Sol och vind för småskalig elgenerering. Frank Fiedler Centrum för solenergiforskning SERC, Högskolan Dalarna ,

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Sol och vind för småskalig elgenerering. Frank Fiedler Centrum för solenergiforskning SERC, Högskolan Dalarna 023-778711, ffi@du.se, www.serc."

Ingeborg Håkansson
för 8 år sedan
Visningar:

1 Sol och vind för småskalig elgenerering Frank Fiedler Centrum för solenergiforskning SERC, Högskolan Dalarna ,

2 Innehåll Solinstrålning, vind Solceller, vindturbiner Solcellssystem! Fristående system! Nätanslutna system! Hybridsystem Marknad Ekonomi

3 Solinstrålning Instrålning horizontalt [kwh/m 2 ] Källa: European Comission PVGIS,

4 Solinstrålning Instrålning söder, 40 lutning [kwh/m 2 ] Källa: European Comission PVGIS,

5 Solinstrålning Instrålning söder, 90 lutning [kwh/m 2 ] Källa: European Comission PVGIS,

6 Årliga solinstrålning på Sveriges landyta är ~1000 gånger större som totala energianvändning ~2500 gånger större än totala elanvändning!

7 Solinstrålning Global Solar Radiation (W/m2) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Kiruna Lulea Umea Ostersund Borlange Karlstad Arlanda Norkoping Goteburg Visby Lund

8 Solinstrålning (Tyskland)

9 Vindpotential Today areas wind speed > 6,5 m/s at 70 m height are economically feasible (large WT) Good wind locations in Southern Sweden, coastal areas, Vännern, Vättern and in the mountains

10 Potential Monthly Average Wind Speed SMHI Weather Stations Wind Speed Average (m/s) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Lund Visby Göteborg Arlanda Nörköping Östersund Borlänge Karlstad Kiruna Luleå Umeå Vaxjö Time in Months

Jul Aug Sep Oct Nov Dec Lund Visby Göteborg Arlanda Nörköping

11 Potential Monthly average wind power and solar radiation [W/m2] Pwind =! Av 2 Solar radiation [W/m2] Wind power [W/m2] Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec 3 Wind power on a suitable location in Sweden can partially even out the low solar radiation during the cold seasons.

12 Solelteknik Solceller Soltermiska kraftverk Direkt- och diffusstrålning Direktstrålning

13 Solljus och solceller Källa: M. Ross, Photovoltaics in cold climates

14 Teknik - Celler 1:a generationen - Kiselceller 2:a generationen - Tunnfilm (mono- och multi-kristallin) (flera olika tekniker och material) Verkningsgrad ~12-20% Verkningsgrad ~5-12% Tjocklek µm Tjocklek ~1 µm Tunnfilmsmodul Ångström

olika tekniker och material) Verkningsgrad ~12-20%

15 Teknik - Celler 3:de generationen (under utveckling) Polymera, Nanokristallina, Fotoelektriska solceller Billiga material Billig tillverkning Än så länge: För låg verkningsgrad Ingen storskalig tillverkning Stabilitetsproblem

Billiga material Billig tillverkning Än så länge: För

16 Solar Electricity - Photovoltaic Source: NREL

17 Solcellsteknik Typically 36 cells in series for a 12 V system, each cell has a voltage of V Modules are available in a range between 5W and 300W Voltage (power) is temperature dependent!

6 V Modules are available in a range between 5W

18 Wind turbines

20 Source: P. Kühn, ISET

21 Source: P. Kühn, ISET

22 Commercial products Many manufacturers with variety of products. Unfortunately many unreliable products produced by unreliable companies Manufacturer curves often not measured under standard conditions -> select only products of established manufactures with good references and products tested according to the standards procedures

23 Example Bergey BWC XL.1 1 kw

24 Yield prognosis Difficult to give thumb rules 10min or at least 1 hour measured wind data are needed Wind turbine power curve tested derived using international test standard

25 Links: Market survay: Sun and Wind Energy , Small turbines with large potential, Page

26 Solcells- och hybridsystem Fristående system,! med batteri - överskottsenergi lagras,! utan batteri - energi förbrukas direkt Ofta långt från elnätet Nätanslutna system! Levererar el till elnätet! Växelriktning är nödvändig! Elnätet fungerar som batteri Hybridsystem! Kombination av olika generatorer! Fristående eller nätanslutna

27 Fristående system Självförsörjande system Fyrar Telekommunikation Parkeringsautomater Fritidshus Segelbåtar Gatubelysning Husvagnar Etc. Källa: Energibanken AB

28 Fristående system Rural electrification with Solar Home Systems (SHS)

29 Fristående system Source: Refocus (01/2004)

30 Components Charge Controller Why do we need a charge controller? To protect the battery from: 1. Overcharging (excessive gassing) 2. Deep-discharging Prolongs life time of the battery

31 Batteries Primary cells (non-rechargable) Secondary cell (rechargeable) Lead-acid Nickel-cadmium Nickel metal hydride Lithium-ion Redox flow PV applications Become interesting for PV

32 Solar street lights

33 PV Water Pumping! Drinking water supply! Livestock watering! Irrigation schemes! in rural areas without grid electricity! where there is adequate insolation (>5kWh/m2,day) One billion people are still without access to safe drinking water supply!

34 Professional Applications Solar powered buoys

35 Frisian Solar Challenge 2008

36 Solbåtstävling 2008 Results

37 Nätanslutna system Foto: Carl Michael Johannesson

38 Grid-connected PV systems What components do we need?

39 Source: DGS

40 PV System Types PV plant connected with three different topologies a) Central inverter b) String inverter c) Module integrated inverter Source: Refocus (01/2004)

41 Inverter categories by size Small: for home systems, 1-5 kw, transformer or transformerless, Max DC voltage V medium: for mid range systems up to 50 kw transformer or transformerless, Max DC voltage V Large: for PV power plants, kw, Max DC voltage 1000V Photos: SMA

42 Nätanslutna system Byggnadsintegrering Österängen, Kristianstad KTH, Stockholm, 2.8 kw Källa: Linus Palmblad, Energibanken AB

43 Nätanslutna system Stora system 5 MWp på tak anläggning Bürstadt, Tyskland Källa:

44 Nätanslutna system Stora system 10 MWp, världens tredje störste på land anläggning, Pocking, Tyskland bara världens 65 störste på land anläggning! Källa: Martin Butcher Projektentwicklungen

45 Nätanslutna solcellsystem i Dalarna Högskolan Dalarna Borlänge Byggår kw, GPV moduler Årsproduktion ~1900 kwh (594 kwh/kw) Räddningsstation Falun Byggår kw, GPV moduler (Beräknad) årsproduktion 110 MWh (733 kwh/kw)

46 Hybridsystem Large systems Source: Lopéz et al., Renewable Energy (2006)

47 Hybrid systems Small AC power supply system with DC coupled components Source: Refocus (01/2004)

48 PV-wind hybrid system HDa Wind turbine Pmax=1kW PV array Pmax=520W Battery bank=250ah!6kwh System voltage 24VDC 250 Monthly average wind power and solar radiation [W/m2] Solar radiation [W/m2] Wind power [W/m2] Jan Feb Mar Apr Maj Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec Monthly average wind power and solar radiation for Gothenburg/Sweden

49 120 Vind+sol = 825 kwh/år ( ) Energy [kwh] Jul 07 Aug 07 Sep 07 Oct 07 Nov 07 Dec 07 Jan 08 Feb 08 Mar 08 Apr 08 May 08 Jun 08 PV array Wind turbine Load Dump load Controller & battery losses

50 PV-Wind Hybrid System Design Wind and Solar as Complements $60,000 $50,000 $40,000 $30,000 Turbine No Turbine $20,000 $10,000 $0 Borlange Lund Goteburg Hybrid/PV-alone comparison for Borlänge, Lund, and Gothenburg

51 Drift, underhåll & installation Snö, smuts, skuggning Celler och paneler är ofta seriekopplad -> Skuggning, snö och smuts kan minska elproduktionen betydligt

52 Drift, underhåll & installation Observera också: Säkerhet (stöld och vandalism) Vindlast Bygglov Elektriska normer

53 Operation and Maintenance Säkerhet Theft protection Cleaning Growing threes

54 Marknad Annual market growths world In Germany more than 1% of electricity is produced with PV

55 Marknad - Sverige Source: IEA PVPS

56 Kostnadsutveckling solceller

57 Innehåll Bakgrund.... Källa: Solceller i byggnader

58 Framtid Prognos: Energibanken AB

59 Ekonomi Stödsystem Olika modeller Inmatningslag Reglerat pris Nettofakturering Nettopris Direkt subsidie Kapitalbidrag Trend sedan flera år: Inmatningslagar i många länder

60 Stöd för (nätanslutna) solcellsansläggningar i Sverige möjlighet att få stöd även för privatpersoner 60 % av kostnaden för projektering, material och installation av solceller (55% för företag) tak på kronor i stöd per installerad kilowatt och högst 2 miljoner kronor per anläggning. Slut 2011, sen? Mätning på timbasis, problem med överskottsel under sommaren om elnätbolag inte vill köpa elen

61 Mer information om småskalig solel och vindkraft Solceller i byggnader - nya möjligheter!,energimyndigheten 2005 Installationsguide nätanslutna solcellsanläggningar, Elforsk, SolEl Programmet El och värme från solen, Björn Andersson, Maria Brogren, Tomas Kåberger, IVA, 2004 El från solen-energi & industri i Sverige, Energimyndigheten, 2004 Solceller Från solljus till elektricitet, Martin Green, Svensk Byggtjänst, 2002 Aktiv solenergi i hus och stadsbyggnad, Marja Lundgren, Arkus, 2004 Installationsguide för småskalig vind- och solel, Elsäkerhetsverket

62 INFO Solel Solel Sverige: Solel International:

Relevanta dokument

Beräkningsmodell för optimering av solcellsanläggningar utifrån ekonomi och energianvändning

Solenergi i stadsplaneringen Malmö, 20 april 2012 Beräkningsmodell för optimering av solcellsanläggningar utifrån ekonomi och energianvändning Dr. Joakim Widén Built Environment Energy Systems Group (BEESG)