PROJEKTERING AV SOLCELLER PÅEN VILLA I HALLSTAHAMMAR : Dimensionering av solcellsanläggning med avseende på ekonomisk lönsamhet

(1)

PROJEKTERING AV SOLCELLER PÅ

EN VILLA I HALLSTAHAMMAR

Dimensionering av solcellsanläggning med avseende på ekonomisk lönsamhet KOMAIL FARID

AHMAD GULEED

Akademin för ekonomi, samhälle och teknik

Kurs: Examensarbete Kurskod: ERA 206 Ämne: Energiteknik Högskolepoäng: [15 hp] Program: Högskoleingenjörsprogrammet i energiteknik

Handledare: Lars Tallbom Examinator: Valentina Zaccaria Uppdragsgivare: Eva Thorin Datum: 2021-05-27

E-post:

Afd18003@student.mdh.se agd18004@student.mdh.se

(2)

ABSTRACT

As the construction of homes and villas in Sweden is increasing, the need for electricity will also increase. This leads us to develop new existing solutions to increase the electricity production, at the same time we need to increase the use of renewable energy sources. To supply houses with sustainable and renewable energy sources, solar power is a good option to invest in.

The purpose of this work is to design a photovoltaic system on a villa. Our expectation after the design is to see how much the purchased share of electricity decreases. At the end of the projekt, we expect that this design can be used as a model for other similar villas, it is difficult to include all villas, considering how different conditions there are in Sweden.

The villa is in Hallstahammar and has an area of 138 m2_{, and the roof area where solar cells}

are mounted is 84 m2_{. The roof is facing southwest and has an azimuth of about 45 °, which}

means that the sun shines on a large part of the roof. The villa has different roof slopes, at the garage and lower roof the slope is 20 ° and at the upper roof´s is 46 °.

The report answers the questions that arise during designing a photovoltaic system, as well as the villa's annual electricity consumption, and the facility's annual electricity production once it is installed. It is then analyzed whether the installation is profitable in terms of production cost and payback time. At the end of the report, it is more discussed about challenges in solar cell design, such as shading and weather and its impact on the plant's electricity production. To be able to answer the questions, various methods were used, including a literature study about solar cells to increase both interest and knowledge. The writers made saturations on the roof such as lengths, widths, and slopes. Thereafter, the simulation program PVGIS was used to calculate the plant's annual electricity production and finally calculations were performed to make financial calculations.

The results showed that the villa's electricity consumption in 2020 was 14,272 kWh and the electricity consumption was most during the winter period. The electricity cost during that year was SEK 21,140. The photovoltaic plant produces approximately 14,185 kWh per year and that production was highest during the summer period. The payback period for the plant was just over 9 years and the production cost was SEK 0.55 / kWh.

Even though electricity production and electricity consumption did not match well and were efficient in different periods, the results still showed that the investment is profitable and provides a saving of SEK 629,000 over a lifespan of 30 years.

(3)

FÖRORD

Med detta examensarbete avslutas vår utbildning för högskoleingenjörsprogrammet i energiteknik på Mälardalens högskola med inriktning värmeteknik. Utbildningen omfattar 180hp och detta examensarbete ger 15hp.

Just denna rapport handlar om projektering av en solcellsanläggning och dess påverkan på elproduktion, miljö och ekonomi. Kursen Solceller och Solfångare har fångat vårt intresse att välja detta område för vårt examensarbete.

Tack till alla som har varit delaktiga i arbetet; Lars Tallbom som har gett oss stöd och hjälp för att kunna utföra arbetet & examinator Valentina Zaccaria.

Västerås i juni 2021

(4)

SAMMANFATTNING

I samband med att konstruktionen av byggnader som bostäder och villor ökar i Sverige kommer även elbehovet att öka. Detta leder till att samhället behöver utveckla befintliga lösningar för att öka på elproduktionen och användningen av hållbara energikällor. För att försörja samhället med hållbara energikällor är solceller en bra alternativ att investera på. Syftet med detta arbete är att projektera en solcellsanläggning på en villa. Vårt önskemål efter projekteringen är att se hur mycket den köpta andelen el minskar. Efter undersökningen önskar vi att denna projektering ska kunna användas som modell för andra liknande villor, det är svårt att inkludera alla villor, med tanke på hur olika förutsättningar det är i Sverige.

Villan är placerad i Hallstahammar och har en area på 138 m2_{, och takarean där solceller}

monteras på är 84 m2_{. Taket är riktad mot sydväst och har en azimut på cirka 45°, vilket}

betyder att solen skiner på en stor andel av taket. Villan har olika taklutningar, vid garaget och nedre tak är lutningen 20° och vid övre tak är lutningen 46°.

I rapporten besvaras de frågor som uppstår vid projektering av en solcellsanläggning, liksom villans årliga elförbrukning, samt anläggningens årliga elproduktion när den väl installeras. Därefter analyseras om installationen är lönsamt med tank på produktionskostnaden och återbetalningstiden. I slutet diskuteras mer om utmaningar vid solcellsprojekteringen, exempelvis skuggningen och väder samt dess påverkan på anläggens elproduktion. För att kunna besvara frågeställningarna användes olika metoder bland annat gjordes litteraturstudie på ämnet solceller för att öka både intresse och kunskap. Skribenten gjorde mättningar på taket som längder, brett och lutningar. Därefter användes simuleringsprogram PVGIS för att räkna anläggningens årliga elproduktion och sist utfördes beräkningar för att göra ekonomikalkyler.

Resultatet visade att villans elförbrukning under 2020 var 14 272 kWh och elförbrukningen var mest under vinterperioden. Elkostnaden under året 2020 var 21 140 kr.

Solcellsanläggningen producerar cirka 14 185 kWh per år samt att produktionen var mest under sommarperioden. Återbetalningstiden för anläggningen blev cirka 9 år och

produktionskostnaden 0,55 kr/kWh.

Trotts att elproduktionen och elförbrukning inte matchade bra och effektiva i olika perioder, visade resultatet ändå att investeringen är lönsamt och ger en besparing på 629 000 kr under livslängden som är 30 år.

Nyckelord: solceller, solenergi, förnybar energi, ekonomisk lönsamhet, egenanvändning,

(5)

(6)

INNEHÅLL

1 INLEDNING ... 1 1.1 Bakgrund ... 1 1.2 Syfte ... 2 1.3 Frågeställningar ... 2 1.4 Avgränsning ... 2 2 METOD... 3 2.1 Litteraturstudie ... 3 2.2 Mätningar ... 3

2.3 Dimensionering & Beräkningar ... 3

3 LITTERATURSTUDIE ... 3

3.1 Historia ... 3

3.2 Allmänt om solenergi ... 4

3.3 Solceller i Sverige & världen ... 5

3.4 Solcellens miljöpåverkan ... 5

3.5 Solcellsfysik ... 6

3.5.1 N-skikt ... 6

3.5.2 P-skikt ... 7

3.6 Solcellensuppbyggnad ... 7

3.6.1 Olika typer av solceller ... 8

3.6.2 Kiselsolceller ... 8

3.6.3 Monokristallina solcellers ... 8

(7)

3.7.3 El central... 12 3.7.4 Elmätare ... 12 3.7.5 Övriga komponenter ... 13 3.8 Utmaningar ... 14 3.8.1 Skuggning... 14 3.8.2 Verkningsgrad... 15 3.8.3 Väder ... 15 3.9 Solceller i villor ... 16 3.10 Solcellers elproduktion ... 16 3.11 Egenanvändning ... 16 3.12 Överskottsel ... 17 3.13 Investeringskostnader ... 17

3.14 Investeringsbidrag & skattereduktion ... 18

4 AKTUELL STUDIE ... 19

4.1 Beskrivning av villan ... 19

4.2 Mätningar ... 19

4.3 Simulering & beräkningar ... 21

4.4 Produktionskostnad & Återbetalningstid ... 25

5 RESULTAT ... 26 5.1 Villans elförbrukning ... 26 5.2 Solcellens elproduktion ... 28 5.3 Ekonomi ... 30 6 DISKUSSION ... 31 7 SLUTSATS ... 32

8 FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE ... 32

REFERENSER... 33

(8)

BILAGA 2: EKONOMIKALKYL & DIAGRAM ... 39

FIGURFÖRTECKNING

Figur 1: Visar elanvändning per sektor i Sverige 2017...1

Figur 2: Visar kovalent bindning mellan kiselatomerna. ... 6

Figur 3: Visar n-skikt kiselkristall som är doppad med Fosfor. ... 7

Figur 4: Visar P-skikt kiselkristall som är doppad med Bor. ... 7

Figur 5: Visar uppbyggnad av kiselsolceller ... 8

Figur 6: Visar Monokristallina solceller ... 9

Figur 7: Visar Multikristallina solceller ... 9

Figur 8: Visar uppbyggnad av tunnfilmsolcell. ... 10

Figur 9: Visar tunnfilmsolcell. ... 10

Figur 10: Visar olika komponenter för nätanslutet system ... 11

Figur 11: Visar hur D4 är aktiverat vid skuggning av cell4 ... 13

Figur 12: Visar placering av AC och DC brytare. ... 14

Figur 13: Visar utvecklingen av solcells verkningsgrad över tid. ...15

Figur 14: Visar prisutvecklingen i Europa uppdelat på teknologi och tillverkningsland. ... 18

Figur 15: Visar prisutvecklingen för solcellssystem i Sverige. ... 18

Figur 16: Visar en bild på villans tak där mätningar gjordes. ... 20

Figur 17: Visar resultatet från PVGIS för garaget. ... 22

Figur 18: Visar resultatet från PVGIS för husets övre tak. ... 23

Figur 19: Visar resultatet från PVGIS för husets nedre tak. ... 24

TABELLFÖRTECKNING

Tabell 1: Visar takets lutning och area där solceller monteras på... 20

Tabell 2: Visar elektriska egenskaper av monokristallin solcellsmodul vid STC ... 21

Tabell 3: Visar villans elförbrukning och kostnader under 2020. ... 26

(9)

DIAGRAMFÖRTECKNING

Diagram 1: Visar villans elförbrukning månadsvis under 2020. ... 27 Diagram 2: Visar villans elkostnader månadsvis under 2020. ... 27 Diagram 3: Visar solcellens elproduktion uppdelat i månader för villan. ... 28 Diagram 4: Visar anläggningens elproduktion i samband med elförbrukning samt andel

överskottsel, köpt el och egenanvänd el. ... 29 Diagram 5: Visar elproduktion och elförbrukningen under olika årsperioder. ... 29

BETECKNINGAR

Beteckning Beskrivning Enhet

E Energi Wattimmar

I Ström Ampere

P Effekt Watt

(10)

FÖRKORTNINGAR

Förkortning Beskrivning

Ph Photovoltaic

AC Alternating current, växelström

DC Direct current, likström

KWh Kilowattimmar

CdTe Förening av grundämnena Kadmium och Tellur

CIGS Koppar, indium, Galium, Selenid

A-si Amrfort kisel

MPPT Maximum Power Point Tracker

STC Standard Test Condition som är en test som görs på

solceller innan det går ut på marknaden.

PVGIS PhotoVoltaic Geographical Information System, är ett

simuleringsprogram för solceller.

f.Kr Före Kristus

DEFINITIONER

Definition Beskrivning

Hot-spot Hot-spot händer när en cell blir skuggad och andra

celler trycker på ström, det leder till att värme bildas och skadar cellen.

Azimut Azimut, eller orientering, är PV-modulernas vinkel

relativt riktningen söderut. -90 ° är öst, 0 ° är söder och 90 ° är väst.

Skattereduktion Är 60 öre/kWh av såld el från solceller som man får från staten för att minska prisskillnaden mellan köpta och sålda el.

Radiation

database Det är solstrålnings data som PVGIS hämtar från satellit.

Kalkylränta (R) Det är en andel procent som används för att beräkna avkastning på investerat kapital

(11)

1 INLEDNING

I samband med att det byggs fler bostäder och villor kommer även elbehovet att öka. I Sverige finns en förnybar och ganska outnyttjad energiresurs i form av solenergi. Solceller är en teknik att utnyttja för att producera el. Senaste tiden blivit allt vanligare i Sverige att

montera solceller på hustak. I detta examensarbete ska en solcellsanläggning projekteras på en villa i Hallstahammar. Denna projektering ska kunna användas som modell för andra liknande villor i Sverige. I detta stycke förklaras bakgrund, syfte, frågeställningar och avgränsning.

1.1 Bakgrund

Elbehovet har ökat i Sverige senaste åren och det beror på att regeringen har lagt ner

kärnkraftverken Ringhals 1 & Ringhals 2. Detta ledde till att Sverige var tvungen att köpa el från Polen, el som köptes från Polen var icke förnybar och kom från kolkraft. Trots att Sveriges mål är att gå mot ett hållbart samhälle och producera elektricitet med hjälp av förnybara energikällor. Enligt Josef Nylén presschef på Forsmark kommer elbristen tyvärr att finnas kvar i Sverige kommande år, eftersom elbehovet ökar hela tiden på grund av att det byggs fler villor och fabriker (Sverigesradio, 2021). Villor och bostäder är en av de sektorer som använder mest el i Sverige. (Vattenfall, 2020)

Figur 1: Visar elanvändning per sektor i Sverige 2017

Enligt Katarina Brännström, riksdagsledamot, är elbrist mer märkligt i södra delen av Sverige och detta beror på att elproduktionen är mest i norr, samt att elnätet inte klarar av att

transportera elen från norr till söder. En annan anledning till elbristen i söder är att

befolkningen är betydligt mer jämfört med norra Sverige, vilket betyder att det uppstår ett mer elbehov. (Brännström, 2020)

I detta arbete kommer en litteraturstudie redovisas om solceller, och hur solcellsutvecklingen ökar tekniskt samt ekonomisk. Intresset för förnybara energikällor som solen ökar hos befolkningen. Därför kommer fokusområdet för detta arbete vara solceller eftersom solceller är en viktig teknik att utnyttja solens energi till att producera elektricitet. Målet med

examensarbetet är att minska elbehovet hos en villa i Hallstahammar genom att installera solceller på denna villa. Vårt önskemål efter installation är att se hur mycket den köpta

0 20 40 60 80

bostäder industri transport

TW

h

(12)

andelen el minskar. Efter undersökningen önskar vi att denna projektering ska kunna användas som modell för andra liknande villor (svårt att inkludera alla, med tanke på hur olika förutsättningar det är i Sverige exempelvis gällande klimat, storlek på villor, mitt inne i stan eller ute på landet osv).

1.2 Syfte

Syftet med detta arbete är att dimensionera en nätansluten solcellsanläggning på en villa i Hallstahammar för att minska elbehovet från elnätet hos denna villa samt reducera kostnaden för den köpta elen. Andra syftet med arbetet är att öka kunskapen i ämnet solceller som är någorlunda nytt. Dessutom ska denna kunskap väcka folks intresse att montera solceller på sin villa, vilket kan i sin helhet hjälpa Sverige med elproduktion och leda till att Sverige inte ska behöva köpa el från andra länder.

Målet med arbetet är att undersöka följande punkter:

• Generell kunskap om ämnet solceller • Solcellsuppbyggnad och system • Dimensionering

• Ekonomisk och teknisk lönsamhet • Elproduktion

• Skatter och stöd

1.3 Frågeställningar

För att uppfylla arbetes syfte har följande frågeställningar besvarats. 1. Hur mycket el förbrukar denna villa?

2. Hur mycket el kan solceller bidra med?

3. Hur ekonomisk lönsamt är det att installera solceller på denna villa? 4. Vilka utmaningar finns vid installation av solceller?

1.4 Avgränsning

Studien görs främst på en villa i Hallstahammar, där undersökningen görs på taket gällande lutning, azimut, area osv. I detta arbete kommer inte att ske några jämförelser mellan olika villor och dess placering utan fokusen läggs på bara en villa.

(13)

2 METOD

I detta examensarbete användes olika metoder, och dessa metoder har valts för att lättare kunna besvara frågeställningarna. För att färdiggöra arbetet utfördes först och främst en litteraturstudie på ämnet solceller, därefter gjordes mätningar på en villa och sist användes dimensioneringsprogrammen PVGIS samt beräkningar.

2.1 Litteraturstudie

En litteraturstudie utfördes för att få en fördjupad kunskap i ämnet solceller och till detta användes olika material bland annat, vetenskapliga artiklar, företagssidor, statistik och myndigheternas hemsidor.

2.2 Mätningar

Mätningar gjordes på en villa i Hallstahammar, där fick vi villans taks area, lutning och inriktning. Dessutom samlades information om villans årliga elförbrukning genom att analysera fakturorna.

2.3 Dimensionering & Beräkningar

Beräkningar utfördes med hjälp av programmet PVGIS. Det är en officiell webbplats som hjälper vid simulering av solcellsanläggningar. Detta program ger möjligheten att kunna beräkna energiproduktionen i kWh, genom att mata in olika parametrar såsom plats, lutningen och azimut. Fördelar med PVGIS är också att det är gratis och lättillgängligt för alla via webben.

3 LITTERATURSTUDIE

Detta avsnitt innehåller litteraturstudien om ämnet solceller. Det börjar med, allmänt om solenergi, historia, solceller i Sverige och världen samt solcellens miljöpåverkan och i slutet redovisas även solcellens uppbyggnad samt solcellssystem.

3.1 Historia

Solenergi används sedan tusentals år, Archemides var en av dem första som upptäckte denna energi när han riktade solstrålningar med hjälp av en spegel för att tända eld. Solenergin användes även under Sokrates tid, där värmdes hus med hjälp av solstrålningar som kom in i

(14)

huset genom fönster, 400 år f.Kr. Solenergins användning var begränsad för att bara värma hus eller tända eld, fram till i mitten av 1900 talet då vanliga solceller som finns idag började användas. (tib, 2019)

Solcellerna som används idag är upptäckta av Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller och Gerald Pearson som kunde installera första solcellspanelerna (Sveasolar, 2021). Innan dess, år 1839, har Edmond Becquerel lyckades att göra sin första fotovoltaiska experiment, genom att producera el från solenergi. Edmond Becquerel idé var första steget till att man kunde komma fram till att upptäcka solcellspaneler (Oresundskraft, April 2019).

Idag har solceller utvecklats mycket, verkningsgraden hos solceller har utvecklat från 1% till 40% vid testning i laborationer. Därmed är verkningsgraden i praktiken mellan 15% och 20%. Solceller testas ofta med STC, Standard Test Condition, där temperaturen är 25°C och

solstrålningar är 1000 W/ m2_{. Det finns moderna solcellspaneler som kan ha högre}

verkningsgrad jämfört med dem som redan finns på marknaden. Moderna solcellspaneler kan nå 22,8% verkningsgrad, ett exempel på det är SUNPOWER som tillverkas i USA. Målet är att alla solpaneler ska ha minst 20% verkningsgrad till 2027. (Hemsol,2021).

3.2 Allmänt om solenergi

I nuläget får världen sin energi till stor del från icke förnyelsebara energikällor som olja, naturgas och kol (BP Statistical Review of World Energy, 2019). Jordens resurser är begränsade och enligt BP Statistical Review of World Energy kommer vissa resurser att ta slut om vi fortsätter använda dem som vi gör idag. Olja och naturgas kommer ta slut de närmaste 50 åren, samtidigt kommer kol bara att räcka 132 år till. Samtidigt har världens energianvändning ökat det senaste decenniet och det kommer att fortsätta öka. Därför måste världen nu hitta förnyelsebara resurser för att få sin energi och el ifrån. Ett alternativ kan vara solen som en förnyelsebar energikälla. Solen är den största energikällan som är oändlig, förnybar och samtidigt gratis. Ett intresseväckande faktum om solenergi är att jorden tar emot lika mycket energi från solen på 2 timmar som hela världens befolkning använder på ett helt år. Det betyder att om vi utnyttjar en tiotusendel av all energin från solen ska det täcka upp hela jordens energianvändning på ett år. (Svensk solenergi, 2009)

I dagsläget har världen upptäckt och utvecklat tekniken att utnyttja solens energi för att producera elektricitet och värme. Solceller är en teknik som används för att producera el med hjälp av solstrålning. Solceller är gjorda av halvledare ofta kisel som är ljuskänsliga och omvandlar solstrålning till elektrisk ström. Varje cell har liten yta som har ganska låg

spänning därför kopplas många små solceller ihop med varandra, antingen parallellt för att få hög ström eller i serie för att få hög spänning. (Svensk solenergi, 2009).

Forskarna har undersökt och visat att om man utnyttjar 0,2% av Saharaöknens 9 miljoner kvadratkilometeryta till att bygga solceller, då skulle man kunna försörja hela Europa med el (Ny teknik, 2009). Idag har solceller många användningsområden bland annat används de på villor, byggnader, fasader, företag, fabriker, bilar, satellit osv.

(15)

3.3 Solceller i Sverige & världen

Sverige elanvändning ökar under vinter jämfört med sommaren, medan solcellerna producerar som mest under sommaren. Detta beror på Sveriges geografiska läge som är solfattigt, jämför med andra länder som ligger runt ekvator. Antal soltimmar som är ganska låga under vintern, gör det svårare för solcellspaneler att producera mer el. Ändå ökar fortfarande intresset på solcellsinstallation, eftersom Sverige riktar sig mot ett mer hållbart samhälle. Staten ger stöd till företag och privata personer som installerar solceller på deras tak. Investeringsstödet är 20–30% av kostnaden, under året 2019 var det totala beloppet som regeringen har betalat ut i stöd över 300 miljoner kr. Enligt Isabella Lövin, miljö & klimatminister, så är hon glad över att se en fortsatt ökning av solpaneler på taken runt omkring landet. (Regeringen, 2019) Samtidigt har priset på solcellsanlaggningar minskat betydligt senaste 10 åren. Alla dessa faktorer underlättade för att göra solceller mer tillgängligt (Khan, 2017).

Solenergin är mindre än 1% av Sveriges elproduktion per år. Sveriges elproduktion under året 2020 var 159 TWh, där solcellers produktion är ca 0,7 TWh. I Sverige har vi mer än 44 000 solcellsanläggningar, om alla lämpliga tak i Sverige skulle används för att installera solceller så skulle produktion kunna öka till 40 TWh per år. Nästan en fjärdedel av Sveriges

elproduktion kan vara av solenergi. (Ekonomifakta, 2021. Energimyndigheten, 2020) Sverige tackade ja också för stödet för all vetenskaplig forskning som uppmanar utveckling av solceller, särskilt för företag och universitet. En av dem forskningarna som pågår är att forska på hur snö kan påverka solpanelers effekt. (Energimyndigheten, 2020)

I Europa varierar intressen för solceller, vissa länder satsar mer på solcellsinvesteringen än andra. Sammanlagt var solcellers installerade effekt år 2018 ca 11 GW. Tyskland är än av

dem länder i Europa som investerade med solenergi. Tyskland hade störst installerad effekt

solceller i Europa med 2,96 GW. Turkiet kom på andra plats, där installationen var mer än 1,6

GW. I Norden har Danmark mest installation av solceller med 0.85 GW. Danmark har även

andra icke förnybara energikällor, men de har satsat högt på solceller. Sverige kom på andra plats med 0.2 GW. (mag.solarfeeds, 2019)

3.4 Solcellens miljöpåverkan

Solcellsinstallation har både positiv och negativ påverkan på miljön. Kina producerar 70% av alla solcellsmoduler, och i Kina används fossila energikällor i industrier för att tillverka solceller. En annan nackdel är kisel som kräver mycket energi att återvinna och rengöra, 97% av solcellerna som säljs på marknaden består av kisel. Eftersom de flesta solcellsmoduler tillverkas i Kina leder det till en ökning av utsläpp genom transport, speciellt de moduler som transporteras till Europa. Alla dessa nackdelar innebär att solceller inte är 100% hållbart. (energimyndigheten, 2021)

Trots dessa nackdelar, så är solenergi fortfarande en av dem minst miljöskadliga

energikällorna. Tyskland är ett av de största länder som tillverkar solceller, vilken kan vara en tillfällig lösning för europiska länder att handla ifrån, för att undvika transporten från Kina. Elen från solceller är från en förnybar energikälla och har inget utsläpp efter installationen. Livslängden på solceller är mellan 20 och 30 år, som också är positivt. Solcellerna är tysta, vilket innebär att anläggningen inte stör omgivningen. En annan fördel är att el-användningen och produktionen ligger nära varandra, på det sättet tillkommer inga förluster vid

(16)

ansvar att samla de solpaneler och andra elektroniska avfall som skall återvinnas. Man kan spara olika delar av solpaneler för att använda dem senare, t.ex. aluminium och glaset. (energimyndigheten, 2021)

I 2014 genomfördes en jämförelse på koldioxidutsläpp vid elproduktionen mellan solceller och ett kolkraftverk. Resultatet visade att solceller utsläpper 41 gram CO2 för varje

producerande kilowattimme, däremot utsläpper kolkraftverket 820 gCO2/kWh. (energimyndigheten, 2021)

3.5 Solcellsfysik

De flesta solceller är byggt av kisel. En kiselatom har atomnummer 14 och har 4

valenselektroner det vill säga att den har 4 elektroner i sitt yttersta skal. För att atomen ska nå stabilitet måste den ha 8 elektroner i sitt yttersta skal. Därför delar kiselatomen sin elektron med 4 andra kiselatomer och denna delning kallas för kovalentbindning. Denna bindning ger även atomen en låg ledningsförmåga. (Sveasolar, 2018)

Figur 2: Visar kovalent bindning mellan kiselatomerna.

För att kiseln ska kunna användas i en solcell måste man ha 2 olika skikt av kristallinkisel som är doppat med andra atomer. Dessa skikt kallas för N-skikt och P-skikt.

3.5.1 N-skikt

I denna teknik tillsätts en atom med 5 valenselektroner som fosfor i en kiselkristall och detta leder till att atomen blir negativladdad och får ett överskott av elektron. Denna elektron är mindre bunden i nya kristallstrukturen och kan fritt röra sig i atomen. (Sveasolar, 2018)

(17)

Figur 3: Visar n-skikt kiselkristall som är doppad med Fosfor.

3.5.2 P-skikt

I denna teknik tillsätts en atom med 3 valenselektroner som grundämnet Bor i en kiselkristall och detta leder till att den nya kristallstrukturen blir positivladdad och får ett underskott av elektron.

Figur 4: Visar P-skikt kiselkristall som är doppad med Bor.

I en solcell används båda P-skikt och N-skikt av kristallinkisel. Mellan de båda skikten skapas ett starkt elektriskfält och när en foton med tillräcklig energi träffar solcellens yta lyfter den elektronen till ledningsbandet och då hamnar elektronen i det elektriska fältet. Denna elektron dras till den positiv laddade skiktet och skapar ström. (Sveasolar, 2018)

3.6 Solcellensuppbyggnad

Solcell är gjorda av halvledande skivor ofta kisel som är ljuskänsliga och omvandlar

solstrålning till elektrisk ström. Skivorna är ofta små och har storlekar mellan 10–20 cm längd och bredd. Flera av sådana skivor kopplas ihop antingen i serie eller parallell och blir till en stor enhet. Enheten monteras på en aluminiumram samt ett glas eller härdad plast som täcker enheten. När alla materialen är ihopkopplade blir den till en större modul som kallas

solcellspanel. Solcellspanelen kan ha olika storlekar ofta 1m * 1,7m och kan monteras efter önskad effekt. (Energimyndigheten, 2009)

(18)

3.6.1 Olika typer av solceller

I nuläget finns det en mängd olika typer av solceller och den vanligaste som tillverkas mest i världen är kristallint kisel. Det finns 2 typer av kristallin kisel, ena är multikristallin som var 62% av världens modulproduktion och som har en modulverkningsgrad på cirka 17%. Den andra är monokristallint kisel som var 33% av världens modulproduktion år 2017, den har en modulverkningsgrad på cirka 20% och är ofta dyrare än multikristallin. Det finns även tunnfilmssolceller som stod för 5 % av världens solcellsproduktion. De har en verkningsgrad på cirka 17–18% och som namnet antyder så har tunnfilmssolceller låg materialåtgång (energimyndigheten ,2019).

3.6.2 Kiselsolceller

Tekniken har utvecklats genom tiderna och det pågår fortfarande forskning för att förbättra solcellernas verkningsgrad, livslängd och effektivitet. Kiselsolceller är den första

generationen av solceller som idag dominerar marknaden. Kiselsolceller stod för 95% av totala produktionen år 2017 och de är gjorda ofta av kristallinkisel (Jinko solar, 2017). Anledningen till att kristallinkisel har den största produktionen i världen är att de har längre livslängd och kan fungera upp till 30 år. De flesta solcellsleverantörer ger en effektgaranti på 20–25 år. Utöver alla fördelar med kristallinkisel så finns det vissa nackdelar bland annat kan deras verkningsgrad påverkas mycket vid höga temperaturer på solceller. (energimyndigheten, 2019)

Figur 5: Visar uppbyggnad av kiselsolceller (Cleveland, 2016)

3.6.3 Monokristallina solcellers

Monokristallina solcellsmoduler är kiselsolceller där atomerna sitter i god symmetri som gör att de har bättre verkningsgrad än andra typer. Modulerna är inte helt rektangulära utan har

rundade kanter, de finns ofta i svart skikt. Modulytan är cirka 1,69 m2_{. Monokristallina}

solceller stod för 33% av världens solcellsproduktion och har en verkningsgrad mellan 15 – 22%. Denna typ av solcell är ofta dyrare än andra på grund av bättre livslängd och

(19)

Figur 6: Visar Monokristallina solceller (Stridh, 2018)

3.6.4 Multikristallina solceller

Multikristallina solcellsmoduler som också kallas Polykristallina är kiselsolceller där

atomerna inte sitter lika symmetrisk som de gör på Monokristallina. Detta gör att modulen har lägre verkningsgrad mellan 15–17% men kostnaden att tillverka är billigare än

monokristallina. Denna typ av moduler är rektangulära och oftast skimrande blåaktiga men finns även i andra färger. Multikristallina solceller stod för 62% av världens

modulproduktion år 2017 och modulytan är cirka 1,94 m2_{och har en vikt på cirka 22,5kg}

(Jinko solar, 2017).

Figur 7: Visar Multikristallina solceller. (Stridh, 2018)

3.6.5 Tunnfilmssolceller

Tunnfilmsolceller är tunna och det går åt mindre material vid tillverkningen. Tekniken är så att det placeras tunna skivor av ljuskänsliga material på bakgrundsyta därefter monteras glasskikt och andra material som stål för att hålla ihop dem. Det finns en mängd olika tunnfilmsolceller och benämns efter vilka material som har används vid produktionen. Det finns exempelvis CdTE som är (kadmium tellurid), CIGS (koppar, indium, gallium, selen). Tunnfilmsolceller är inte lika vanligt som kiselsolceller på grund av att det inte finns lika mycket material och tekniken har inte förbättrats. Denna typ av solceller är böjbara vilket innebär att man kan montera de på ojämna tak och ytor. En anläggning med

tunnfilmssolceller är ofta dyrare jämfört med kiselsolceller förutsatt att samma mängd el ska produceras. Anledningen till det är att tunnfilmsolceller har betydligt lägre verkningsgrad än kiselsolceller och det gör att man behöver använda mer takyta och mer paneler måste

installeras. (Roy, 2021)

Tunnfilmsolceller stod för 5 % av världens modulproduktion och har en verkningsgrad på cirka 10 – 16% (energimyndigheten 2019). I Sverige forskas det för att minska på

tillverkningskostnader samt öka verkningsgrad för tunnfilmsolceller. Denna forskning görs vid Uppsala universitet och energimyndigheten stödjer forskningen (forskningsverige, u.å).

(20)

Figur 9: Visar tunnfilmsolcell. (Stridh, 2015)

CdTe (kadmium tellorid)

CDTE är en typ av tunnfilmssolceller och tillverkas av sammansatt Kadmium och tellur som båda är halvledare. Ämnet absorberar solljuset och omvandlar det till elektricitet. Utifrån miljöperspektiv innehåller denna typ av solceller kadmium som är ett miljöfarligt ämne. Denna typ av solcell är ofta billigare än kristallina solceller och har en verkningsgrad på cirka

17–18%. Modulytan är cirka 2.48 m2_{och har en vikt på 36kg (firstsolar u.å).}

CIGS (Koppar, Indium,Galium, Selenid)

Denna typ av tunnfilmsolceller innehåller ämnena koppar, Indium, Galium och Selenid som alla är halvledare och omvandlar solljus till elektricitet. Den kan själv inte producera el och måste kombineras med andra material för att bilda en p- och n- doppning. Dessa material är oftast glas, plast eller metallfolie. CIGS solceller liksom andra tunnfilmssolceller är böjbar och har flexibla rörelse, detta egenskaper gör att de kan monteras på ojämna ytor. Denna typ

av solcell har en verkningsgrad på 14–16% och en modulyta på 0,94 m2_{samt en vikt på}

16,5kg. (Boukortt, 2021)

Amorft kisel A-si

Denna typ av solceller var den första tunnfilmssolcellen som kom ut på marknaden, den är baserad på kisel men har inte kristallstruktur. Materialåtgången är liten vid tillverkningen jämfört med kristallina kisel och enligt energimyndigheten har man nu goda resurser av kisel på jorden. Amorft kisel har generellt en verkningsgrad på 6–10% men är en av de mest miljövänliga typerna av solceller (nyteknik, 2017).

Figur 8: Visar uppbyggnad av tunnfilmsolcell. (Cleveland, 2016)

(21)

3.7 Solcellssystem

Elen som produceras av solceller är likström, och kräver att man omvandlar den till

växelström. Solcellerna kan endast producera el när solen skiner. Men för att använda elen även under nätterna, så behövs det batterier för att kunna lagra elen. I detta avsnitt redovisas alla komponenter som behövs för att producera el. Inledningsvis med solpanel vidare till användning i huset och till elnätet.

Figur 10: Visar olika komponenter för nätanslutet system (energimyndigheten, 2019) Ett solcellssystem består av:

- 1: solcellsmodul

- 2: växelriktare

- 3: el central

- 4: solel som används direkt i huset

- 5: elmätare

- 6: in-och utmatning av el mellan hus och lokalnät.

3.7.1 Solcellspanel

Solpanelerna ska monteras på taket, man kan placera på andra ställen, och riktas mot solen, för att kunna fånga ljusstrålningar från solen. Det är viktigt att placera dem lämpligt, för att kunna få bästa resultat. Solpanelerna är ofta i seriekopplade moduler, när man kopplar flera solpaneler i serie så blir installationen som en stor solpanel. En solpanel med 60 celler har ca 30V, om man monterar 10 solpaneler på ett tak, motsvarar detta ca 300V. Detta är en nackdel när man har seriekopplade moduler, på grund av den höga spänningen som byggs. Det leder också till att resistansers ökar. Dvs spänningen kommer att begränsa antal solpaneler man kan ha på taket, och att man inte kan ha fler antal paneler om spänningen ökar. Det max som panelerna kan klara är ungefär 1000V, ungefär 28 moduler på ett tak som är seriekopplade. Vid seriekoppling adderas spänningarna för respektive modul medan det vid parallellkoppling är densamma för en enskild modul. Detta betyder att spänningen inte ändras, det spelar ingen

(22)

roll om man har en modul eller 100 moduler. Man kan tro att parallellkopplingen är lösningen till problemet, men tyvärr så är det svårare att installera moduler parallellt eftersom dem kräver specialinstallation vid strömavbrott, samtidigt slutar växelriktaren att transportera ström när det blir strömavbrott.

3.7.2 Växelriktare

Elen som används i böstader är växelström (AC), däremot är elen som produceras från solceller likström (DC). Växelriktarens huvuduppgift är att Omvandla DC till AC, alltså likströmmen till nätkompatibel växelström, med lämplig spänning och frekvens. Vid koppling av växelriktare möjliggörs att elen som produceras från solceller kan användas hemma.

(Energimyndigheten, 2014)

Växelriktaren har en viktig funktion som kallas MPPT (Maximum Power Point Tracker), denna funktion gör att växelriktaren hittar maxeffektpunkten för att få bästa resultat av modulerna. (Energimyndigheten, 2014). Växelriktaren monteras nära solcellsmodulerna, anledning till detta är att för undvika långa DC kablar. Det är också viktigt att den ska vara skyddad. Genom växelriktaren avläser man effekten som underlättar vid kontroll av anläggningen, den har en skärm som visar ackumulerad energin och effekt.

(Energimyndigheten, 2014)

Vid solcellsinstallation så har växelriktaren mest underhållskostnader, med ca 70 % av underhållskostnaderna. Forskarna anklagar kinesiska industrier för att producera olika typer av växelriktare av låg kvalitet, till exempel mikroväxelriktare. (Energimyndigheten, 2014). Olika faktorer minskar växelriktarens kvalitet, exempelvis är livstiden på en växelriktare ca 15 år, och det blir ofta fel på fläktar, osv. Idagsläget har verkningsgraden på de moderna växelriktarna ökat betydligt, jämför med senaste 10 åren. (Energimyndigheten, 2014)

3.7.3 El central

I varje bostad så delas den inkommande elen till flera grupper, t ex en grupp till köket och en annan till toalett, osv. Elcentralen är ett skåp där alla olika grupper samlas och justeras. Man delar upp elen till olika grupper för att man inte ska förlora elen till hela byggnaden ifall något fel inträffar, så att enbart den berörda gruppen blir strömlös. (molndalenergi. 2020)

Det finns nya typer av elcentral, dvärgsäkringar eller dvärgbrytare. Båda har funktionen att leda ström samtidigt som att avbryta ström om ett fel hittas i elnätet. (molndalenergi. 2020)

3.7.4 Elmätare

Elmätarens funktion är att mäta el som används i en bostad, informationen som visas på display uppdateras ungefär den tionde sekund. Det är viktigt att ha den när man installerar solceller för att kunna mäta sin egen elanvändning. På det sättet kan man göra sina el elberäkningar och bestämma antal paneler som behövs. Elmätaren mäter också effekt som

(23)

3.7.5 Övriga komponenter

Batterier är en av de viktigaste komponenterna for Off-Grid system, men för nätanslutet system behövs inget batteri. Genom batterier kan man spara eller lagra på överbliven el som solcellerna har producerat. Dem flesta batterier som används under installation är blybatterier. När man har batteri, så är det rekommenderat att ha laddningsregulator, som hjälper batteriet att reglera el transporten från och till batteriet, samtidigt att undvika överladdningen och urladdning. (Stridh, 2015)

En viktig komponent är Bypass-diod, som har uppgiften att hjälpa solpaneler att fortsatta producera el, även när en del av panelerna blir skuggade. De flesta solcellmoduler har cirka 60 celler, om en av dem blir skuggade, då stannar elproduktionen eftersom strömmen inte hittar en väg att ta sig i. Men med bypass dioder, då aktiveras dioderna när skuggningen sker för att strömmen ska kunna gå vidare genom dioderna till andra celler. (Stridh, 2015)

Figur 11: Visar hur D4 är aktiverat vid skuggning av cell4 (Stridh, 2018)

DC-brytare är en viktig komponent för säkerhet när man har installerat solceller. DC brytare placeras mellan solpaneler och växelriktaren, för att kunna bryta DC:n vid behov, t ex service. Vissa växelriktare inkluderar DC, men många av dem fyller inte kraven, och då måste man ha en separat växelriktare för DC. Samtidigt ska installation ha AC brytare, som placeras efter växelriktaren. (Stridh, 2015)

(24)

Figur 12: Visar placering av AC och DC brytare. (Garo AB, u.å)

3.8 Utmaningar

Det finns några viktiga faktorer som påverkar elproduktionen hos solceller, bland annat skuggning, verkningsgrad och väder. Nedan förklaras de faktorerna och dess påverkan.

3.8.1 Skuggning

Nästan alla solpaneler är utsatta för skuggning, skugga är ett hinder som stoppar elproduktionen hos en solcellspanel. Speciellt de paneler som är monterade på tak hos privatpersoner, där finns objekt som orsaker skuggning, t.ex. träd, skorstenar eller höga byggnader. Skorstenar har alla villor, enligt BBR så ska skorstenar vara minst 1 meter höga med en märkeffekt på 60 kW. För att minska skuggningen på solcellspaneler, är det viktigt att planera vart det är lämpligt att montera paneler. Skuggningen leder till att minskad

solinstrålning, som på så sätt minskar solcellseffekten. Det är möjligt att solcellerna inte producerar någon el alls, när stora delar av en solpanel är skuggad.

Skuggning på en solcellspanel kan leda till hot-spots, hot-spot gäller när en eller flera celler blir skuggade och andra celler försöker att trycka vidare strömmen. Detta leder till att solcellerna riskerar att få skador på grund av värmen som bildas, värmen kan nå ca 150 °C. Hot-spots är en stor risk för solpaneler, samtidigt minskar produktionen. (Denga.S, 2017) Det finns olika metoder att minska skuggningen. Att placera solpaneler på en plats där panelerna inte riskeras för skugga. Olika komponenter hjälper till att undvika

skuggningsproblem, till exempel Bypass dioder och växelriktare.

En studie som gjordes av Chayut Tubniyom visade helt skuggad seriekopplad solpanel har produktionen minskat mer än 90%, däremot gjordes samma experiment på en parallellkopplad

(25)

3.8.2 Verkningsgrad

Verkningsgrad hos solceller har länge varit en teknisk utmaning. Det har utvecklats med tiden från 1% till 40% i laborationer men i praktiken har det inte varit så bra utveckling (Sharma, 2021). Dagens solceller har en verkningsgrad på cirka 17 – 21% och med en livslängd på cirka 30 år. Enligt Jonas Pettersson på Energimyndigheten minskar verkningsgraden cirka 0,2 - 0,5% per år vilket betyder att om man har en solpanel med verkningsgraden 19% så blir verkningsgraden cirka 15% efter 20 år om vi väljer att det minskar med 0,2%. Det finns många anledningar till att man har dålig verkningsgrad på solceller bland annat beror det på att hela ytan av solpanelen inte täcks av solceller. En annan faktor som påverkar

verkningsgraden är förluster mellan cellerna samt hot-spot. (Energimyndigheten, 2019) Om man jämför solcellens verkningsgrad med vindkraft och vattenkraft som har 50% respektive 90% så ligger solceller längst ner i listan. (Naturskyddsföreningen, 2020. Energimyndigheten 2019)

Nedan är ett diagram som visar bästa uppmätta verkningsgraden i Lab för mycket små solceller

Figur 13: Visar utvecklingen av solcells verkningsgrad över tid. (NREL, u.å)

3.8.3 Väder

Väder är en av de viktigaste faktorer som påverkar mest elproduktionen hos solceller. Det är antal soltimmar som avgör hur mycket el man får utav solceller. Sveriges geografiska läge har gjort att man har mindre soltimmar jämfört med länder som ligger runtomkring ekvatorn. Året 2013 var antalsoltimmar i Sverige, cirka 1900 timmar. Denna siffra är ganska låg, när det jämförs med antalsoltimmar i Yuma i Arizona, USA samma år som var 4000 soltimmar. (Gotland. 2013, varldsrekord, 2013)

(26)

3.9 Solceller i villor

Solceller är vinst för båda miljön och villaägare, vid solcellsinstallation på en villa. Vissa objekt begränsar antal solpaneler som ska installeras, en av dem är takets area. Samtidigt ska taklutningen riktas mot solen, för att kunna producera mer el. Det är viktigt också att ta reda på elbehovet, eftersom det kan hända att man producerar mer än behovet. Detta leder till att man får mindre ersättning från skattereduktion, samtidigt kommer elnätbolaget att ta mer avgifter. (Vattenfall, 2020)

Enligt energiexperten på Vattenfall, Lasse Ejeklint är medelvärdet elförbrukningen för en villa 25 000 kWh. Elförbrukningen fördelas mellan uppvärmning, tappvarmvatten och

hushåll. Kostnaden för elförbrukningen är cirka 35 000 kr/år, detta gäller när villan är kopplat till fjärrnätet och köper el från elbolag. Elförbrukningen varierar hos olika villor, beror på antal personer som bor i villan och vilka vanor som personer har, t.ex. ett pensionärspar använder inte lika mycket el som en familj med fler barn. (Vattenfall, 2020)

Vanligaste villor i Sverige installerar solceller på 5–10 kW effekt, som producerar mellan 4000 kWh och 8500 kWh. Arean som krävs för anläggningen är 25–60 kvm, som är inget problem för flesta villor. Energimyndigheten presenterade ett exempel på en villa som installerade solceller med 8 kW effekt, då blev elproduktionen 7200 kWh/år.

(energimarknadsbyran, 2020)

3.10 Solcellers elproduktion

Det finns många faktorer som påverkar elproduktionen hos solceller, därför är det svårt att veta exakt hur mycket el solceller producerar över en viss tid. Sverige har ett växlande klimat vilket gör det svårare att veta elproduktionen. Jämför man Sverige med Saharaöknen så är det betydligt lättare att veta exakt hur mycket el solceller kan producera i Sahara.

För att uppskatta och räkna ut det förväntade effekten har man hänsyn till följande faktorer.

• Skugga: för att vid moln, trä, skorsten osv kan produktionen minska rejält • Azimut: riktning på solceller

• Lutning: Solpanelens lutning, bästa lutning brukar vara cirka 45° • Verkningsgrad: Modulens verkningsgrad

• Effektstorlek • Nedsmutsning

Det finns simuleringsprogram som räknar det årliga elproduktionen och i Sverige får man årligen cirka 1000KWh/1kW installerad effekt. (Bengt, 2019)

(27)

betala den rörliga kostnaden av el som köps från nätet samt att kostnaden för egenanvänd el är lika mycket som köpt el. Elproduktionen från solceller varierar under dagen och ofta är

produktionen störst mitt på dag fast behovet är mest på morgonen och under kvällen. När elanvändningen är lägre än produktionen kan hela elbehovet tillfredsställas av solceller och överskottet kan matas ut på nätet. Tvärtom behöver man köpa el från elnätet när behovet är mer än produktionen. (Energimyndigheten, 2019)

Det finns metoder för att öka egenanvändningen.

• Byta riktning och orientering av solpaneler för att få en jämn produktion under dagen. • Lagra elen i batterier och använda den vid behov.

• Matcha produktionen mot förbrukning dvs använda mest när den produceras som mest, exp. använda elektroniska apparater som tvättmaskin, diskmaskin osv mitt på dagen.

3.12 Överskottsel

Överskottsel är den el som inte går till egenanvändning och istället matas in på nätet. Elmätaren kopplas på ett sätt att när elen direkt används i fastigheten passerar den inte elmätaren. Det leder till att varken produktion eller den direkta förbrukningen utav elen räknas in i elmätaren.

Överskottselen som matas på nätet kan säljas. Det finns några lagar och regler som bör följas vid försäljning av el.

Följande ellag gäller för mikroproducenter:

• Man kan framställa förnybar el och anmäla detta till elföretag för att kunna sälja sin el. • Inmatningen till och uttag från elnätet ska ske genom samma anslutningspunkt. • Anslutningspunkten ska ha en säkring på 100 Ampere.

• Man får högst sälja 30 000 KWh/ år för att kunna få skattereduktion. • Man kan inte få skattereduktion för fler KWh än du köpt från elnätet.

Inkomster för den sålda el räknas som kapitalinkomst och om man tjänar över 40 000 kr/år bör den deklareras till Skatteverket. (Energimarknadsbyrå, 2020)

3.13 Investeringskostnader

Den specifika investeringskostnaden för solcellsanläggningar förändras i takt med den tekniska utvecklingen. Kostnaden för installation av solceller beror på följande faktorer.

• Produktionsmetoder utvecklas och förbättras med tiden vilket minskar kostnaden. • Råvara priser är inte stabilt och hela tiden ökar och minskar.

• Verkningsgradförbättringar av solceller. Man behöver färre solpaneler med ökad verkningsgrad vilket minskar kostnader.

• Installation och monteringskostnader minskar med tiden eftersom tekniken är relativ nytt och konkurrensen ökar.

(28)

Kostnader för solceller har hela tiden sjunkit och mellan 2009 och 2014 har kostnaden minskat med 80%. Enligt Energimyndighen kommer kostanden att fortsätta sjunka. De antar att från 2015–2025 kommer kostnaden att minska med 60%.

Nedan är ett diagram på kostnadsutvecklingen för solceller i Europa och tillverkningsland. (energimyndigheten, 2018)

Figur 14: Visar prisutvecklingen i Europa uppdelat på teknologi och tillverkningsland. (energimyndigheten, 2015)

Kostnader för solceller har även minskat i Sverige. Nedan visas prisutvecklingen för olika solcellssystem.

Figur 15: Visar prisutvecklingen för solcellssystem i Sverige. (energimyndigheten, 2015)

(29)

utbetalar Skatteverket för företaget. Skattereduktion ersätter statliga stödet, det betalas 15% av kostanden till både material och arbete vid nätanslutet solcellssystem. Anledningen till att stödet har tigits bort var att många ansökningar hade kommit till staten under 2020, vilket gjorde att budgeten för stödet inte räckte. (Skatteverket, 2021)

4 AKTUELL STUDIE

Detta kapitel innehåller beskrivning av det aktuella arbetet att redovisas. Det börjar med en kort beskrivning av villan och därmed redovisas mätningar, ekonomiska och tekniska simuleringar.

4.1 Beskrivning av villan

Solcellerna monteras på hustaket på en villa i Hallstahammar, villan storlek är 138 m2_och

taket storleken är 210 kvm inkl. garaget. Takets riktning är mot sydväst dvs Azimut är cirka 45°, vilket innebär att stora delar av taket har utsikt över solen. Taket har olika lutningar, vid garaget och balkongen är lutningen 20°, respektive 46°. Villans Säkringsstorlek i

anslutningspunkten är 16A

I denna villa bor 6 personer, som delar ett kök, två toaletter, 5 sovrum, ett badrum, tvättrum och ett vardagsrum. Villans elförbrukning under 2020 var 14 272 kWh och totala kostnaden för båda el och el överföringen var 21 140 kr. Villaägaren har redan installerat bergvärme för uppvärmningen av huset och tappvarmvatten. Pumpen för bergvärme har den största

elförbrukningen i hushållet.

Villan för nuvarande har ett fast elavtal med Eon, därmed står Mälarenergi för el överföringen dvs äger elnätet. Elnätsavgiften består av en fast och ett rörligt avtal. Den rörliga delen beror på elförbrukningen. Ju mer villan förbrukar desto mer blir elnätsavgiften.

4.2 Mätningar

Mätningar gjordes på taket med hjälp av avståndsmätare. Solceller installeras på framsidan garaget och huset. De två platser valdes eftersom stora delar av det har utsikt över solen. Garagets framsida har en area på 24 m^2 med 20° lutning. Huset är uppdelat i två olika tak

med lutning 20° respektive 46°. Den med lutning 20° har en area på 39 m2_{, därmed tak med}

46° lutning har en area på 21 m2

(30)

Tabell 1: Visar takets lutning och area där solceller monteras på.

Lutning [°] Area [m2_]

Garage 20 24

Husets övre tak 46 21

Husets nedre tak 20 39

(31)

4.3 Simulering & beräkningar

För att beräkna hur stor effekt man kan installera på taket behöver man veta solpanelens area samt effekt. I detta fall har vi valt monokristallin kisel från Eon och den har en teknisk och ekonomisk livslängd på 30 år. Bilagan på sidan 37 och 38 visar solcellsprodukten.

Nedan visas en tabell på elektriska egenskaper hos modulen.

Tabell 2: Visar elektriska egenskaper av monokristallin solcellsmodul vid STC

Maximum Power (Pmax) 365 W

Optimum Operating Voltage (Vmp) 34,1 V

Optimum operating current (Imp) 10,71 A

Open Circuit Voltage (Voc) 40,7 V

Short Circuit Current (Isc) 11,42 A

Module Efficiency 20,0 %

Operating Module Temperature -40 °C to +85 °C

Maximum System Voltage 1000V DC

Modulen har en mått på 1,756m * 1.039m och arean blir då 1,824 m2_{. För att veta antal}

paneler som får plats på taket dividerar man takets area med modulens area. 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒𝑟 =./0123 242/5/ /61/_{789:;<=> ?@<?} = _C,AEBAB ≈ 46

För att kunna beräkna effekten på varje tak räknas det på följande sätt.

- Garage:

Antal moduler som monteras på garaget = _{I4JK51L3 /61/}G/6/H123 /61/= _C.AEBEB ≈ 13

𝐸𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 = 𝐴𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒𝑟 ∗ 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒𝑛𝑠 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 = 13 ∗ 365𝑊 = 4,75 𝐾𝑊

- Husets övre tak:

Antal moduler som monteras på husets övre tak = _{I4JK51L3 /61/}./0123 /61/ = _C.AEBEC ≈ 11

- Husets nedre tak:

Antal moduler som monteras på garaget = ./0123 /61/

I4JK51L3 /61/= ]^ C.AEB≈ 21

- Anläggningens total effetk = 4,75+4,02+7,67 = 16,45 KW

Den årliga energiproduktionen beräknas med hjälp av simuleringsprogrammet PVGIS där matar man in lutning, effekt, Azimut, system förluster ca 14%, typ av modul och Radiation database till exempel ERA5.

(32)

Garage:

Nedan visar resultatet från PVGIS på garaget där ingår inputs data, årliga energiproduktion samt ett diagram över produktionen och solstrålning uppdelat i månader.

Totalt elproduktion för garaget blev cirka 4043 kWh

Performance of grid-connected PV

PVGIS-5 estimates of solar electricity generation:

Provided inputs:

Latitude/Longitude: 59.612, 16.226 Horizon: Calculated Database used: PVGIS-ERA5 PV technology: Crystalline silicon PV installed: 4.75 kWp System loss: 14 %

Simulation outputs

Slope angle: 20 ° Azimuth angle: 45 ° Yearly PV energy production: 4043.9 kWh Yearly in-plane irradiation: 1061.21 kWh/m² Year-to-year variability: 136.48 kWh Changes in output due to:

Angle of incidence: -3.83 % Spectral effects: 1.45 % Temperature and low irradiance: -4.39 % Total loss: -19.78 %

Outline of horizon at chosen location:

Monthly energy output from fix-angle PV system: Monthly in-plane irradiation for fixed-angle:

Monthly PV energy and solar irradiation

Month E_m H(i)_m SD_m

January 57.7 16.4 10.1 February 149.6 37.2 32.7 March 368.4 91.4 56.8 April 527.3 134.2 46.9 May 614.3 160.8 54.1 June 625.3 166.7 40.4 July 588.2 158.6 53.4 August 489.7 130.5 66.3 September 338.9 88.8 39.2 October 187.2 48.6 33.8 November 63.1 17.6 18.7 December 34.2 10.5 6.6

E_m: Average monthly electricity production from the given system [kWh].

H(i)_m: Average monthly sum of global irradiation per square meter received by the modules of the given system [kWh/m²].

(33)

Husets övre tak:

Nedan visar resultatet från PVGIS på husets övre tak där ingår inputs data, årliga

energiproduktion samt ett diagram över produktionen och solstrålning uppdelat i månader. Totalt elproduktion för husets övre tak blev cirka 3611 kWh

Figur 18: Visar resultatet från PVGIS för husets övre tak.

Performance of grid-connected PV

Month E_m H(i)_m SD_m

SD_m: Standard deviation of the monthly electricity production due to year-to-year variation [kWh].

Reproduction is authorised, provided the source is acknowledged, save where otherwise stated.

The European Commission maintains this website to enhance public access to information about its initiatives and European Union policies in general. Our goal is to keep this information timely and accurate. If errors are brought to our attention, we will try to correct them.

However, the Commission accepts no responsibility or liability whatsoever with regard to the information on this site. This information is:

i) of a general nature only and is not intended to address the specific circumstances of any particular individual or entity, ii) not necessarily comprehensive, complete, accurate or up to date,

iii) sometimes linked to external sites over which the Commission services have no control and for which the Commission assumes no responsibility,

iv) not professional or legal advice (if you need specific advice, you should always consult a suitably qualified professional). Please note that it cannot be guaranteed that a document available online exactly reproduces an officially adopted text. Only the Official Journal of the European Union (the printed edition or, since 1 July 2013, the electronic edition on the EUR-Lex website) is authentic and produces legal effects.

It is our goal to minimise disruption caused by technical errors. However, some data or information on this site may have been created or structured in files or formats that are not error-free and we cannot guarantee that our service will not be interrupted or otherwise affected by such problems.

The Commission accepts no responsibility with regard to such problems incurred as a result of using this site or any linked external sites.

This disclaimer is not intended to limit the liability of the Commission in contravention of any requirements laid down in applicable national law nor to exclude its liability for matters which may not be excluded under that law.

(34)

Husets nedre tak:

Nedan visar resultatet från PVGIS på husets nedre tak där ingår inputs data, årliga

energiproduktion samt ett diagram över produktionen och solstrålning uppdelat i månader. Totalt elproduktion för husets nedre tak blev cirka 6530 kWh

Figur 19: Visar resultatet från PVGIS för husets nedre tak. Sammanlagt producerar anläggningen cirka 14 185 kWh.