøget ved installation af teknik til at absorbere energien (hvilket øger brændstofforbruget .... )

  • 7
  • 0
  • men den potentielle energi - m x g x h skal vel også regnes med? Det bliver 100.000 kg x 9,8 m/s2 x 10.000 m = 9,8 E9 J = 2722 kWh. (har ikke et bud på hvordan konverteringen skulle kunne lade sig gøre)

Men overskriften siger da ikke meget om værdien af anlægget: "- solcellerne på Svalbard højere virkningsgrad end i Sydeuropa" Hvis en solcelle laver 1 energienhed af 1 solstråle på Svalbard er virkningsgraden 1,00 Hvis samme solcelle laver 500 energienheder af 1000 solstråler i Sydeuropa, er virkningsgraden "kun" 0,5, men energioutput fra solcellen er trods alt 500 gange større end på Svalbard.

  • 1
  • 4

Det regnestykke passer ikke. Solens indstråling er den samme på Svalbard som i sydeuropa, det er bare vinklen som er anderledes. Hvis et Svalbard-panel er vinkelret på solen i klart solskin vil det yde mere end samme panel i sydeuropa. Både fordi panelet er koldere på Svalbard og fordi sneklædte fjelde giver ekstra indstråling via reflektion.

I Danmark fås største ydelse på en klar vinterdag med frost og sne.

  • 4
  • 1

Selvfølgelig har du ret, Peter Larsen. Hvis du forudsætter, at din solcelle drejes vinkelret på solen året rundt. For så er det blot temperaturforskellen, der giver forskel i virkningsgrad. Men at udnytte den høje virkningsgrad er nu noget sværere på Svalbard. Solcelllerne skal være bevægelige hele kompasset rundt - for at få glæde af den høje virkningsgrad ved midsommer. Det vil så også bliver en udfordring, at undgå skyggevirkning cellerne imellem. Snevirkningen fra fjeldsiderne er vel ikke at medregne i virkninngsgraden, som du opstiller det? Og hjælper sneen mere end fjeldene skygger ved lavtstående sol? Endelig er sneen en modspiller her hos mig, når den dækker solcellerne. Vi er vel enige om, at antal potentielle soltimer er det samme på hele jorden - men ikke det reelle, vel?

  • 0
  • 0

Virkningsgrad, er det ikke hvor mange Watt det produceres for en vis indstråling? Den høje produktion skyldes vel, at der produceres 24 timer i døgnet?

  • 1
  • 0
  • men der er så meget, man ikke kunne - eller som ikke kunne betale sig for 50 år siden, men som fungerer i dag. Hvis vi antager, at fly kan blive helt eller delvist el-drevne, så kunne man genvinde en del af den enorme energi, som er brugt ved opstigningen ved at lade vinden drive motorerne som generatorer under nedstigningen. Bestemt ikke uden tab ...
  • 0
  • 4

@Peter Madsen

Selvfølgelig har du ret, Peter Larsen. Hvis du forudsætter, at din solcelle drejes vinkelret på solen året rundt. For så er det blot temperaturforskellen, der giver forskel i virkningsgrad. Men at udnytte den høje virkningsgrad er nu noget sværere på Svalbard. Solcelllerne skal være bevægelige hele kompasset rundt - for at få glæde af den høje virkningsgrad ved midsommer.

Ud fra en ingeniørmæssig betragtning er virkningsgraden kun marginalt interessant. Det er ydelsen man går efter, og den afhænger af mere end virkningsgraden. I stedet for en kostbar tracking mekanisme kan man bare sætte nogle flere paneler op i de relevante retninger og hældninger. Det vil være billigere, og langt mere stormsikkert.

Snevirkningen fra fjeldsiderne er vel ikke at medregne i virkninngsgraden, som du opstiller det?

Set som fysiker: nej. Set som ingeniør: ja.

Endelig er sneen en modspiller her hos mig, når den dækker solcellerne.

Det vil næppe ske på Svalbard. Den optimale montering er tæt på lodret. Det fremgår af artiklen at de faktisk er monteret lodret.

Vi er vel enige om, at antal potentielle soltimer er det samme på hele jorden - men ikke det reelle, vel?

Det reelle antal solskinstimer på et år er generelt højst i arktiske områder. Det er f.eks. meget højt i Sønder Strømfjord. Måske gælder det samme Svalbard.

  • 1
  • 0

Som PHK skiver, så kommer Solen aldrig over (90-78)+23 = 35 grader over horisonten (kimingen). Jeg har dog ikke kunnet finde en - simpel - forklaring vedrørende den effektive solindstråling som funktion af breddegraden (her 78 grader).

Så for mig er det ikke indlysende hvad forskellen er i effektivitet på et sydvendt solpanel, med passende hældning i forhold til geografisk bredde, i Danmark (e.g. 56 grader), og på Svalbard (78 grader). I begge tilfælde vil et fastmonteret panel mod syd have solindstråling i 12 timer.

Så er der lidt med luftens renhed og fugtighed, men det er detaljer.

  • 0
  • 0

Hvis man ser bort fra atmosfæren, og forudsætter at panelet står vinkelret på solen, så afhænger indstrålingen ikke af breddegraden. Hvis panelet ikke står vinkelret på retningen til solen, så skal man gange indstrålingen med sinus til vinklen. Indstrålingen vinkelret på solen er ca. 1000W/m2. Hvis man lægger panelet fladt, dvs. der skal ganges med sin(35), dvs. sommer, så bliver indstrålingen på panelet kun ca. 570W/m2, og tilsvarende mindre på andre årstider. Det er derfor der er koldt i arktis.

Men lyset på høje breddegrader skal gennem mere luft end ved ækvator eller Danmark for den sags skyld. Det vil give tab. Meget klar luft på Svalbard vil trække i modsat retning.

  • 1
  • 0

Man kan udvinde energi om natten via "anti-solceller" (og om dagen):

(virker kun når det er skyfrit om natten)

January 30, 2020, scitechdaily.com: Anti-Solar Cells: Thermoradiative Photovoltaic Cells Work at Night: Citat: "... What if solar cells worked at night? That’s no joke, according to Jeremy Munday, professor in the Department of Electrical and Computer Engineering at UC Davis. In fact, a specially designed photovoltaic cell could generate up to 50 watts of power per square meter under ideal conditions at night, about a quarter of what a conventional solar panel can generate in daytime, according to a concept paper by Munday and graduate student Tristan Deppe. The article was published in, and featured on the cover of, the January 2020 issue of ACS Photonics. ... There’s another kind of device called a thermoradiative cell that generates power by radiating heat to its surroundings. Researchers have explored using them to capture waste heat from engines. “We were thinking, what if we took one of these devices and put it in a warm area and pointed it at the sky,” Munday said. This thermoradiative cell pointed at the night sky would emit infrared light because it is warmer than outer space. “A regular solar cell generates power by absorbing sunlight, which causes a voltage to appear across the device and for current to flow. In these new devices, light is instead emitted and the current and voltage go in the opposite direction, but you still generate power,” Munday said. “You have to use different materials, but the physics is the same.” **The device would work during the day as well, if you took steps to either block direct sunlight or pointed it away from the sun. Because this new type of solar cell could potentially operate around the clock, it is an intriguing option to balance the power grid over the day-night cycle. ** ..."

Kilde (paywalled):

Nighttime Photovoltaic Cells: Electrical Power Generation by Optically Coupling with Deep Space. Tristan Deppe Jeremy N. Munday. ACS Photonics 2020, 7, 1, 1-9.

Relaterede oplysninger:

13 October 2016, nature.com: Entropic and Near-Field Improvements of Thermoradiative Cells: Citat: “… By analyzing the entropy content of different spectral components of thermal radiation, we identify an approach to increase the efficiency of thermoradiative cells via spectrally selecting long-wavelength photons for radiative exchange. Furthermore, we predict that the near-field photon extraction by coupling photons generated from interband electronic transition to phonon polariton modes on the surface of a heat sink can increase the conversion efficiency as well as the power generation density, providing more opportunities to efficiently utilize terrestrial emission for clean energy. … If the radiative recombination rate is faster than the radiative generation rate, more photons will be emitted from the cell than it receives from the ambient, resulting in a negative open-circuit voltage condition where a quasi-Fermi level difference is established in the p-n junction (Fig. 1b). … To reject entropy to the environment, a thermoradiative cell relies on the out-going photons from thermal emission. The idea of using photons to reject heat of a heat engine is recently explored by Byrnes et al.18. aiming at using outer space as the heat sink, and a thermoradiative cell can be a candidate for this approach. …"

Den laver elektrisk energi via strålingsforskellen mellem forside og bagside:

Stanford School of Engineering. (2014, November 26). High-tech mirror beams heat away from buildings into space. ScienceDaily: Citat: "... "As a result of professor Fan's work, we can now [use radiative cooling], not only at night but counter-intuitively in the daytime as well." ... The first part of the coating's one-two punch radiates heat-bearing infrared light directly into space ... This multilayered coating also acts as a highly efficient mirror, preventing 97 percent of sunlight from striking the building and heating it up ... Together, the radiation and reflection make the photonic radiative cooler nearly 9 degrees Fahrenheit [5 °C] cooler than the surrounding air during the day. The multilayered material is just 1.8 microns thick, thinner than the thinnest aluminum foil. It is made of seven layers of silicon dioxide and hafnium oxide on top of a thin layer of silver. These layers are not a uniform thickness, but are instead engineered to create a new material. Its internal structure is tuned to radiate infrared rays at a frequency that lets them pass into space without warming the air near the building ..."

May. 23, 2019, sciencemag.org: This engineered wood radiates heat into space, potentially slashing cooling costs: Citat: "... If used on a building’s exterior, such as in siding and roofs, the material could drop a building’s temperature as much as 10°C and reduce cooling costs as much as 60%. ... But in the past 2 years, researchers have devised plastic films and paints that absorb heat and re-emit that energy at longer mid-IR wavelengths, which air doesn’t absorb. If emitted toward the sky, these photons pass unimpeded and dump their energy into deep space. But to use these materials in buildings, engineers need to laminate rooftop or siding materials with the plastics or apply the heat-emitting paints. ... The researchers hit upon a simple chemical procedure. They soaked basswood in a solution of hydrogen peroxide, which chops normally long lignin molecules into small fragments. The fragments diffuse out of the solution and can be washed away. The team then used a hot press, an industrial vise for making wood composites, to compress the remaining cellulose and hemicellulose components together. The result was an engineered wood with eight times the strength of natural wood. The new wood is more than just strong. Stripped of lignin, it turns white, reflecting virtually all incoming light. The new composite also absorbs heat from its surroundings and reradiates it as mid-IR light. That allows the material to cool surfaces to which it is attached by up to 10°C, the researchers report today in Science. The wood doesn’t radiate heat away quite as well as the plastic films. But it’s still cool to the touch, and could make a big difference, Hu says. ..."

-

LTD-stirlingmotorer kan laves, så de kan udvinde mekanisk energi fra en temperaturforskel 5°C og op (LTD = low temperature differential):

stirlingengine.co.uk: KS90_SOL_KIT: Citat: “… Stirling engines convert a small temperature difference into motion. As long as one plate is warmer (about 5°c) than the other then the engine will run. It doesn't matter which plate is warmer, as long as the other is cooler. If you reverse the temperature differential, and cool the plate that was warm, and warm the plate that was cool then the engine will run in reverse. The Stirling engine is named after its inventor, Rev. Robert Stirling, who patented his idea in 1816. …"

(Nogle sælges også via: https://www.gyroscope.com/StirlingEngines/ Brexit gør dem dog dyrere).

Køles den ene side via radiative cooling - og den anden side fx sættes på vandoverfladen af en sø (eller varmetilførsel fra en luftstrøm; fx vind), kan “gratis” mekanisk energi laves, som igen kan drive en elektrisk generator.

  • 0
  • 1

Glem alt om solceller i Sahara, anbring dem dog på Svalbard, henover Grønland, Canada og i Sibirien. Men det er jo rigtigt, at solceller er mere effektive i koldt vejr. En god salgstale.

  • 0
  • 3
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten