Oystein Holm
advertisement
multiconsult.no Solcelleanlegg i norske bygg - eksempler og vekstpotensial Øystein Holm Rådgiver, Siv.ing multiconsult.no Multiconsults kjernevirksomhet er rådgivning og prosjektering Styring og ledelse Multifaglig kompetanse i kombinasjon med ledelse og styring Rådgivning Prosjektering multiconsult.no VI ER DER DU ER 1 500 ansatte 27 kontorer Hovedkontor i Oslo Rundt MNOK 2 119 i omsetning Multiconsult multiconsult.no Agenda • Eksempler på bruk av solceller i bygg • Vekst er avhengig av lønnsomhet • Hvordan Multiconsult arbeider med design av solcelleanlegg - Powerhouse One – Brattørkaia - Skarpnes boligfelt 4 multiconsult.no Eksempler på bruk av solceller i bygg 5 multiconsult.no Operaen (Oslo, 2007) • • • • 400 m2 vindusfasade 50% solceller Merkeeffekt 35 kWp Estimert produksjon 20,6 MWh/år Systemkostnad 80 kr/Wp 6 multiconsult.no Oceania (Os, 2011) • • • • 363 solcellemoduler a 175Wp dekker 550 m2 fasade Merkeeffekt: 63,5 kWp Estimert produksjon: 42 MWh/år 7 multiconsult.no Høyskolen i Hedmark avd.Evenstad (Evenstad, 2013) • • • • 276 moduler 455 m2 Merkeeffekt 70 kWp Estimert produksjon 60 MWh Systemkostnad 15 kr/Wp 8 Foto: Thor-Christian Tuv multiconsult.no Powerhouse Two Kjørbo (Sandvika, 2014) • 954 moduler fordelt på 3 flate tak på 1556 m2 • Merkeeffekt 312 kWp • Estimert produksjon 229,3 MWh/år 9 multiconsult.no Ulik teknologi, klima, vinkel/orientering.. 900 800 700 600 Effekt, kWp 500 Produksjon, MWh/år Spesifikk prod, kWh/kWp 400 Spesifikk kostnad, kr/Wp Spes.årsprod.kostn, kr/kWh 300 200 100 0 Operaen 2007 Oceania 2011 Evenstad 2013 Kjørbo 2014 10 multiconsult.no Følg produksjonen selv! www.sunnyportal.com 11 multiconsult.no Vekst er avhengig av lønnsomhet - Størrelsen (på markedet) teller! 12 multiconsult.no Systemkostnader – Norge 2013 Enebolig – 7kW Næringsbygg - 100 kW 26 NOK/W 18 NOK/W Foto: Multiconsult / Scatec Solar Solpark – 1 MW 12 NOK/W Kilde: Enova, Kostnadsstudie solkraft i Norge 2013 (Multiconsult) 13 multiconsult.no Levetid – 25 år Diskonteringsrente – 5% Degradering – 0,04 % 14 multiconsult.no Kostnadsfordeling – 7 kW (kostnader i NOK/W) Annet; 2,1 Modul; 7,2 Installasjon; 5,8 Total Kostnad: 21 NOK/W (eks. MVA) BoS; 5,9 15 multiconsult.no Kostnader Norge vs. Tyskland og Sverige 25 21 NOK / W 20 15 18 15 13 13 12 Norge 12 9 10 Sverige Tyskland 5 0 7 kW 100 kW 1 MW Kilder: Kostnadsstudie, Solkraft i Norge 2013 / EuPD Research / IEA PVPS 16 multiconsult.no Hva skal til for at solceller blir lønnsomt i Norge? Kostnadsforskjeller Norge vs. Tyskland (10 kW) 25 NOK/W 20 Installasjon 15 Øvrig BoS Vekselretter 10 Modul 5 0 Norge Tyskland 17 Energikostnad (LCOE) for PV-anlegg i Norge ved ulike prisscenarier kr/kWh multiconsult.no 3,25 Dagens norske prisnivå 3 Dagens tyske prisnivå Konkurransedyktig – innen rekkevidde Estimert tysk prisnivå i 2020 2,75 Tromsø 2,5 Bergen 2,25 2 *Alle komponentpriser for enebolig er inkl. MVA Trondheim Oslo Kristiansand 1,75 Tromsø Bergen 1,5 Trondheim Oslo 1,25 Kristiansand 1 Tromsø Bergen Trondheim Oslo 0,75 isnivå strømpris til sluttbrukere inkl. nettleie og avgifter Kristiansand 0,5 0,25 0 Enebolig (7kWp) Næringsbygg (100 kWp) Bakkemontert (1000 kWp) Dagens norske prisnivå Enebolig (7kWp) Næringsbygg (100 kWp) Dagens tyske prisnivå Bakkemontert (1000 kWp) Enebolig (7 kWp) Næringsbygg (100 kWp) Bakkemontert (1000 kWp) 18 Estimert tysk prisnivå i 2020 multiconsult.no Lønnsomhet avhengig av økonomiske forutsetninger Energikostnad under 1 kr/kWh kan beregnes med dagens priser LCOE for ulike solcelleanlegg i Oslo, ved ulik levetid og prisnivå Kr/kWh 2,5 Enebolig i Oslo 2 Næringsbygg i Oslo 1,5 Kraftverk i Oslo 1 0,5 0 Levetid 25 år, forv. pris Levetid 40 år, forv. pris Levetid 25 år, laveste pris Levetid 40 år, laveste pris 19 multiconsult.no Hvordan Multiconsult arbeider med design av solcelleanlegg - Iterativ designprosess PV design Energy Use Architect Iterations Building physics Embodied Energy 20 multiconsult.no Gjennomføringsmodell - Inndeling i flere nivåer Nivå 1 Nivå 2: Delfaser og steg Tidligfase Regulering Programmering Konsept Skisseprosjekt Geometri Detaljeringsfase Forprosjekt Detaljprosjekt Byggefase Bygging Driftsfase Drift Produksjon Nivå 3: Flytdiagram Nivå 4: Sjekklister 21 multiconsult.no Gjennomføringsfilosofi Prosjektutvikling Kvalitetsnivå 3 100% Kvalitetsnivå 2 Designkontroll Kvalitetsnivå 1 Tilhørende sjekklister for alle fag er gjennomgått og godkjent Arkitekt Tid Ingeniørfag 22 multiconsult.no Utforske muligheter - motvirkende interesser – eller sammenfallende? Energy Need (PV) Embodied Energy Daylight Shades • Reduce cooling multiconsult.no Viktige forhold for optimal solkraftproduksjon • Rett flaten mot solen - Helning: 20 til 40 grader - Retning: mot sør • Unngå skygge - Horisont - Omkringliggende bygg - Oppstikkende elementer - Trær, gatelys, kraftlinjer etc • Luftsirkulasjon for kjøling - Motstandstapene øker med økt driftstemperatur multiconsult.no Near Shading Objects multiconsult.no Mutual Shading multiconsult.no Eksempel 1: Powerhouse One, Brattørkaia Illustrationer: Snøhetta multiconsult.no PH1– Solar Study multiconsult.no PH1 – Takutnyttelse • Vil 2 000 m2 takflate høste tilstrekkelig energi? • Beregninger; Nei! • Utnytt fasader i tillegg multiconsult.no PH1 – Fasade studie multiconsult.no PH1 – Fasade studie 2 Fasade basert på standard moduler multiconsult.no PH1 – Sluttresultat - Tak og fasader Orientation Tilt Az. kWp MWh Roof 20 0 408 359 Facade North 90 131 0 Facade East 90 -136 0 Facade South 90 -40 143 110 Facade West 90 78 76,9 36 628 505 Sum multiconsult.no Eksempel 2: Skarpnes boligfelt - Kristiansand Illustrasjoner: Rambøll multiconsult.no Takvinkel = 32 grader Takhelling 32°, begrenset effekt på 8 kWp Antall Modul Effekt (kWp) PV areal (m2) moduler REC 32 8.00 52.8 SPR 24 8.04 39.1 Asimut -51° Prod. / PV areal Prod. (kWh/år/m2) (kWh/år) 136 7 193 183 7 172 Asimut -42° Prod. / PV areal Prod. (kWh/år/m2) (kWh/år) 139 7 346 187 7 330 Asimut 48° Prod. / PV areal Prod. (kWh/år/m2) (kWh/år) 137 7 246 185 7 227 multiconsult.no Skarpnes boligfelt Kristiansand: Mål=Nullenergi Asimut -51°: 1 enebolig Asimut -42°: 4 enebolig Asimut 48°: 12 enebolig Termisk behov El-spesifikt behov Kjølebehov SUM kWh/m2år 50.9 25.0 0.6 76 ÅRS-COP SOL&VP-SYSTEM TOTAL ÅRLIG ELBEHOV El-behov varmesystem El-spesifikt behov El-behov kjølsystem SUM PV ENEBOLIGER Per bolig 3.5 kWh/m2år 14.5 25.0 0.0 40 6096 kWh/år multiconsult.no Øystein Holm oystein.holm@multiconsult.no multiconsult.no Ekstra slide / flere eksempler multiconsult.no Hvorfor.. 38 multiconsult.no Umweltarena • • • • • 3S Megaslate Solar – tile construction 13 different orientations Tailor made modules Under construction multiconsult.no Monte Rosa Hütte • 90% energy self sufficient building • Wooden structure • Prefabricated • 3S – Megaslate PV Module • Solar Tile construction • Tailor made multiconsult.no World Games Stadium Taiwan • Designed by Toyo Ito • Inspired by a flowing river (or a dragon, some say..) • Special made roof structure for the modules • The roof is made of 8 844 PV modules - 1,14 GWh of electricity - Exported to the grid when not in use multiconsult.no Berlin Hauptbahnhof • Glass-Glass modules based on c-Si technology • Mono crystalline module from Optisol • Transparency 38,8% • East – West orientation multiconsult.no Optic Technicum • • • • Placed in St. Asaph (GB) Thin film technology (CIS) 84 kWp Solar tile contruction multiconsult.no The Solar Ark - Sanyo • Placed in Gifu, Japan • 630 Wp of Sanyomodules • Mono crystalline modules - Factory rejected.. • Facade integrated with ventilation Solar Decathlon – Competition for students.. multiconsult.no http://www.sdeurope.org/?page_id=779 Tongji University (bamboo) Virginia Tech Team Hawaii Team Norge, NTNU (+hytte) multiconsult.no multiconsult.no Mono- eller multikrystallinske moduler? 195 Prod. / PV areal (kWh/år/m2) 185 175 165 155 145 135 125 115 0 42 45 48 51 90 Asimut (°) SPR 32° SPR 20° REC 32° REC 20° 47 multiconsult.no Anbudsprosess multiconsult.no Redusert kostnader - modul - 50% Annet; 2,1 Installa sjon; 5,8 Modul; 3,6 BoS; 5,9 21 kr/W 17,4 kr/W LCOE Oslo 2,33 kr/kWh 1,62 kr/kWh 49 multiconsult.no Reduserte kostnader - modul + BoS - 50% Annet; 2,1 Installa sjon; 5,8 Modul; 3,6 BoS; 2,95 21 kr/W 14,45 kr/W LCOE Oslo 2,33 kr/kWh 1,37 kr/kWh - 50% 50 multiconsult.no Reduserte modul og BoS - kostnader + Økt virkningsgrad med 30% - 50% Annet; 1,6 Modul; 3,6 Installa sjon; 4,2 21 kr/W LCOE Oslo 2,33 kr/kWh BoS; 2,6 12 kr/W 1,16 kr/kWh - 56% 51 multiconsult.no The Building as a Power Plant “Some painters transform the sun into a yellow spot, Others transform a yellow spot into the sun” Pablo Picasso multiconsult.no Designing for Shade multiconsult.no Façade Integration – Fully Isolated • The modules act as the outer layer of the building - Water tight - Wind protection • Compact Solution • High module temperature - Best suited for thin film technologies Courtesy: Schüco multiconsult.no Façade Integration - Ventilated • The modules act as the outer layer of the building • Ventilated facade - Some water can be allowed to penetrate as long as there is a water tight layer behind. - Condensation will occur Courtesy: Schüco multiconsult.no Facade Ventilation multiconsult.no Window – Wall - Facade Courtesy: Heliotechniki Courtesy: Schüco multiconsult.no BIPV - Windows • BIPV-windows are semi-transparent • High transparancy gives less kWh • These products are often tailor- made according to specifications • Both thin film and c-Si can be used • Thin film modules can be produced in different colors • The mounting system is not independent of the module multiconsult.no Roof Integrated Modules – Solar Tile • A water tight roof with PV modules is most often achieved with the tile-concept • Based on the same principles as for normal tiles • Must have a water tight underlayer due to condensation • Ventilation necessary multiconsult.no Roof Structure for Solar Tiles (Solrif) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Mounting bracket frame Mounting board PV-module Konterlatten Bar Counter-batten Dachverschalung Traufblech Bird protection grid Dachrinne multiconsult.no Ventilation for Better Performance • A cold roof facilitates reduced module temperatures and higher performance • Cables are more easy to access during maintenance • Snow is easier to handle Performance for a 10 kWp roof 30 deg tilted, south oriented Oslo [kWh/kWp] Free Mounted Madrid [kWh/kWp] 1 037 1 567 Integrated with ventilation 1 008 (3 % loss) 1 510 (4 % loss) Fully integrated (no ventilation) 976 (6 % loss) 1 446 (8 % loss) Based on REC 245 PE multiconsult.no Inverters – Needs Space and Generate Heat • Inverters generate heat and needs space for ventilation - A conversion efficiency of 98% means 2 % loss = heat - Ex: a 10 kW inverter with a 2% - loss gives 200 W heat • Space also needed for maintenance • Some inverters ca be placed out door • Large inverters must be placed indoor in special rooms with ventilation Courtesy: SMA multiconsult.no Cables • Cables needs space • When the inverter is placed in-door the cables must penetrate the wall - Water tightness - Thermal bridge • The distance between the modules and inverter must be short - To reduce ohmic losses - To reduce cost
