11 år solenergiarbete - Michiel van Noord

Transkript

1 11 år solenergiarbete - Michiel van Noord Solceller på byggnader Byggnadsintegrering Potentialstudier Projektering & upphandling Projektledning Besiktning Solenergi i planering Forskning SOL-metoden Optimering Granskning Kurser och workshops Fastighetsförvaltare Elkonsulter Elnätsbolag Planerare Politiker Om Esam AB Grundades 1990 Umeå, Stockholm och Malmö 19 personer Esams affärsidé Att genom strategiskt ledarskap, kunskap, inspiration och processledning utveckla företag, organisationer och regioner i hållbar riktning.

2 Bakgrund: Hållbarhet & systemsyn Planetens gränser Samhället Grundläggande mänskliga behov

3 Drivkrafter Drivkrafter för solcellstillämpningar 0 Energiöverenskommelsen 100 procent förnybar elproduktion år 2040 Nära-nollenergidirektiv / BBR Alla nya byggnader fr.o.m. 1 jan 2021 Offentliga myndigheters byggnader fr.o.m. 1 jan 2019 Nationella miljömål Begränsad klimatpåverkan Frisk luft Bara naturlig försurning God bebyggd miljö Källa/Bild: energikommissionen.se; Boverket; Naturvårdsverket

4 Energimyndighetens förslag till solelstrategi Energimyndigheten (2016) Energimyndigheten (2016) Vårt behov öka andel ren, förnybar energi effektivt

5 Kreativa utmaningar i designprocess ekonomi estetik energi Vad påverkar potentialen? solenergi i byggnader b

6 Solelpotential påverkas av tre saker: Instrålning Plats Orientering Skuggning Tillgänglig yta Teknikval Instrålning global energianvändning 363 EJ konstant solinstrålning 174 PW >> 90 PW 67 minuter IEA (2010), Kopp, G.; Lean, J. L. (2011)

7 Rfassbind, Perez et al Freiburg Göteborg Piteå Stockholm Sölvesborg Kassel Bari Årlig solinstrålning Optimal lutning kwh/m kwh/m kwh/m kwh/m kwh/m kwh/m kwh/m2 Källa: PVGIS European Communities, ; Classic PVGIS

8 Årlig solinstrålning (optimal vinkel) Solcellsyta med årsproduktion motsvarande Sveriges årliga energianvändning Källa: PVGIS European Union, Årlig solinstrålning (optimal vinkel) Markerad yta: Solcellsyta med årsproduktion motsvarande Sveriges årliga energianvändning Källa: PVGIS European Union,

9 Solelpotential Sverige: Tillgängliga tak- och fasadytor efter instrålningskriterier (km 2 ) Relativ lokal instrålningsnivå Källa: E. Kjellsson (2000) Solelpotential Sverige: Solelproduktion från tillgängliga tak- och fasadytor efter instrålningskriterier 70,0 Solelproduktion (TWh/år) 52,5 35,0 17,5 0,0 >95% >90% >85% >80% >75% >70% >60% >50% Relativ lokal instrålning Källa: E. Kjellsson (2000), M. van Noord

10 Solelpotential Blekinge: Solelproduktion från tillgängliga tak- och fasadytor efter instrålningskriterier Källa: Lst Blekinge - Rapport 2014:10 (D. Lingfors och J. Widén) På byggnadsnivå M. van Noord

11 Relativ solinstrålning för olika orientering och lutning (Sverige) SolEl-programmet Solinstrålning vid olika orientering och lutning (i Lund) iso-linje motsvarande 97% av maximal instrålning (1163 kwh/m 2 ) Lutning ( ) iso-linje motsvarande horisontell placering (1011 kwh/m 2 ) optimal orientering (1203 kwh/m 2 ) öst syd Orientering ( ) väst PVSYST, Meteonorm

12 Taklutning och orientering Orientering: SÖ - SV Lutning: attraktiv effektiv Skuggning på en solcellsmodul X

13 Tumregel skuggning: Undvik skuggning vid middagssol soltid (zontid) mars oktober Snö på moduler Snöskottning mot överbelastning och snöras > varsamt! Inte mot produktionsförluster (< 3% i Södra Sverige) Förebyggande åtgärder Högre lutning Landscape orientering på moduler OBS! ramstyrka Luftspalt eller ledig takutrymme nedanför solcellsmoduler Grov uppskattning månatlig förlustfaktor utifrån medeltemperatur: Snöförlustfaktor = 0,1213 Tluft,månad - 0,3186 (minimalt 0, maximalt 1) eget; M. van Noord et al. (2017)

14 Nedsmutsning på moduler Regn spolar bort smuts Typiska förluster < 5% Rengör vid behov (årlig översyn på våren) Varsamt - mycket vatten, mjuk svamp Förebyggande åtgärder Högre lutning (> 5 ) IEA PVPS Solelpotential påverkas av tre saker: Instrålning Tillgänglig yta Byggnad Fysisk planering Ekonomi Teknikval

15 Byggnaden avgör tillgänglig yta Tumregel skuggning: Undvik skuggning vid middagssol soltid mars oktober

16 Beräkna ledig takyta p.g.a. skuggning 17 H x x = H * cos(30 )/tan(17 ) H * 0,866/tan(17 ) Solceller - teknik och ekonomi Michiel van Noord, Esam AB 32 Solenergioptimering av byggnader: Solrätt Undvik ROT-avdrag : Minskad soltillgång och/eller ökad skuggning till följd av Renovering, Ombyggnad och Tillbyggnad Solceller - teknik och ekonomi Michiel van Noord, Esam AB 33

17 Omgivning och sens påverkan Källa: Irum Shahid: Blandat bebyggelse - högt och lågt solkarta.stockholm.se, Google maps

18 Gatornas orientering solkarta.stockholm.se, Google maps Gatornas orientering solkarta.stockholm.se, Google maps

19 Solkarta för Blekinge Solkarta för Blekinge

20 Solelpotential påverkas av tre saker: Instrålning Tillgänglig yta Teknikval Solcellsteknik Montering Växelriktare Nätansluten solcellsanläggning Solcellsmoduler DC-frånskiljare Växelriktare AC-frånskiljare, säkring och elmätare Fastighetens elcentral Elförbrukning i fastigheten Överskott levereras till elnätet Bild: M. van Noord & J. van Noord

21 Utseendet av olika solcellstekniker 1:a generation 2:a generation standardmodul: 16-18% standardmodul: 11-15% Kristallin kisel (p-si, m-si) Verkningsgrad upp till 21% Temperatureffekt: - (0,4 ~ 0,5) % per C Tunnfilm: CIGS, CdTe(, a-si) Verkningsgrad upp till 17% Temperatureffekt: - (0,25 ~ 0,45) % per C a-si: ~7%; -0,2 % per C Utseendet av olika solcellstekniker 3:a generation, bland annat: Grätzelsolceller (DSC) Organiska solceller attraktiv

22 Egenskaper av olika solcellstekniker Verkningsgrad Utseende Temperaturkänslighet Skuggningskänslighet Beprövad 1G - kristallin kisel + ± G - tunnfilm (CIGS, CdTe, a-si) ± + ±/- ±/- ± kommersialisering pågår 3G - Grätzel (DSC) och organisk (OPV) Källa/Bild: div. tillverkare; Raga & Fabregat-Santiago (2013); K. Leo (2013) Standardsolen Standard Test Conditions Används för jämförelse mellan olika solceller eller solcellsmoduler Instrålning: 1000 W/m2 Solspektrum: AM 1.5 Celltemperatur: 25 C ger toppeffekt i Wp 1 kwp 6,5 m 2

23 Skuggning på en solcellsmodul By-pass diod: kopplar bort en tredjedel av modulens celler vid allvarlig skuggning X Skuggning: kisel vs tunnfilm Kristallin kisel del av modulen som påverkas av skuggning Tunnfilm (OBS! cellorientering kan även vara vågrätt, vilket ger annan resultat) attraktiv effektiv

24 Skuggning: kisel vs tunnfilm Kristallin kisel del av modulen som påverkas av skuggning Tunnfilm (OBS! cellorientering kan även vara vågrätt, vilket ger annan resultat) attraktiv effektiv Monteringslösning påverkar aktiv yta och temperatur Platt på tak Luftspalt på >10 cm rekommenderas Lutande rader Liggande orientering rekommenderas Kom ihåg inbördesskuggning: x x α Källa/Bild: R. Berg (Sigtuna kommun); Stockholms Hamnar

25 Val av olika solcellstekniker 1G = kiselmoduler 2G = tunnfilm 3G = grätzel/organisk Verkningsgrad Utseende Temperaturkänslighet Skuggningskänslighet Beprövad Frodepark, Uppsala 1G 3G (2G) 3G (2G) - 1G (2G) Mellanhedskolan, Malmö 1G? (2G) (2G) 1G kommersialisering pågår Villa, Knislinge 1G - (2G) (2G) 1G Källa/Bild: White, Sv Solenergi, Ecokraft Växelriktare och effektoptimerare Verkningsgrad Skuggning/orientering Övervakning Storlek Anslutning String / Multi-string + - ± ± 1-60 kw 1 / 3-fas, LV Mikro eller Power Optimizer -/± W 1-fas (Mikro) eller 1 / 3-fas (PO) Källa/Bild: Fronius, SMA, SolarEDGE

26 Val av växelriktare (Multi)String = string eller multi-string växelriktare Mikro/PO = mikro-växelriktare eller power optimizer Verkningsgrad Skuggning/orientering Övervakning Frodepark, Uppsala (Multi)String Mikro/PO (Multi) Mikro/PO Mellanhedskolan, Malmö (Multi)String - (Mikro/PO) - (Mikro/PO) Villa, Knislinge (Multi)String Multi, Mikro/PO - (Mikro/PO) Källa/Bild: Fronius, SMA, SolarEDGE Solelpotential bestäms av 3 * 3 saker: Tillgänglig yta kvadratmeter takyta/fasadyta * 85% / 2 (vid lutande rader) = solcellsyta Teknikval solcellsyta / 6,5 (för kisel) / 7,5 (för tunnfilm) = toppeffekt (kwp) Instrålning toppeffekt * utbyte (kwh/kwp = årlig elproduktion

27 Frågor?