Bygningsintegrerte systemer med solpaneler og solcellemoduler

Transkript

1 Bygningsintegrerte systemer med solpaneler og solcellemoduler Grønn Byggallianse, Månedens tema Energiforsyninger som gir passivhusnivå Bjørn Thorud Multiconsult 1

2 «Solenergi har floppet» - Boblen er i ferd med å sprekke Finanskrise, overkapasitet og konkurranse fra Kina har gjort solenergi ulønnsomt for Norge REC Wafer Norway er konkurs Kilde: Oslo Børs «Hagen sier at nå skal REC selges» (Hegnar Online) «REC er Orklas Solmareritt» (E24) Avkastningen på REC-aksen det siste året er -78 %.

3 Dot-com-bobla sprakk i Men er ITbransjen død?

4 Agenda Solen som energikilde Teknologi for høsting av solenergi Solfanger Solceller Arkitektur form følger miljø Hva, hvor og hvor mye? Rammebetingelser i Norge Oppsummering

5 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 minst like stor innflytelse som breddegrad

6 Teknologi for høsting av solenergi

7 Solfanger virkemåte (Radiator på taket) Kilde: Wikipedia Commons

8 Solfangersystemet

9 Høyere temperatur er oppnåelig med konsentrert solenergi Konsentrert solenergi kan gi enda høyere temperaturer Godt egnet til industri Meierier, slakterier, osv Fjernvarme Absolicon leverer også systemer som kan kombineres med solceller Foto: Absolicon

10 Bruksområder for Solfangere Der det er bruk for varme i sommerhalvåret Steder med stort varmtvannsforbruk Steder med lang fyringssesong Utnyttelsesgraden øker dersom varmtvann ved lav temperatur kan benyttes Hoteller Campingplasser Badeanlegg Sykehjem Sykehus Storkjøkken Idrettshaller Boliger

11 Riktig dimensjonering er avgjørende for god økonomi Ubrukt varme har ingen verdi Sørg for at anlegget dimensjoneres slik at produksjonen sjelden overstiger forbruket Bruk simuleringsverktøy Eventuell leveranse til fjernvarme er bare aktuelt når: FV-selskapet tillater det Levert temperatur tilsvarer temperaturen i nettet Eksempel: Skadberg Skole (Simulering m/t*sol)

12 Solceller I en solcelle blir energien i lys omgjort til elektrisk strøm. Flere celler kobles sammen i en modul for å gi et håndterlig format Cellene i modulen seriekobles for å gi høyere spenning C-Si: V TF: V Modulene består ellers av glass, ramme, plastikk og ramme C-Si TF (CIGS)

13 Solceller - Systemoppbygging Solceller lager likestrøm, akkurat som et batteri Flere moduler seriekobles for å få høyere spenning (Max 1000V) (På samme måte som flere batterier ofte kobles i serie i for eksempel en lekebil) En serie med moduler kalles en streng En vekselretter omgjør likestrøm til vekselstrøm DC AC

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

15 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 Foto: Nordic Solar

16 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

17 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

18 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

19 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

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

21 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 nette ved feil på nettet eller anlegget Kan overvåke produksjonen Kilde: SMA Solar Academy

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

23 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 året Alltid rett mot sør Avhengig av breddegrad og lokalt vær 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 -5,0 % -10,0 % -15,0 % -20,0 % -25,0 % 26 = - 3,7 % 20 = - 6,4 %

24 Systemdesign - Simuleringer med PVSyst

25 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 (PR)

26 kwh/kwp Det er kun 5 10% mindre sol 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

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) Illustrasjon: Snøhetta

29 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

30 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

31 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

32 Eksempler på BIPV - IV The Solar Ark Ligger i Gifu, Japan Basert på standardmoduler fra Sanyo, c-si (Ikke salgbare moduler pga skjønnhetsfeil, og lignende) Bygget som luftet kledning Installert effekt: 630 kwp

33 Hva, Hvor og Hvor Mye? (-koster det ) Kilde: Wikipedia Commons

34 Solcelleindustrien har vist en imponerende evne til vekst og kostnadsreduksjon $25,00 $20,00 Modulkostnader [US$/Wp] $ Årlig installert effekt globalt [GWp] 27 $15, ,2 $10,00 15 $5,00 $- $ 0, ,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 Kostnadsbildet for BIPV kan sees på 3 måter Solcellesystemer prises gjerne i /kwp Dette gir et godt sammenligningsgrunnlag mellom forskjellige anlegg internasjonalt 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

36 IRR [%] Kostnadene for solceller er 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 (Fasade i Oslo) IRR-beregningene er basert på Enovas kalkulator 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

37 Rammebetingelser Kilde. Regjeringen.no

38 Rammebetingelser i Norge Det er ingen direkte støtte til solceller Solfangere støttes av Enova for privatkunder 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

39 Rammebetingelser - Solceller 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 tilknyttningsbetingelsser Plusshus (kraft) vil måtte søke om konsesjon Avgiftsfritak for anlegg med mindre generator enn 100 kva Ingen konsesjon på anlegg under 1000 V Kilde: Kjell Eikland

40 Kurs i Solkraft september Glava Energy Center Solen som energiressurs Solceller og solcellemoduler - oppbygging og virkemåte Systemkomponenter Systemdesign Simuleringsverktøy Besøk på SweModule Rundtur i Solparken

41 Spørsmål? Bjørn Thorud Multiconsult Tlf: Kilde: SolarWings

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

43 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

44 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

45 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: 1,15 MWp Illustration: Snøhetta