Solceller för kyrkan. Guide för solelsproduktion

Transkript

1 1 Solceller för kyrkan Guide för solelsproduktion SOLCELLER FÖR KYRKAN

2 SOLCELLER FÖR KYRKAN 2

3 3 SOLCELLER FÖR KYRKAN Solceller för kyrkan Guide för solcellsproduktion Broschyren är framtagen genom programmet Etik & Energi och projektet Solcellskollen. Syftet med guiden är att informera om var solcellstekniken står idag, hur den kan användas inom kyrkans fastigheter, samt inspirera/visa hur ni som fastighetsägare kan gå vidare för att producera el från solen. Bilder på framsidan visar exempel på hur det kan se ut med solceller på olika typer av byggnader. Alla bilder i broschyren är tagna av Hugo Franzén där inget annat framgår. Projektledare för Solcellskollen och Solcellsguiden har varit Ronnie Hollsten, Hifab AB. Huvudförfattare till Solceller för kyrkan har varit Hugo Franzén, Franzén Energiteknik AB. Layout har gjorts av Maria Falegård, Smart Design & Illustration AB. Projektet har finansierats av Energimyndigheten. Göteborg

4 SOLCELLER FÖR KYRKAN 4 Dagens energisystem är en stor bidragande orsak till flera av dagens allvarliga miljöproblem. Det handlar framför allt om användningen av fossila bränslen som kol, olja och naturgas då de bidrar till utsläpp av koldioxid som i sin tur bidrar till växthuseffekten. Enligt FN:s klimatforskare så kommer ett kraftigt förändrat klimat att begränsa våra möjligheter att leva ett gott liv och ytterst hotar det vår fortsatta existens på jorden. Hållbar utveckling och solel En väg för att vi ska få ett mer socialt, ekonomiskt och ekologiskt hållbart energisystem är att övergå till ett energisystem som framför allt baseras på solenergi, en Solekonomi, se bild 1. Detta innebär ett energisystem baserat på förnybar energi som bioenergi, vindkraft, vattenkraft, vågkraft samt solvärme och solel. En annan mycket viktig del för att minska energisystemets klimatpåverkan är att minska energianvändningen. Energieffektivisering, behovsanpassning och utnyttjandet av smart teknik kommer därför att bli viktiga delar. Kraftindustrin, miljörörelsen, miljöforskare och politiker med flera är i princip överens om denna framtidsbild. När det gäller solel som är en viktig del av den framtida Solekonomin så har Tyskland under många år fungerat som motorn i utvecklingen av den moderna solcellstekniken. Tyska statens har i samverkan med branschen utformat olika typer av styrmedel som legat till grund för den snabba utvecklingen. På liknande sätt har många andra länder följt efter och utvecklingen går i dag snabbt. Solcellsproduktionen i världen ökar. Mellan åren 1999 fram till 2013 så har den årliga ökningen legat på cirka 40 %, vilket i sin tur har banat väg för: Sänkta produktionskostnader. Som exempel så har kostnaderna för nyckelfärdiga takmonterade solcellssystem i Sverige sjunkit med cirka 60 % sedan Bild 1. Mot en solekonomi. Källa Fortum AB Ytterligare teknikutveckling. Bland annat finns det idag solcellsteknik som får flera funktioner. Det kan vara solceller som samtidigt utgör tak- eller fasadmaterial, så kallade byggnadsintegrerade solceller. På samma sätt finns det solceller som fungerar som balkongräcke, solskydd eller bullerskydd. Grid Parity i flera länder. Grid Parity innebär att kostnaderna för att investera i solel till den egna fastigheten är lika med eller lägre än kostnaden för att köpa el från nätet. När det gäller solcellsanläggningar för elproduktion är det en hållbar teknik som redan är kommersiell och etablerad, även om det är först nu som intresset och användningen på allvar börjar att ta fart i Sverige.

5 5 SOLCELLER FÖR KYRKAN Solel - så funkar det Solceller är uppbyggda av en tunn skiva eller en film av ett halvledarmaterial. När solen lyser på solcellen uppstår en spänning mellan framsidan och baksidan. Det finns i dag ett antal olika typer, vilka har olika för- och nackdelar när det gäller verkningsgrad, miljöpåverkan och ekonomi. De vanligaste solcellerna i dag är uppbyggda av kisel. En solcellsmodul är uppbyggd av ett antal solceller och en typisk modul beskrivs nedan: 60 st solceller. Cellerna är elektriskt ihopkopplade och inkapslade mellan två laminat av glas eller plast. De laminerade cellerna är monterade i en aluminiumprofil. Exempel på mått, längd 1642, bredd 992 och tjocklek 40 (mm). Vikt 19 kg. Maximal effekt 250 W (154 W/m 2 ). Färdiga anslutningskontakter för snabb elinstallation. Bild 2. Solcellsmoduler Flera moduler kopplas samman till önskad systemstorlek och effekt, se bild 2. Beroende på placering och typ av montage används olika monteringssystem. Monteringssystemen är till stor del standardiserade och finns för de flesta underlagen, se bild 3. På bilden syns ett vanligt system för montering ovan ett papptak. Bild 3. Monteringssystem för tak med papp En viktig komponent i ett solcellssystem är växelriktaren, se bild 4. Det finns en rad olika typer, från små mikroväxelriktare som är monterade på varje modul, ofta använda i mindre solcellssystem, till 3-fas strängväxelriktare som är vanliga i lite större system. För riktigt stora solcellsanläggningar finns det ytterligare ett antal typer. Bild 4. Växelriktare och display

6 SOLCELLER FÖR KYRKAN 6 Växelriktarens huvuduppgift är att omvandla solcellernas likspänning till växelström, men den har oftast fler funktioner som: Säkerhet. Den ser till att solcellsanläggningen kopplas bort om nätet blir strömlöst. Driftoptimering. Växelriktaren ser till att solcellerna arbetar med en kombination av ström och spänning där max effekt erhålls. Hantering. Vid behov kan den hantera flera modulgrupper i olika orienteringar samt med olika skugg förhållanden. Uppföljning. Det ingår mätning och loggning av elproduktionen som oftast visas direkt på en display på växelriktaren, se bild 4. De flesta har även olika typer av webblösningar som gör att information kan överföras till en dator och till speciella hemsidor där solcellsproduktionen publiceras. Växelriktare väljs och dimensioneras individuellt utefter solcellsanläggningens storlek och speciella förutsättningar. Solcellen utnyttjar inte bara den direkta solinstrålningen utan den kan även utnyttja det diffusa ljuset som finns under dagar när det är mulet och kanske till och med regnar lite, se bild 6. Det diffusa ljuset innehåller inte lika mycket energi som det direkta, men på årsbasis så kommer bidragen till elproduktionen att vara ungefär lika stora som från det direkta ljuset. Det är denna egenskap som gör att det kan vara lönsamt att producera egen el med hjälp av solen i Sverige. Solcellsmoduler Bild 5. Principskiss solcellssystem. En solcellsanläggning, se bild 5, är i grunden enkel: I solcellerna (1) omvandlas solens ljus till likspänning. I växelriktaren (2) omvandlas likspänningen till växelspänning. Växelriktaren är kopplad till byggandens elcentral (3) som fördelar ut elen till byggnadens elapparater (4). Om det är överskott av solel levereras det automatiskt ut på nätet via byggandens elmätare (5). Elmätaren registrerar köpt och såld el. Växelriktare Husets elcentral Elförbrukare Elmätare Direkt och diffus strålning Molnigt Solsken Solinstrålning under ett år, globalstrålning = ca 50% direkt strålning och ca 50% diffus strålning. Mestadels di us strålning Mestadels direkt strålning 0 [W/m 2 ] Solinstrålning under ett år, globalstrålning = ca 50% direkt strålning och ca 50% diffus strålning

7 7 SOLCELLER FÖR KYRKAN Användning av solceller Solceller och solcellssystem finns i dag för ett stort antal användningsområden och de brukar delas i nätanslutna och självförsörjande system. Självförsörjande solcellssystem används där det saknas elnät eller där en anslutning till elnätet ger höga kostnader i förhållande till elbehovet. Det kan exempelvis vara solcellssystem för fritidsbruk och till olika konsumentprodukter, som datorer. Andra exempel är el till telekommunikationsenheter, parkeringsautomater och el till belysning av busskurer. Ett viktigt och stort användningsområde är elektrifiering av landsbygd i utvecklingsländer. Då kombineras ofta solcellsanläggningen med dieseldrivna elgeneratorer och batteri. Nätanslutna solcellssystem kan man skiljas mellan stora centraliserade system och decentraliserade system. De stora centraliserade systemen kan jämföras med traditionell elproduktion. De decentraliserade systemen är mer avsedda att producera el för den egna verksamhetens behov, det är denna typ som dominerar i dag. Bild 7. Fristående solcellsanläggning på tak Decentraliserade systemen kan delas upp i fristående solcellssystem, byggnadsintegrerade och byggnadsadderade system. De fristående systemen är oftast monterade på markstativ och placerade med optimal lutning, mot söder i långa rader. På liknande sätt kan stora platta eller låglutande industritak utnyttjas, se bild 7. Här är det ett industritak på flera tusen kvadratmeter som försetts med solcellspaneler. Det kan nämnas att ett av taken i anslutning till St. Peter s Catedralen i Vatikanen 2008 försågs med solceller. Solcellsanläggningen består av cirka 2000 stycken solcellsmoduler och solcellsanläggningen producerar drygt kwh el årligen. Bild 8. Solceller som integrerats i en glasfasad Byggnadsintegrerade system innebär att solcellerna är integrerade i byggnaden och förutom att de producerar el så fungerar de samtidigt som ett tak- eller fasadmaterial, se bild 8. I detta exempel har solcellerna integrerats i glasfasaden.

8 SOLCELLER FÖR KYRKAN 8 Bild 9. Solcellsanläggning monterad på tak Bild 10. Exempel på solföljare Bild 11. Solcellsmoduler som fungerar som solskydd Bild 12. Solcellsmodulerna utgör bullerskydd Byggnadsadderade system, som är vanligast, är sådana system som i första hand sätts på byggnaden för att producera solel, se bild 9. Här är ett exempel på ett vanligt solcellssystem som är monterat på taket på ett mindre flerfamiljshus. Förutom de ovan nämnda tillämpningsområdena så finns det en rad specialtillämpningar. Det är vanligt att solcellsmoduler används på ett sådant sätt att de kan få flera funktioner. Det kan vara som balkongräcken, solskydd eller bullerskydd med mera, se bild 11. Solcellsmodulerna har monterats så de samtidigt som de producerar el ska fungera som solskydd. Av exemplet framgår att de nedre modulerna skuggas när solen står som högst, så det är inte alltid maximal solelproduktion som prioriteras. Solcellsmoduler kan även vara monterade på solföljare med upp till 60 moduler på varje, se bild 10. I detta exempel var det svårt att hitta lämpliga takytor och solcellerna monterades då på solföljare, som vrider sig efter solens position för att ta tillvara på så mycket solenergi som möjligt. Ytterligare ett exempel, se bild 12. Där utnyttjas solcellsmodulerna som bullerskydd i anslutning till en spårvagnshållplats i ett bostadsområde.

9 9 SOLCELLER FÖR KYRKAN Att producera egen el När solel produceras, för det egna elbehovet, betraktas elproducenten vanligtvis som en mikroproducent. Dagens definition på mikroproducent är att: Sparad el, samma värde som rörligt elpris Elproduktionen från solcellssystemet ska motsvara det egna elbehovet Effekten på solcellsanläggningen får inte var större än 43,5 kw vilket motsvarar 63 ampers säkring När produktionen övergår den egna elförbrukningen övergår mikroproducenten till att bli en småskalig elproducent och omfattas av andra regler. Småskaliga producenter kan ha en effekt upp till kw. Rörligt elpris Moms Energiskatt Rörlig nätavgift Elhandel vinst Prod kost/ Spotpris Försäljning av överskott - Elhandlare (spot) - Nätägare Elcertifikat Ursprungsgaranti För att underlätta för mikroproducenter har det i många länder införts system med så kallad nettodebitering. Detta innebär att elnätet fungerar som ett ellager. Om elproduktionen är större än elförbrukningen levereras överskottselen automatiskt ut på nätet. När sedan elbehovet är större får man lov att utnyttja samma mängd el som tidigare levererats ut. Beroende på system så kan avräkningen ske månadsvis eller på årsbasis. I Sverige har frågan om nettodebitering utretts. Enligt utredningen skulle nettodebitering strida mot gällande EU-regler. Utredarna valde då att lämna ett nytt förslag innehållande bland annat en skatterabatt för mikroproducenter. Även detta förslag har dock stött på hinder och utredarna arbetar nu fram ett nytt förslag. En konsekvens av att inte ha nettodebitering eller något motsvarande system i Sverige är att svenska solcellsanläggningar dimensioneras så att överskottet som går ut på nätet blir litet. Vi får helt enkelt bygga lite mindre anläggningar för att få bästa ekonomiska värde på den solel som produceras. Bild 13. Rörligt elpris. Fördelen med att vara mikroproducent och använda solelen för att täcka den egna förbrukningen är att värdet av den egenproducerade solelen får samma värde som det rörliga elpriset. När överskottsel säljs finns det i dag möjlighet att få bra betalt. I väntan på att ett eventuellt nettodebiteringssystem ska införas är det flera elhandelsbolag som lämnar ersättning som motsvarar det som skulle erhållits med nettodebitering. Det vanligaste är dock att ersättningen motsvarar spotpriset, det vill säga det pris som elen handlas för i realtid på den nordiska elbörsen, minus några ören. Utöver ersättning för elen som säljs är nätägaren tvungen att betala för något som heter nätnytta. Nätnytta innebär att nätägaren får lägre kostnader för den el som produceras lokalt och detta ska de kompenseras för. De flesta bolag betalar ut några ören per producerad kwh.

10 SOLCELLER FÖR KYRKAN 10 Solelsproducenter är även berättigade till Elcertifikat. Elcertifikatsystemet är ett stödsystem som syftar till att öka produktionen av förnybar el. Efterfrågan skapas genom att producenter och större förbrukare av el måste inneha en viss mängd elcertifikat, i förhållande till sin försäljning eller användning. För varje 1000 kwh solel som produceras kan producenten erhålla ett elcertifikat som sedan kan säljas på Elcertifikatmarknaden. I samband med ansökan om tilldelning av elcertifikat går det även ansöka om ursprungsgaranti. Ursprungsgaranti är en handling som garanterar ursprunget på elen och syftet är att slutkunden av el ska få kunskap om elens ursprung. På samma sätt som med Elcertifikaten så kan dessa säljas. Det finns i dag ett investeringsstöd som kan sökas vid investering i ett solcellssystem. Stödet kan sökas av företag, offentliga organisationer och privatpersoner. Intresset för stödet har varit stort och pengarna som är avsatta för perioden är i dag i princip intecknade av sökande. Vid investering i en solcellsanläggning går det att räkna med långa livslängder om certifierade produkter väljs. På solcellsmoduler är det vanligt med produktionsgarantier (80 %) som gäller i år. Detta innebär att om produktionen sjunker under exempelvis 80 % av ursprungskapaciteten under garantitiden så faller garantin ut och ägaren får ersättning. För växelriktare så är livslängden kortare och när ekonomiska kalkyler görs är det vanligt att det läggs in en kostnad för ett byte av växelriktare efter halva tiden. Som beskrivet ovan kan det ur ekonomisk synpunkt vara fördelaktigt att dimensionera sin solcellsanläggning för att så mycket som möjligt av den producerade solelen förbrukas av producenten själv. Det kan dock vara så att en lite större solcellsanläggning ger en lägre investeringskostnad räknat per kw installerad effekt. När det gäller takmonterade nyckelfärdiga system är oftast de lägsta investeringskostnaderna för system i storlekar runt eller över kw. När det gäller de ekonomiska förutsättningarna att producera egen el med hjälp av solen gäller det att hela tiden hålla sig uppdaterad. Det sker hela tiden saker som gör att en kalkyl som bara för några veckor sedan ansågs olönsam kan vara lönsam i dag. Det kan handla om: Sjunkande investeringskostnader Introduktion av nya tekniska lösningar Nya pengar till investeringsstöd Nettodebitering eller liknande system införs Högre elpriser

11 11 SOLCELLER FÖR KYRKAN Placering av solelsproduktionen Vid placeringen av solceller finns det en stor frihet. Bäst solelsproduktion ges när solcellerna monteras i söder och med en lutning runt 45 grader, se bild 14. Här är modulerna markplacerade på ett större fält. Med solföljare som kan följa solen kan solelsproduktionen öka ytterligare då vinkeln mot solen är optimal under hela dagen. Som tidigare nämnts erhålls oftast störst ekonomisk nytta av den solel som producenten själv kan använda och detta är något som bör tas hänsyn till då det görs en analys av olika placeringar av en solcellsanläggning. I det fallet en solcellsanläggning kan placeras i söder, alternativt att solcellsanläggningen delas upp på ett tak i väster och ett tak i öster, se bild 15 a och b, har båda alternativen sina fördelar. Att placera anläggningen i söder innebär en större solelsproduktion och att produktionen kommer att koncentreras till mitt på dagen. En solcellsanläggning som är uppdelad på två ytor i olika väderstreck kommer att ha en lägre solelsproduktion, men produktionen kommer att pågå under fler av dagens timmar. En solcellsanläggningen uppdelad på två olika orienteringar, kan visa sig vara det bästa ur ekonomiskt perspektiv trots att en mindre mängd el produceras. Då kan solelen enklare utnyttjas för att täcka den egna förbrukningen. Bild 14. Markplacerade solcellsmoduler i söder. Lutning 45 Bild 15 a Alla lägen mellan öst och väst kan med hänsyn till ekonomi vara aktuella för solelsproduktion, det bör alltid utredas från fall till fall. Verkningsgraden från en solcellsanläggning sjunker något med ökande temperatur och av denna anledning är det en liten fördel att placera en solcellsanläggningen ovan ett tak i stället för att integreras i taket. Som ett första steg när intresse finns för solceller kan det vara bra att undersöka om det krävs bygglov. Bild 15 b. Solceller placerade i väster Bygglov är normalt inga större problem men när det gäller olika typer av kulturbyggnader finns det speciella regler som det måste tas hänsyn till, vilket är fallet för många av kyrkans fastigheter.

12 SOLCELLER FÖR KYRKAN 12 Snö ger oftast inte upphov till några större förluster på takmonterade solcellsanläggningar i södra Sverige och är något som normalt sett kan bortses ifrån. Då skugga är något som påverkar solelsproduktionen gäller det att placera solcellsanläggningen så skuggfritt som möjligt. Många gånger går det att flytta exempelvis ventilationshuvar som skuggar. På samma sätt kan det vara möjligt att beskära eller ta ner skuggande träd. I de fall skuggan inte går att ta bort så finns det tekniska lösningar som kan väljas vilka gör att effekten av skugga kan begränsas. I de flesta fall är det en fördel att koppla ihop många solcellsmoduler i en så kallad sträng. Samtidigt är detta en stor nackdel i de fall någon av solcellsmodulerna blir skuggad. Detta beror på att det inte bara är den skuggade modulen som påverkas, utan alla moduler i strängen får ett sämre förhållande mellan ström och spänning. Detta i sin tur ger en sämre effekt från alla moduler, se bild 16. I detta fall har de nedre modulerna blivit skuggade. Då modulerna är kopplade i en sträng så kommer solelsproduktionen från alla modulerna att minska. Ett riktvärde för en solcellsanläggning i Sverige är att den producerar cirka kwh/kw och år. Ett bra sätt att lära sig mer om och få bekräftat hur mycket en solcellsanläggning kan producera i Sverige är att studera produktionsstatistik. Statistik finns hos många tillverkare av växelriktare men även hos företag och organisationer som specialiserat sig på produktionsstatistik. Ett lättillgängligt exempel är SolData. På SolDatas hemsida beskrivs olika solcellsanläggningar samt dess elproduktion, exempelvis månad för månad. Du finner informationen på En av de anläggningar som följs upp och beskrivs i SoldData är Bua Kyrka i Bua söder om Kungsbacka. Denna anläggning är 104 m 2 och monterad på kyrkans tak. Taket är i sydväst och har en lutning på 45⁰. Anläggningen byggdes 2009 och har effekten 12,96 kw. Under år 2013 var elproduktionen kwh och produktionen per månad redovisas i ett diagram, se bild 17. Det finns i dag ett stort antal beräkningsprogram som kan användas för att uppskatta solelsproduktionen och ekonomin av ett tänkt solcellssystem. Ett av dessa simuleringsverktyg, Solekonomi, är relativt enkelt att använda och rekommenderas för att göra enklare uppskattningar. Programmet finns på På denna hemsida finns även annan nyttig information som kan vara bra för den som vill lära mer. I de fall när mer noggranna beräkningar görs kan det vara klokt att anlita en expert som arbetar med solel. Dessa har oftast tillgång till mer avancerade beräknings- och dimensioneringsprogram. En expert kan många gånger vara bra att anlita och dessa kan oftast hjälpa till med allt från anbudsutformning, till slutbesiktning av färdig solcellsanläggning. Bild 16. Skugga på nedre delen av solcellsanläggning Soldata.se

13 13 SOLCELLER FÖR KYRKAN Installation, drift och underhåll Upphandling och installation av ett solcellssystem är i grunden enkelt, men trots detta blir det inte alltid som avsett. Ur detta perspektiv kan det vara bra att välja installatörer som har erfarenhet av solcellssystem. Branschföreningen Svensk Solenergi har en förteckning med anslutna företag. Här finns det både konsulter, leverantörer av kompletta solcellsanläggningar och installatörer. Dessa företag har förbundit sig att följa vissa regler när de anlitas vilket ger en viss trygghet. Säkerhet och kvalitet är viktiga aspekter att ta hänsyn till vid installation av ett solcellssystem. Alla delar i solcellssystemet ska uppfylla gällande regler och föreskrifter. I skriften Installationsguide nätanslutna solcellssystem finns bra information för den som ska installera ett solcellssystem i egen regi. Guiden finns att ladda ner på I samband med överlämnande och driftsättning är det viktigt att solcellsanläggningen funktionsprovas. På samma sätt är det viktigt att leverantören lämnar över en pärm med systemritningar, manualer och garantibevis med mera. Normalt sett så har en solcellsanläggning en lång livslängd och låga underhållsbehov. När väl solcellsmodulerna är på plats så krävs i regel inget underhåll av dem. Det som behöver följas upp med jämna mellanrum är solelsproduktionen och växelriktarens funktion för att säkerställa att allt är i sin ordning.

14 SOLCELLER FÖR KYRKAN 14 Solceller och kyrkobyggnader På Riksantikvarieämbetets hemsida, kan följande läsas: I Kulturmiljölagens 4 kap finns bestämmelser som skyddar kulturhistoriska värden i kyrkobyggnader, kyrkotomter, kyrkliga inventarier och begravningsplatser. Kyrkobyggnader enligt Kulturmiljölagen är byggnader som före den 1 januari 2000 invigts för Svenska kyrkans gudstjänst och vid samma tidpunkt ägdes och förvaltades av Svenska kyrkan. Kyrkobyggnader, kyrkotomter och begravningsplatser tillkomna före 1940 får inte på något väsentligt sätt ändras utan tillstånd från länsstyrelsen. Detta gäller även vissa yngre kyrkobyggnader och begravningsplatser utvalda av Riksantikvarieämbetet. Tillståndsansökningar hanteras av Länsstyrelsen där finns också experter på Kulturminneslagen som kan hjälpa församlingen att hitta ett lämpligt utförande på en eventuell solcellsanläggning så att inte det aktuella kulturvärdet förstörs. Utvecklingen av solceller går ständigt framåt gällande teknik och design vilket betyder att ett avslag för tillstånd att sätta upp solceller mycket väl kan ändra sig, då den nya tekniken och eller designen inte förstör det som kulturminneslagen är satt att skydda. För att hitta en så bra lösning som möjligt är det viktigt att församlingen har en bra och positiv dialog med Länsstyrelsen. Bild 18. Kyrka i Kassel. En av många kyrkor i Tyskland som försetts med solceller.

15 15 SOLCELLER FÖR KYRKAN

16 SOLCELLER FÖR KYRKAN 16 Checklista - Min solcellsanläggning Planera Kolla tillgängliga ytor och undersök skuggor mm Gör beräkningar i solekonomi Undersök Bygglov, anlsutning och försäljning av el Ta in priser Utforma anbudsformulär Garantier, betalningsvillkor Fråga professionellt, minst två Värdera anbud Pris, kvalitet och erfarenhet Installera Funktionskontroll Betala När manualer, ritningar och garantibevis är överlämnade Underhåll Litet! Följ upp Kolla produktionen regelbundet Mer information om solenergi Fråga gärna din kommuns energi- och klimatrådgivare!