Solenergi i Norge endelig take off? NEF Oslo, 11.10.2017 Dr. Ing. Bjørn Thorud Bjorn.Thorud@Multiconsult.no
Agenda Bruksområder for solceller Solenergimarkedet internasjonalt og i Norge Solcelleteknologien Er det nok sol i Norge? Solkraft og bygg 2
Bruksområder for solceller 3
4
Worldwide PV Electricity Production Forecast PV share of total electricity produced in the year 2030 129% 37% 9% 2% Data: BP Statistical Review of World Energy; EPIA and McKinsey & Comp. Graph: PSE AG 2014
Solkraft blir billigere fortere 2016 ($/W) 100 197 10 1985 2003 2008 NEO 2016 26.5% learning rate 1 0,1 1 10 100 1 000 10 000 100 000 1 000 000 Cumulative capacity historic prices (Maycock) Chinese c-si module prices (BNEF) Source: Maycock, Bloomberg New Energy Finance NEO 2017 28% learning rate 201 5 2017 (est)
Markedsutvikling i Norge Kilde: Multiconsult / IEA PVPS Task 1 7
Akkumulert solcellekapasitet i Norge 8
Solcellen Solceller lages av halvledere Solceller består av pn-materiale Et foton lager et elektron-hull-par Elektronet går gjennom kretsen til baksiden av materialet Solceller lages av halvledere Elektronhullet klarer å komme seg Solceller over pn-kløften produserer til likestrøm den siden hvor det er overvekt av elektronhull Elektronet og elektronhullet rekombineres
Solcellens virkningsgrad- Si Solcellens virkningsgrad begrenses av: Fotoner med høyere energi enn båndgapet Fotoner med mindre energi enn båndgapet At ikke alle elektron-hullpar Materialegenskaper kan høstes - rekombinasjon Strålingen blir ikke absorbert - Reflekteres eller går igjennom cellen
Høyere virkningsgrad med flere pn-kløfter Sharp: 35,8 % Kilde: Phys.org
Høyere virkningsgrad med opp/nedkonvertering - I Kilde: http://www.intechopen.com/books/third-generation-photovoltaics/solar-spectrum-conversion-for-photovoltaics-using-nanoparticles
Høyere virkningsgrad med opp/nedkonvertering - II Kilde: http://www.intechopen.com/books/third-generation-photovoltaics/solar-spectrum-conversion-for-photovoltaics-using-nanoparticles
Høyere virkningsgrad med mellombåndgap Intermediate band gap (IBSC) Benytter samme prinsipp som i en multi-kløft (multi junction) solcelle, men i samme materiale Forskningen fokuserer på - Kvantedotter - «Hyperdoping» - Materialer med egnet struktur Kilder: PVCDROM / Peakbook.org 14
Dieselmotor 34-40 % Si står for 90% av markedet Bensinmotor 15-20 % Perovskitter er det nye hotte
Viktige BoS-Komponenter Vekselretter Montasjesystem - Bakke - Tak - Bygningsintegrert - Tracker Kabler - DC - AC Drifts- og Overvåkningssystem
Vekselretter og streng Flere moduler kobles i serie for å bygge spenning Modulene i en serie kalles en streng (string) Vekselretteren omgjør likestrøm (DC) til vekselstrøm (AC) DC AC
Strømkvalitet og forsyningssikkerhet Solcellemodul Batteri Vekselretter AC DC Kraftnett Reaktiv effektkompensering «Fault-Ride-Through» Forbedring av strømkvalitet Reduserte nett-tap Forlenget levetid for transformatorer Opprettholdelse av spenningsnivå Styring av utmatingseffekt Øydrift «Black Start Capabilities» Kilde: IEA PVPS Task 14 18
Hva er dette? Kilde: Ferroamp 19
Løsninger for flate tak 20
BIPV løsninger 21
Er det nok solenergi i Norge? 730 kwh/m 2 791 kwh/m 2 En m 2 i Norge mottar 700 900 kwh solenergi hvert år Ressursen er ujevnt fordelt Lokalt klima er viktigere enn breddegrad Spørsmålet er irrelevant: Spørsmålet er hvor mye det koster -og hva kunden er villig til å betale 871 kwh/m 2 762 kwh/m 2 976 kwh/m 2 Milano: 1 140 kwh/m 2
Det er 40% lavere produksjon på Svalbard enn på Antarktis men lønnsomt begge steder Longyearbyen: Mye skyer og tåke og lav produksjon Nedbetalingstid: 6-7 år Garantert levetid: 25 år Troll Stasjon: Høyere kraftproduksjon enn i Bayern Nedbetalingstid: 6-7 år Garantert levetid: 25 år
Spesielle utfordringer i Norge Generelt lavt kompetansenivå: - Konsulenter, byggenæring, energibransjen, eiendomsutviklere, offentlige myndigheter, osv - Veldig rask teknologisk utvikling og vanskelig å følge med - Mange myter Ganske umodent marked i Norge Lav eller ingen offentlig støtte i tillegg til lave kraftpriser IT- nett Mangel på norske regler og forskrifter - Men ny NEK400 kommer med forbedringer 24
Solkraft er en balansekunst (PBL vs Energiloven)
Energi Bygg Solkraft bygger bro mellom energi- og byggenæringen Kraftverk Solkraft BAPV / BIPV Lagring Smart Grid Smart Energy Management Off-grid 26
Reservoir level [%] GWh/day Nullenergibygg kan gi økt vannkraftproduksjon og reduserte nettkostnader Solceller i Norge er først og fremst knyttet til bygg Nullenergibygg med solceller vil føre til - Lavere forbruk om vinteren og bedre utnyttelse av kraftnettet - Noe økt vannkraftproduksjon (~0,5 %) Solkraft bidrar i «vårknipa» 100 80 60 40 20 0 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % 1 41 81 121 161 201 241 281 321 361 Day of the year Week 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 BAU - max BAU - avg BAU - min ZEB_HP - max ZEB_HP - avg ZEB_HP - min Kilde: Large scale introduction of Zero Energy Buildings in the Nordic Power System BAU ZEB_HP 27
Drivere i det Norske Solcellemarkedet - Næringsbygg Privat Initiativ BREEAM- NOR Offentlige Krav 0/+ Energibygg EPBD Energieffektivitet / ENØK Elsertifikater Energimerke (NVE) Powerhouse / ZEB 28
Definisjoner- Hva er Energieffektivt? Source: ZEB 29
Kundens begrunnelse for bruk av solceller Solceller gir forutsigbare energiutgifter - Kan sammenlignes med en forhåndsbetalt fastprisavtale på kraft med løpetid på 25 år Helt nødvendig for å oppnå null- og plusshusnivå eller BREEAM Excellent Signaliserer byggets kvalitet En viktig del av systemet for avbruddsfri kraft Solkraft er lønnsomt 30
Bygningsintegrerte solceller er et flerfunksjonelt materiale Takstein Fasade Kraftverk Powerhouse Brattørkaia, Illustrasjon: Snøhetta 31
Er bygningsintegrerte solceller dyrt eller billig? Takstein Fasade Kraftverk NOK/m 2 Alternative kostnader for byggemateriale NOK/kWh 32
Fasademonterte solceller passer godt til skoler Kraftproduksjon: - Mer på vinteren når kraftprisen er høy og behovet er stort - Mindre på sommeren når skolen er ubrukt Koster omtrent det samme som en teglsteinsfasade - i dag Brynseng Skole 33
Bygningsintegrasjon kan gjøres enkelt Foto: Solel 34
Forskjellige løsninger - eksempler Fasade Optimal vinkel Flat tak sør Flat tak øst/vest Orientering ( /syd) 0 0 0 90/-90 Vinkel ( ) 90 45 20 10 Spes. ytelse (kwh/kwp.år) 850 1090 940 840 Arealutnyttingsgrad (%) - ca. 100 50 80 Fasade Optimal vinkel Flatt tak sør Flatt tak øst/vest Samme installert effekt 35
W W Viktige vurderinger for bruk av solenergi Hvor stort er byggets energibehov? Hvordan passer solenergi med energisystemet i bygget og energiforbruk? Hvordan passer det med arkitekturen? Koordinering med elektro, VVS, brannrådgiver, arkitekt, Årlig 120 000,00 100 000,00 80 000,00 60 000,00 40 000,00 20 000,00-0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920212223 Time Average of PV Average of Sum Average of Netto 80 000,00 60 000,00 40 000,00 20 000,00 Sommer - 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time Average of PV Average of Sum Average of Netto 36
Forbruk vs. Produksjon Lønnsomhetskalkyle Redusert effekttariffer Besparelser Kraftsalg Elsertifikater Målt forbruk Systemsimulering (Ex: PVSyst) Netto lastprofil Beregnet forbruk (ex: IDA-ICE) Smart Energistyring Lagring (termisk / elektrisk
1 170 339 508 677 846 1015 1184 1353 1522 1691 1860 2029 2198 2367 2536 2705 2874 3043 3212 3381 3550 3719 3888 4057 4226 4395 4564 4733 4902 5071 5240 5409 5578 5747 5916 6085 6254 6423 6592 6761 6930 7099 7268 7437 7606 7775 7944 8113 8282 8451 8620 W Solceller i fasaden produserer mer kraft når det trengs Netto profil uten drift Juli 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0-50000 -100000-150000 Time
PV + Batteri + IT = Smartbygg Solceller (PV) Batterier IT / datakraft Foto: SMA 39
https://www.youtube.com/watch?v=oyypq8faezu 40
I vellykkede prosjekter involveres alle fag tidlig Transport VVS Klimautslipp Energirådgiver Arkitektur Økonomi Bundet energi Bygningsfysikk Energiproduksjon Dagslys 41
Organisering av innkjøp En byggeprosess kan ta lang tid og kostnadene for solceller synker hele tiden Det kan være lurt å vente med å kjøpe inn solcelleanlegget til Totalentreprenør er valgt - Tiltransportering av Solcelleentreprenør prises Byggherre styrer innkjøp av solcelleanlegg og anskaffelsen tiltransporteres totalentreprenør Samspillfase kjøres der grensesnitt er uklare eller teknisk løsning må tilpasses 42
Mange bruksområder fører til mangfold av forretningsmodeller Solar Power Plants PPA (Public / private) FiT Auctions Cloud based Residential Net metering / FiT Self consumption Leasing Community solar Commercial / Industrial PPA / FiT / Self Consumption Leasing (Roof or PV) Off-Grid Min-grid (prepaid) Leasing (Mines) Fuel Saver Crowdfunding Pico Systems Cash Leasing (mobile payments Crowdfunding 43
Forretningsmodellen til SolarCity / Tesla Most people PV look at us and say we re a solar installation company Systemer that does financing. Pakkeløsning El-bil? Look at our balance sheet, look at our cash flow statement. We own all these systems, and we are building an energy infrastructure. So it s not obvious to most that we are becoming an energy company. CEO Solar City, Lyndon Rive Enøk? Finans Smarthus?
Hva kjøper kunden? Solceller? Solstrøm? Grønn samvittighet? Et finansielt spareprodukt? Uavhengighet? Frihet? Kilde:teapartyorg.ning.com
Produkter fra Solar City Sparing E-mobility Finans Energilager PV Strøm Enøk PVsystemer 46
Ex: Sonnen Hjemmebatteri 2-16 kwh 1,5 3 kw Levetid > 10 000 sykler 10 års garanti «Smartbatteri» Pris: fra 5 474.- Hadde en hemmelighet 47
Ex: sonnencommunity..as a member you can share your self-produced energy with other members of the sonnencommunity. Since you are exclusively using renewable energy, there is no need for a conventional energy provider anymore. 48
Verdikjeden for små PV-systemer Komponentleverandør Grosist SunPower, Sonnen, Tesla(?) Kundekontakt Salg Design Bygging Drift Google, Solkart.no Fusen, Solcellespesialisten, Solel, etc Fusen Otovo, SunRun, SolarCity, etc 49
Solenergi er en døråpner til nye markeder for andre aktører -Hvor alle aktører ønsker at andre skal lykkes Det blir plass til mer solkraft i nettet Solkraft installeres Virtuelle kraftverk øker verdien av PV og energilager Smart energistyring øker lønnsomheten Batterier / Energilager øker egenforbruket og lønnsomheten 50
Bjørn Thorud Dr. Ing. Fagansvarlig Solenergi +47 48 18 12 66 Bjorn.thorud@ 51
Verdien av energilagring og smart styring Værvarsel Forecast Produksjon Forecast forbruk Energiproduksjon Kontrollsystem Energiforbruk Solkraft Oppvarming Vindkraft Kull/Diesel Elektrisk Lager Termisk Lager Elektrisk ikke fleksibelt Elektrisk fleksibelt 53