Energiproduksjon med solceller i Norge. Øystein Holm Termisk Energi Multiconsult

Transkript

1 Energiproduksjon med solceller i Norge Øystein Holm Termisk Energi Multiconsult 1

2 Agenda Solen som energikilde Fotovoltaisk solteknologi Solceller ( strøm) Utnyttelsesgrad og kostnader Termisk solenergi (hvis tid) Solfanger ( varme) Utnyttelsesgrad og kostnader

3 Solenergi er ikke nytt i Norge Flere tiår med solenergiteknologi under norske værforhold Solvarme Bygget i 1977 av John Rekstad med nettoproduksjon kwh pr.år. Totalt installert solfangere: 10,7 MW th Solstrøm Solceller på hytter og fyrlykter langs norskekysten installert fra 80-tallet. Totalt installert solceller: 8,7 MW p

4 Solen som energiressurs - fornybar, forutsigbar, gratis, kan dekke alle våre energibehov

5 Solen - Energi ferdig distribuert over hele kloden Solinnstråling på jorda Verdens største solkraftmarked - I dag Ca 45 min solskinn tilsvarer hele verdens årlige energiforbruk

6 Potensialet i solens energi - et tankeeksperiment Mår vannkraftverk: 180 MW / 995 GWh/år. Samler regn fra et nedslagsfelt på 770 km 2 Solcelleareal = ¼ av nedslagsfeltet Effekt = 30 GW p Energi= 24 TWh/år Det må regne 24 ganger mer hvis vannkraftverket skal produsere like mye strøm som solceller i nedslagsfeltet.

7 Ressurstilgangen varierer pr døgn og over året

8 kwh/kwp Produksjonen er kun 5 10% lavere i Sverige enn i Bayern 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 Pfeff 2010 GEC 2010 Pfeff 2011 GEC2011 Kilde: Scatec solar Kilde: Glava Energy Center 40,0 20,0 - Jan Feb Mar Apr May June July Aug Sept Oct Nov Dec

9 Klimastatistikk Klimastatistikk er grunnleggende for produksjonsanalyse av fornybar energi For solenergi er følgende faktorer viktige Innstrålt solenergi [kwh/m2] Lufttemperatur [ C] Vindhastighet [m/s] Lokalt vær har stor innflytelse

10 Aktuelle flater for høsting av solenergi Sør-vendt orientering Tak og vegger Unngå skygge

11 Solens energi Nøkkeltall: Maks. effekt på ca 1000 W/m 2 (Solkonstanten=1367 W/m2 utenfor atmosfæren) Årlig innstråling fra 700 kwh/m 2 til 1100 kwh/m 2 Innretting mot solen avgjørende Diffus ( nordveggen ) Sørvendt optimal helning ( solveggen ) Følge solens gang ( tracker )

12 Teknologi for høsting av solenergi 2 hovedtyper av solenergiteknologier: Solvarme = strålingen konverteres til varme Solstrøm = strålingen konverteres til elektrisitet (Solceller kalles ofte PV fra eng. Photovoltaic)

13 Behov og utnyttelsesmuligheter i endring Godt isolerte hus har kortere fyringssesong mindre nytte av passiv solenergi om våren/høsten. Passivhus trenger aktive systemer for å utnytte solenergi til: Varmtvannsberedning Strømproduksjon (PV)

14 Solceller (PV = PhotoVoltaics) I en solcelle blir energien i lys omgjort til elektrisk strøm. Cellene seriekobles for å gi høyere spenning V (c-si) Solcelle-modul Håndterlig format Typisk ca. 1m x 1,6 m (c-si) Alu-ramme for BAPV og kraftverk Spesielle rammer for BIPV PV kan fungere som takstein eller erstatter annet fasademateriale. C-Si

15 Modulytelsen avhengig av innstråling og temperatur Innstrålingen påvirker strømproduksjonen Temperaturen påvirker spenningen

16 Solceller - Systemoppbygging Solceller leverer likestrøm (DC), akkurat som et batteri. Flere moduler seriekobles for å få høyere spenning (Typisk til max 1000V). En serie med moduler kalles en streng. En vekselretter omgjør likestrøm til vekselstrøm (AC) og koples til strømnettet. DC AC

17 Ettermonterte solceller utgjør størstedelen av det Europeiske markedet Foto: Nordic Solar Foto: Neuenhauser GmbH

18 Modulmontering- Flate Tak De fleste løsningene for flate tak legges løst på taket (skrus ikke fast) Systemene holdes på plass av: Ballast Lim Aerodynamisk design Kombinasjoner av ovenfor nevnte løsninger Ofte vil statikk og vindberegninger avgjøre systemdesign SunPower T10 SolarStep light Neuenhauser RenuSol Console

19 Modulmontering - Skråtak De fleste systemer for modulmontering på skråtak består av et ramme- eller skinne-system for festing av modulene Skinnene festes til takets underkonstruksjon Kilde: Ideematec Kilde: Donauer

20 Modulene kan oppfylle en bygningsteknisk funksjon (BIPV) Dersom modulene oppfyller en bygningsteknisk funksjon, dvs at de integreres i bygningskroppen kalles det BIPV Integrering i tak eller fasade er mest vanlig Foto: Gaia Solar Foto: 3S Photovoltaics Solskjerming er et annet alternativ, men med lavere ytelse

21 BIPV - Skråtak Ved bygningsintegrasjon i skråtak legges modulene ofte som takstein Underkonstruksjonen er den samme som for takstein, men med litt andre dimensjoner Solcellemodulene bør være luftet i bakkant Kabler legges på undersiden av modulene Kilde: Schweizer

22 System = Module + BOS

23 Vekselretter Microinverter Utmerket MPPtracking God virkningsgrad Vanskelig vedlikehold i BIPV Strenginverter God MPP-tracking Svært god virkningsgrad Monteres inne i bygget for enkelt vedlikehold Sentralinverter Dårligere MPPtracking for ulik moduloppstilling Svært god virkningsgrad Enkelt vedlikehold

24 Vekselretterens Funksjon Vekselretterens hovedfunksjon er omforming av likestrøm til vekselstrøm Nettspenning og frekvens justeres etter nettet Produksjonen maksimeres med av en MPP-Tracker Kobler seg av nettet ved feil på nettet eller anlegget Kan overvåke produksjonen Kilde: SMA Solar Academy

25 Drift og Overvåkning av Solcelleanlegg Overvåkning gjøres mulig ved Kilde: SMA Sunny Portal at vekselretteren kobles til internett Anlegget fjernovervåkes via en nettleser Alarmer ved feil på anlegg eller nett sendes automatisk med e- post eller SMS Svært lave driftsutgifter

26 Systemdesign - Simuleringer med PVSyst

27 Tilbakebetalingstiden for energi er på ca. 1 år - levetiden er på år (garanti) Tilbakebetalingstiden for energi er ca. 1 år for hele systemet (Spania) Norge: ca. 1.8 år Utslipp av CO 2 ekvivalenter tilsvarer ca. 20 g/kwh Norge: ca. 35 g/kwh Gasskraft: ca. 400 g/kwh Kilde: REC Reducing Energy Payback Time

28 «Form Følger Miljø» (Snøhetta)

29 Solar Power Pre design Client: Powerhouse alliance (Snøhetta, Entra, Zero, Skanska, Hydro) Motivation: Powerhouse Alliance Date: 2012 Assisting the project group in designing a building able to produce more power than it consumes PV yield computations, technical solutions Estimated max. capacity: 1,27 MWp Illustration: Snøhetta

30 Solar Power Pre design Client: Säffle Kommun, Sweden Motivation: Local Power Production Date: 2012 Assessment of solar resources and 3 different project proposals 1 roof-top, 1 small + 1 large ground mounted PV yield computations, technical solutions Estimated max. capacity: 100KWp, 230 KWp, 1 MWp

31 Oceania Kulturhus i Os Installert effekt: 63,5 kw p Forventet produksjon: 42 MWh/år Tilsv. 20% av totalt el-behov Byggherre: Os Kommune Design: Grieg Arkitekter Installasjon: Getek

32 Hva koster det? Kilde: Wikipedia Commons

33 Kostnadsbildet for solceller kan sees på 3 måter Solcellesystemer prises gjerne i /kwp Dette gir et godt sammenligningsgrunnlag mellom forskjellige typer solceller For byggebransjen er det vanlig å beregne kostnader pr m 2 Virkningsgraden til solcellemodulen vil derfor få innflytelse på kostnaden når den regnes om til m 2 -pris NOK/kWp NOK/m 2 Kostnadstall for innkjøp og sammenligning av systemer Vurdering i forhold til andre bygningsmaterialer evt merkost En modul med høy virkningsgrad vil få en høy pris gitt i /m 2, men den vil også produsere flere kwh NOK/kWh Beregnes ut i fra merkost i forhold til alt. Materialer Sammenlignes med andre energikilder

34 Solcelleindustrien har vist en imponerende evne til vekst og kostnadsreduksjon kr140,00 kr120,00 kr100,00 Modulkostnader [NOK/Wp] 126 kr Årlig installert effekt globalt [GWp] 27 kr80, ,2 kr60,00 kr40,00 kr20,00 kr- 4,2 kr ,4 1,7 2,8 6 7, Kostnadene har gått ned med 97 % siden 1980! Global produksjonskapasitet er anslått til ca 50 GWp/år

35 Solceller lønnsomt uten støtte i stadig flere land Danmark Norge

36 Ytterligere prisfall gjennom 2012 DANMARK BREMSER SOLCELLE-BOOMEN 14. januar 2013 Målet for elproduksjonen er nådd, åtte år tidligere enn hva som var tenkt. Bare på ett år har antallet megawatt solceller økt fra 18 MW till 220 MW. Jan 13: 0.65 $/Wp = 0.50 /Wp = 3.6 NOK/Wp - En av årsakene til at regjeringen vil dempe markedet og gjøre det mindre lønnsomt å produsere elen, er at staten taper skattepenger.. - Martin Lidegaard, Danmarks energiminister, regner likevel med at investeringene i solceller vil øke, og han tror at effekten i år 2020 vil være 1000 MW.

37 Prisutvikling systemer 1.4 /Wp = 10 NOK/Wp = 1563 NOK/m /Wp = 16 NOK/Wp = 2574 NOK/m 2 Spesifikk produksjon: 700 kwh/kwp gir: kr/kwh (1 års prod)

38 IRR [%] Kostnadene for solceller er blitt akseptable i det norske markedet og de forventes å bli ytterligere redusert NOK/m Kobber (kostbar) Skifer BIPV-Systemer Glass (kostbar) IRR for merkostnaden ved å investere i solceller sammenlignet med andre byggematerialer (Vertikal fasade, Oslo-klima, Enova s kalkulator, 25 år øk.levetid) 45% 40% 35% IRR vs. ekstra kostnader - fasader Skifer Kobber (billig) Sink / Tegl Glass (billig) Stålkasetter betong 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% -5% Glass (kostbar) Kobber (billig) Sink / Tegl NOK/m2

39 Solceller på Ringerike? Flate tak på industribygg Eggemoen? Flatt tak 1350 m 2 Solceller 710 m 2 (420 stk REC245PE) Effekt 100 kw Produksjon 90 MWh/år (67 kwh/m 2 flatt tak) Systempris 20 kr/wp (okt-12) Rente 4% Økonomisk levetid 20 år Tronrud: 6600 m 2 tak Potensial: 0.5 MW p og 445 MWh/år

40 Solceller på taket for å kjøre elektrisk? Elbilens strømforbruk fra nettet: 3500 kwh/år PV strømproduksjon tilført nettet: 700 kwh/kw p / 110 kwh/m 2 solceller Trenger 32 m 2 PV-areal 5kW p = 20 moduler á 250 W p

41 Oppsummering Det er gode utsikter for vekst i solcellemarkedet Solceller blir billigere og bedre Solceller er godt egnet til lokal energiproduksjon i og på bygg Kostnaden er sammenlignbar med andre bygningselementer Det er nok sol i Norge Vi trenger gode og forutsigbare rammebetingelser for solceller i Norge Foto: Gaia Solar

42 Spørsmål? Øystein Holm Multiconsult Tlf: Kilde: SolarWings

43

44 Solenergi i Multiconsult Solenergi i Multiconsult omfatter både elektriske og termiske systemer Vi tar anlegg fra A til kwh

45 Solfanger Flat plate 100% 50-80%

46 Solfanger - vakumrør

47 Solvarmesystem Et Solvarmesystem består av: Solfangere Varmelager Pumpe m. styring Ulike systemløsninger (som sikres mot frost og koking på ulike måter): Ikke-trykksatt selvdreneringssystem Trykksatt system med frostvæske Solvarme gir et bidrag, og må kombineres med annen energitilførsel, og krever varmedistribusjon ved lav temperatur.

48 Behov og utnyttelsesmuligheter i endring Godt isolerte hus har kortere fyringssesong mindre nytte av passiv solenergi om våren/høsten. Passivhus trenger aktive systemer for å utnytte solenergi til: Varmtvannsberedning Strømproduksjon (PV)

49 Bruksområder for Solfangere Der det er bruk for varme i sommerhalvåret Kunder med stort varmtvannsforbruk Steder med lang fyringssesong Utnyttelsesgraden øker dersom varme ved lav temperatur kan benyttes Vannbåren varme (eventuelt luftbåren varme) Hoteller Campingplasser Badeanlegg Sykehjem Sykehus Storkjøkken Idrettshaller Boliger

50 Riktig dimensjonering er avgjørende for god økonomi Optimal dimensjonering av solfanger og varmelager tilpasset forbruksprofilen. Høy andel solenergi er ikke nødvendigvis økonomisk optimalt. Ubrukt varme har ingen verdi. Bruk simuleringsverktøy! Soldekningsgrad = solbidrag / totalt energiforbruk Skadberg skole-eksempel = 4331 / = 22,3% Eksempel: Skadberg Skole (Simulering m/t*sol)

51 Tilpasning eller integrasjon? Vellykket utforming er avhengig av tidlig planlegging med tanke på solenergi. BREEAM krever tidligfase utredninger, fremmer vurdering og bruk av solenergi. Flat-plate solfangere og PV-moduler kan erstatte andre fasadematerialer. Investeringskostnaden må reduseres med kostnaden for materialet den erstatter ved lønnsomhetsberegning. Solfangere eller PV-moduler kan tilføre bygget flere kvaliteter: Estetisk element Skygge / pergola Regn- / snøskydd (Miljøprofil)

52 Flat plate solfangere kan integreres og erstatte annen tak- eller fasadekledning

53 Vacuumrør-solfangere mer utfordrende å få tilpasset bygget på en estetisk tilfredsstillende måte

54 Nøkkeltall - Solvarme Dekningsgrader 50 % av energibehovet for tappevann 10-30% av varmebehov Energiproduksjon Årsutbytte: kwh/m 2 avhengig av solfangerteknologi, samt systemtap, sted og klima. Kostnad Typisk systempris: kr/m 2 solfangerareal 3000/300 gir 10 kr/kwh (1 års prod)

55 Ekstra slides

56

57 Modulene kan Monteres Utenpå Bygningskroppen (BAPV) Moduler montert utenpå bygningskroppen kalles BAPV. Dette er den mest vanlige metoden i dag. Det finnes løsninger for alle typer tak De fleste systemene kan monteres uten penetrering av takmembranen.

58 Eksempler på BIPV - I Monte Rosa Hütte, Sveits Tilhører SAC (Sweizerische Alpen Club) 90% selvforsynt med energi (inkluderer solfangere utenfor bildet) Modul: 3S Megaslate (Skreddersøm) Montasjesystem: Wicona

59 Eksempler på BIPV - II World Games Stadion, Taiwan Designet av Toyo Ito Inspirert av elveløp (men noen mener at det er en buktende drage) BIPV tak bestående av moduler Spesialdesignet tak og montasjesystem Installert effekt: ca 1 MWp Produserer ca 1,14 GWh/år

60 Eksempler på BIPV - III Berliner Hauptbahnhof Semitransparente glass/glass moduler basert på c-si 38% transparens Levert av Optisol Installert effekt: 190 kwp Årlig energiproduksjon: 160 MWh

61 Solar Power - installation Client: Agder Energi Date: 2011 Project management Construction management Test and research plant at the roof of Agder Energy s HQ 45 kwp

62 Solar Power Client: KLP (Fornebu Senter) Motivation: BREEAM - NOR Date: 2012 Specification of PV installations for the bidding process One BAPV on the flat roof of the shopping mall One BIPV facade Total capacity: ~150 kwp

63 Det finnes mange typer solceller

64 Unngå skygge! MPP-tracking realiseres normalt ved overvåkning av gradienten til kurven (di/dv) Redusert ytelse for ulike moduler kan medføre drift ved et lokalt maksimum. Delvis skygge vil redusere ytelsen betydelig og bør unngås.

65 Solceller - Systemer Flere strenger kobles i parallell til en vekselretter Større anlegg har flere strenger Strengmonitor Tav le DC AC DC AC

66 Systemdesign - Simuleringer er et viktig designverktøy Systemberegningene tar utgangspunkt i: Klimadata Systemteknologi Systemdesign Systemberegningene gir svar på: Gjennomsnittlig årlig kraftproduksjon Systemtap Hvor godt systemet er designet og passer til formålet.

67 Systemdesign - Optimalisering av Modulvinkel Innstrålingstap i forhold til optimal modulvinkel for Trondheim 0,0 % Optimal vinkel for solcellemodulen er den vinkelen hvor solcellemodulen mottar mest solinnstråling gjennom hele året. Normalt rettes modulene direkte mot sør. Helningsvinkel avhengig av breddegrad. Optimal modulvinkel i Trondheim er 45. På grunn av lav sol vil en flat modul (0 ) motta 20 % mindre solinnstråling enn en modul med 45 vinkel. Lokale værforhold viktig å ta hensyn til. -5,0 % -10,0 % -15,0 % -20,0 % -25,0 % 26 = - 3,7 % 20 = - 6,4 %

68 Regulatoriske rammebetingelser - Fortsatt en stor barriere - må bli enklere! Plusskundeordningen åpner for at forbrukere kan levere kraft inn på nettet, men forutsetter netto forbruk gjennom året Ordningen er frivillig for leverandør og netteier Lokal netteier bestemmer tilknytningsbetingelser Plusshus (kraft) vil måtte søke om konsesjon Fritak for innmatnings/ omsetningsavgift/tariff for anlegg med mindre generator enn 100 kva Ikke konsesjonspliktig under 1000 V Kilde: Kjell Eikland (anleggskonsesjon, NVE)

69 Økonomiske rammebetingelser Det er ingen direkte støtte til solceller Solfangere støttes av Enova for privatkunder (maks ,-). Solceller og Solfangere kan støttes indirekte gjennom Enovas byggprogram, dvs der hvor solenergi er en del av nødvendige tiltak Oslo Kommune støtter både solfangere og solceller