Laddningsifrastruktur : Utvecklingsmöjligheterna för Rocklunda laddningsstation

LADDNINGINFRASTRUKTUR

Utvecklingsmöjligheterna för Rocklunda laddningsstation

FIRAS SHABAAN

LINUS KARLSSON

Akademin för ekonomi, samhälle och teknik

Kurs: Examensarbete Kurskod: ERA 206 Ämne: Elektronik Högskolepoäng: 15 hp Program: Högskolingenjörsprogrammet i Elektroteknik

Handledare: Anders Nordstrand Examinator: Erik Dahlquist

Uppdragsgivare: Anders Rosberg, Mälarenergi Datum: 2021-03-24

E-post:

fsn18008@student.mdh.se ikn18007@student.mdh.se

ABSTRACT

Today we have increased usage of electrical and hybrid cars and therefore higher demands on the charging infrastructure. This report is about development possibilities for an existing charging station for Mälarenergi AB. The report will look over different alternatives to reach the futures demand from customers. Two examples are solar panels and wind turbines which both could work as compliment to the electric network. A simulation was made for both alternatives in Pvsyst and WindPro to calculate the possibilities with these systems and see how they could work together. The result was reviewed, and calculations were made to see how much energy both systems could provide for the charging station. It is also discussed how this would affect the residential area. It was also considered if it would be necessary to increase the power of the charging post and what effect this would have on the electric network. The purpose of this study is to investigate what development opportunities there are for Rocklunda charging station which is in the Rocklunda area in Västerås. This will be done by carrying out a survey of the power outlet from Rocklunda's charging station and electricity supply to the charging station by developing a calculation program for dimensioning the combination of charge, solar, wind and battery storage. The work is limited to charging infrastructure that includes the slow AC charger and the fast DC charger for rechargeable cars. The method used in this report consists of literature study, equations, interviews, and calculation programs such as PVsyst, WindPro, PVGIS and LECO.

Keywords: Charging station, power peaks, electric cars, solar cells, wind power, charging posts.

FÖRORD

Detta examensarbete har genomförts som avslutning på högskoleingenjörsutbildning inom energiteknik med inriktning elektroteknik på MDH. Detta examensarbete deltar även i Vinnova projekt med Västerås stad och flera företag som Mälarenergi, ABB, och Svealandtrafiken. Avsikten med denna rapport är att ge Mälarenergi kunskap om ett integrerat system som består av solceller, vindkraft, batterilager och ladd-station.

Vi vill tacka vår externa handläggare Johan Tonde, ansvarig för drift och installation på Rocklunda laddningsstation på Mälarenergi som bidragit med tekniska dokumentationer och stöd.

Vi skulle även vilja tacka Eva Thorin, professor och vice akademichef inom akademin för ekonomi, samhälle och teknik som bidragit med information och kontaktuppgifter till de ansvariga inom Vinnova projektet.

Västerås i juni 2021

SAMMANFATTNING

Detta arbete utgjorde examensarbete för två högskoleingenjörsstudenter, vilket bedrevs på Mälardalens Högskolan (MDH) under våren 2021. Exjobbet är även en del av ett stort projekt som handlar om att kartlägga intressenter och genomföra en behovsanalys för kravspecifikationer kring elektrifiering, digitalisering och tjänstefieringav transportsystemet i Västerås och som kommer pågå under nio månader med start i januari 2021.

Elfordonsflotta har ökat radikalt de senaste åren, eftersom fler och fler som väljer att köra miljövänligt. Transportsektorn släpper ut 23% av de globala energirelaterade växthusgaserna, därmed elektrifieringen av fordon kommer att minska utsläpp av avgaser rejält. I dagsläge finns det över 180 000 laddbara bilar i Sverige. I samband med ökat antal elfordon har laddningsinfrastruktur ökat till över 120 000 ladd-punkter.

Syftet med denna studie är att undersöka vilka utvecklingsmöjligheter finns till Rocklunda laddstation som ligger i Rocklunda området i Västerås. Detta kommer att ske genom att genomföra en undersökning på effektuttaget från Rocklundas laddningsstation. Samt se över elförsörjning till laddningsstationen genom att ta fram ett beräkningsprogram för dimensionering av kombination mellan ladd, sol, vind och batteri lager.

Arbetet avgränsas till laddningsinfrastruktur som omfattar den långsamma AC-laddare och den snabba DC-laddare till laddbara personbilar. Metoden som används i denna rapport består av litteraturstudie, ekvationer, intervjuer och beräkningsprogram såsom PVsyst, Windpro, PVGIS och LECO.

I litteraturstudien har de tagit upp viktiga bakgrundsfakta från de olika ämnena som tas upp senare i rapporten. Det har lyfts fram solceller och dess funktionalitet med att producera el, samt vindkraft och hur rörelseenergi fångas av rotorbladet och omvandlas den sedan till el. Dessutom lyfts begreppet smartladdning som en lösning till att bland annat kapa effekttopparna, samt utmaningarna för elnätet i framtiden. Vidare under litteraturstudie lyfts det fram hur olika typer av laddkontkater.

Resultaten visar vidare att det är en perfekt lösning att använda en kombination av solceller, vindkraft och batterilager. För att tillgodose energibehovet av en ladd-station utan att behöva dra en stor andel av el från elnätet med minskning på energibehov på 92%, samt motverka effekttopparna som uppstår när flera laddar sina elbilar samtidigt. Det dras energi från elnätet mest under månaderna november och december, då produceras minst energi från solceller och vindkraft men det överstiger inte dock energikapacitet, dvs 300 kWh.

INNEHÅLL

2.3.3 LCOE av Bengt Stridh ... 6

2.3.4 Solcellskalkylator av Svea Solar ... 6

2.3.5 WindPRO 3.4 ... 7 2.3.6 Excel ... 7 2.4 Intervju ... 8 3 LITTERATURSTUDIE ... 8 3.1 Solceller ... 8 3.2 Vindkraft ... 9 3.3 Smart laddning ... 9

3.3.1 Laddning vid specifika tillfällen ... 10

3.3.2 Integrering av batterilager med laddstaion ... 10

3.3.3 Styrning med hjälp av applikationer ... 10

3.4 Laddbara bilar i Sverige idag ... 11

3.5 Elnätet i Västerås ... 12

4 AKTUELL STUDIE ... 14

4.1 Kravspecifikationer från Rocklunda laddningsstation på elnätet ... 16

4.2 Simuleringar ... 17 4.2.1 Solcellers anläggning ... 17 4.2.1.1 PVsyst ... 17 4.2.1.2 Solcellskalkylator ... 19 4.2.2 Vindkraftsanläggning ... 20 4.2.2.1 Ekonomin för vindkraft ... 20

4.2.2.2 Data för Solid wind power SWP-25-25 ... 20

4.3 Framtida behov av Rocklunda ladd-station ... 21

4.3.1 Utveckling av ladd-stolpar ... 22

4.3.2 Framtida effekt ... 22

4.3.3 Vindkraft och solceller ... 23

5 RESULTAT ... 24

5.1 Kombination av solceller, vindkraft, batterilager och ladd-station ... 24

5.2 Ladd-stolpar ... 27 5.3 Miljöpåverkan ... 27 5.4 Ekonomi ... 28 5.4.1 Solcellsanläggning ... 28 5.4.2 Vindkraftverk ... 33 6 DISKUSSION ... 33 6.1 Metod ... 33 6.2 Resultat... 34 6.3 Socialaspekter ... 35 6.4 Ekonomi ... 35 7 SLUTSATSER ... 36

8 FÖRSLAGS TILL FORTSATT ARBETE ... 37

REFERENSER ... 38

BILAGA 1: SIMULERINGSDATA ... 40

8.2 PVsyst ... 41 8.3 PVGIS ... 56

BILAGA 2: SOLCELLSKALKYLATOR ... 56

BILAGA 3: INDATA OCH GRUNDLÄGGANDE ANTAGANDE TILL EKONOMISKA BERÄKNINGARNA I LCEO FÖR SOLCELLER ... 58

FIGURFÖRTECKNING

Figur 1 Laddningsbara bilar i Sverige 2012–2021 (Elbilstatistik, 2021) ... 1 Figur 2 Laddpunkter i Sverige 2017–2021 (Elbilstatistik, 2021) ... 2 Figur 3 Batterilager sänker effekttopparna med 80 %. Figuren visar effektuttag med och utan

användning av batterilager när många bilar laddar samtidigt (Mälarenergi, 2019) . 3 Figur 4 Uppkoppling mellan ladd-station, batterilager och bilens gränssnitt som är en punkt

mellan kommunikationsenheten i elbilar och ladd-station för att elbilar ska kunna kommunicera med ladd-station vid laddningsbehov. ... 11 Figur 5 Rocklunda kopplingar från elnätet och batterilagret. ...14 Figur 6 Ritningen på kopplingar i Rocklunda ladd-station. ... 15 Figur 7 Detta diagram är från Mälarenergi och visar exakt hur

mycket energi Rocklunda ladd-station har krävt varje dag de senaste två åren. Diagrammet är endast taget från de senaste två åren vilken gör att en viss felmarginal tillkommer från händelser som inte går att påverka, till exempel covid-19 som begränsar möjligheten att resa. ...16

Figur 8 Diagrammet som är skapat i Excel visar hur energibehovet varierar över ett år. Data är baserad på Mälarenergis data från de senaste två åren och visar både

snittenergi per dag och maxenergin under perioden. ... 17 Figur 9 Enkel konstruktion av systemet. Figuren visar en enkel design av solcellsanläggning.

PV-array består av solcellsmodulerna. User (load) kommer i verkligheten att bestå även av batterilagret som elanvändning. ... 18 Figur 10 Elproduktion från solceller under ett år. Figuren visar producerad el i KW per timme

under ett år från solcellsanläggningen. ...19 Figur 11 Beräknad elproduktion från vindkraftsanläggningen ...21 Figur 12 Data beräknad av Windpro på det valda vindkraftverket ...21 Figur 13 Planerade kopplingar mellan lokala elnätet, batterilagret och lad-stationen i

framtiden ... 23 Figur 14 Producerad energi från vindkraft och solceller per månad i [MWh] ... 25 Figur 15 Samband mallen producerad el, elanvändning, el-matning och elkonsumtion till och

Figur 16 Samband mellan producerad el, el-matning och elkonsumtion till och från nätet i

snitt per dag (Linjediagram) ... 26

Figur 17 Samband mellan producerad el, el-matning och elkonsumtion till och från nätet i snitt per dag (Yta diagram) ... 27

Figur 18 Beräknad produktionskostnad (LCOE) och lönsamhet ... 29

Figur 19 Intäkter av solcellsanläggningen ... 30

Figur 20 Ackumulerat nuvärde med investeringsstöd. Investeringsstöd beviljades till 10% (Energimyndigheten, 2021) ... 30

Figur 21 Kostnader med investeringsstöd. Investeringsstöd beviljades till 10% (Energimyndigheten, 2021) ... 31

Figur 22 Ackumulerat nuvärde utan ROT-avdrag eller investeringsstöd ... 31

Figur 23 Kostnader solcellsanläggningen utan ROT-avdrag och investeringsstöd ... 32

Figur 24 Diagram över kostnader samt uppskattade inkomster för vindkraftverk ... 33

Figur 25 Figuren visar simuleringen av PV system med optimerade vinklar för azimuth och slope (lutningen) ... 56

TABELLFÖRTECKNING

Tabell 2 Fördelar och nackdelar med olika typer av solceller ... 8

Tabell 3 Top 10 modeller av laddbara bilar i Sverige ... 11

Tabell 4 Typer av elfordons laddare ...12

Tabell 5 Modeller av elfordonsladdare... 13

Tabell 6 Indata till simuleringen av solcellsanläggning ...19

Tabell 7 Data på vindkraftverket Solid wind power SWP-25-25 (Solid wind power, u. å) ... 20

Tabell 8 Resultat på kombination av solceller, vindkraft, batterilager och ladd-station ... 24

Tabell 9 Koldioxidutsläpp ... 28

Tabell 10 Producerad el från vindkraftsanläggningen per månad i [MWh] ... 40

BETECKNINGAR

Beteckning Beskrivning Enhet

D Energi som matas till nätet KWh

E Energi Wh

G Energi som dras från nätet KWh

I Ström A P Aktiv effekt W S Skenbar effekt VA U Spänning V

FÖRKORTNINGAR

CCS Combined Charging System. En typ av kontakt för snabbladdning.

AC Alternating Current – Växelström. Växelström betyder att strömmen byter riktning och styrka över tiden. Växelström är det som finns i vanliga eluttag i hemmet.

DC Direct Current – Likström. Laddbara bilar drivs oftast med likström.

Chademo En standard för snabbladdning. Chademo använder en separat kontakt för endast likströmsladdning, DC-laddning. Standarden används på många svenska snabbladdare tillsammans med CCS-standarden. Det är främst asiatiska bilar som kommit med denna standard.

KW Enhet för effekt. KWT Enhet för energi.

Förkortning Beskrivning

PB Personbil

LB Lätt lastbil

MC Motorcykel

4H Fyrhjuling

P-dopat Ett material som har underskott av elektroner N-dopat Ett material som har överskott av elektroner ET 543 Ej privat Power center som består av batterilager,

transformator, inverter och säkringar. PV Privat Power center.

LCOE Levelized Cost of Electricity. PLC Program logic controller

DEFINITIONER

Definition Beskrivning Smart

laddning Uttryck för hur laddning av elfordon sker på ett sätt som är gynnsamt för användaren och/eller energisystemet.

Direkt

laddning Startar direkt när bilen kopplas in och laddar på konstant hastighet tills batteriet är fullt. Effekttopparna Bildas vid högbelastningar på elnätet där

belastningseffekt är högre än effektkapacitet på elnätet. Azimut Azimut, eller orientering, är PV-modulernas vinkel

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

Slope Detta är vinkeln på solcellsmodulerna från det horisontella planet, dvs lutningen.

1

INLEDNING

I samband med växande befolkning, intensifierat näringsliv och utökad elektromobilitet förändras energibehovet därmed behövs ökad kunskap om rollfördelning och väldefinierade kravspecifikationer inom ekosystemet för fordon, infrastruktur och användare för att tillgodose energibehovet. Antalet laddbara bilar har ökat rejält i världen, därför att flera och flera vill köra elbilar för att bidra till att fler vill köra elbilar för att undvika fossilbränslen. I dagsläget släpper transportsektorn ut 23 procent av de globala energirelaterade växthusgaserna. Elektrifiering av fordon kan minska koldioxidutsläppet radikalt (ABB, 2021). Enligt Naturvårdsverket anses transportsystemet väldigt beroende av fossila bränslen i Sverige därmed släpper transportsektorn idag en tredje del av Sveriges totala utsläpp av växthusgaser (Naturvårdsverket, 2021).

I Sverige ökar antalet laddbara bilar ökat oerhört mycket de senaste åren. I dagsläge finns det över 180 000 laddbara bilar i Sverige (Elbilsstatistik, 2021). Figur 1 nedan visar antal laddbara bilar mellan åren 2012 och 2021 i Sverige.

Figur 1 Laddningsbara bilar i Sverige 2012–2021 (Elbilstatistik, 2021)

I samband med ökat antal elfordon har även laddningsinfrastruktur ökat till över 120 000 ladd-punkter (Elbilsstatistik, 2021). I figur 2 nedan visas takten på ökat antal

Figur 2 Laddpunkter i Sverige 2017–2021 (Elbilstatistik, 2021)

Power Circles prognos visar att andelen laddbara fordon kommer att bli 2,5 miljoner redan i 2030. Om många av dessa bilar behöver ladda samtidigt kommer de att orsaka till en stor belastning på elnätet då uppstår effekttoppar som elnätsoperatörer vill helst undvika under perioder genom året eller specifika tider under dagen då är elnätet redan ansträngt. I sin prognos hävdar Power Circle att omkring 95 procent av tiden står bilarna parkerade och därför anser de att dessa bilar kan laddas när lasten på elnätet är lågt, alltså under natten eller vid vissa tidpunkter under dagen. Detta medför att effektbehovet till dessa bilar kommer inte att leda till bekymmer för elnätet för då jämnas effektuttagen ut (Power Circle, 2020).

1.1

Bakgrund

Ladd-stolpar används för att ladda el och hybridfordon som kan drivas med el. I Rocklunda Västerås finns en laddningsstation som drivs av Mälarenergi med plats för 10 elbilar som kan laddas samtidigt. Rocklunda ladd-station ingår i Ladd Region Mälardalen samt har möjlighet att laddas av AC- och DC, dvs den normala långsamma laddningen AC och den snabba laddningen DC. Denna station har fått lite kritik angående laddningspauser på grund av att det inte finns någon ström tillgänglig, vilket skulle behöva kompletteras. Idag finns det 3 olika typer av uttag, varav 8 stycken av typen 2 (22 KW) som tillhör gruppen långsam laddning och resterande kallas för CHAdeMO (50 KW) samt CCS EU (50 KW) som laddar bilar mycket snabbare och effektivare. Laddningsstationen har öppet dygnet runt och har en parkeringsavgift på 14 kr/h (Uppladdning, 2020). Rocklunda arena är väldigt populärt område som ligger mitt i centrala Västerås. Enligt Mälarenergi har området över 2 miljoner besökare per år. Därför bestämde Mälarenergi i samarbete med Northvolt att satsa på ett batterilager till laddningsstationen. Det är en metod för att minska effekttopparna som uppstår i elnätet med 80 % när många elbilar laddar vid samma tillfälle. Nu vill Mälarenergi fortsätta utveckling för ladd-stationen och därför kommer nya utvecklingsmöjligheter att ses över, exempelvis möjligheten att utnyttja vind och solenergi för att skapa elektricitet till ladd-stationen (Mälarenergi, 2019).

Figur 3 Batterilager sänker effekttopparna med 80 %. Figuren visar effektuttag med och utan användning av batterilager när många bilar laddar samtidigt (Mälarenergi, 2019)

1.2

Syfte

Syftet med arbetet är att se över utvecklingsmöjligheterna för ladd-stationen Rocklunda i Västerås. Dessa utvecklingsmöjligheter kommer baseras på bland annat framtida behovet oavsett hur utvecklingen av laddbilar ser ut, till exempel utökning av det befintliga ladd-stolparna. Även möjligheten att utnyttja vind och solenergi med vindkraft och solceller kommer att undersökas. Dessutom utföra en undersökning på effektuttaget från Rocklundas laddningsstation samt elförsörjning till laddningsstationen genom att ta fram ett beräkningsprogram för dimensionering av kombination mellan ladd, sol och batteri lager.

1.3

Frågeställningar

• Vad finns det för möjligheter till utveckling för Rocklundas laddningsstation? • Vilka kravspecifikationer från Rocklunda laddningsstation på elnätet?

• Vad krävs för effekt för att möta framtidensbehov och effekttopparna?

1.4

Avgränsning

Arbetet kommer fokusera på Rocklundas laddningsstation specifikt men kan utnyttja idéer som andra ladd-stationer har använt i deras utveckling. Laddningsinfrastruktur begränsas till personbilar med båda laddningstyperna, dvs långsam AC-laddning och snabbt DC-laddning.

2

METOD

För att kunna se över utvecklingsmöjligheterna kommer olika alternativ att ses över och jämföras. Bland annat möjlighet att utnyttja vind och solenergi för att skapa elektricitet. En undersökning av framtida behov kommer också göras för att försöka möta dessa krav redan nu. Litteraturstudier och vetenskapliga artiklar samt intervjustudier är de verktyg som ska också användas för att redogöra lösningar till frågeställningar. Dessutom ska eltillgångarna till Rocklunda laddstation ses över och analyseras.

2.1

Litteraturstudie

För att få djup övergripande förståelse för ämnet energisystem kopplad till laddningsinfrastruktur, har det genomförts litteraturstudie i denna rapport. I detta avsnitt lyfts fram relevant fakta till ämnet laddningsinfrastruktur med fokus på lösningar och utvecklingsmöjligheter till systemet såsom solenergi, vindkraft och smart laddning. Dessutom

togs upp information som beskriver nuläget för laddbara bilar i Sverige samt typer och modeller av elbilsladdningar som använts nuförtiden. Alla relevanta fakta och information om ämnen nämnda ovan är baserade på vetenskapliga artiklar och rapporter för att kunna besvara frågeställningar i arbetet.

2.2

Ekvationer

Till beräkningarna kommer Excel att användas som verktyg för att kunna räkna ut vilken effekt som vindkraften och solcellerna kommer kunna generera. Därifrån kommer vi även kunna få ut om dessa kan komplettera varandra under året för att kunna tillgodose effektbehovet. Dessutom kommer ekvationer att användas till den ekonomiska sidan av arbete.

Dessa ekvationer presenteras nedan:

𝐿𝐶𝑂𝐸 =

För att beräkna nuvärdet som består av kostnader och intäkter används denna ekvation i Excel.

𝑁𝑢𝑣ä𝑟𝑑𝑒 å𝑟 𝑛 =

(1+𝑘𝑎𝑙𝑘𝑦𝑙𝑟ä𝑛𝑡𝑎)𝑛 Ekvation 2 A = kostnad eller intäkt som ska nuvärdesberäknas (kr)

För att beräkna batterilagers kapacitet används följande formel

𝐵𝑎𝑡𝑡𝑒𝑟𝑖𝑘𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑒𝑡 =

𝑈 Ekvation 3

P= effektkapacitet (kWh) U= Spänningen (V)

För att kunna beräkna elöverskott som matas till nätet samt elbehovet som dras från nätet används Microsoft Excel för att underlätta beräkningar och hantering av data med hjälp av ekvation 4 nedan:

2.3

Beräkningsprogram

2.3.1

PVsyst för solceller

PVsyst är ett väletablerat kommersiellt simuleringsprogram för solcellssystem. Denna mjukvara kommer att används i arbete för att kunna beräkna effekten som kommer tillgodoses av solceller. Under ”Projektdesign och simulering” är den viktigaste delen av programvaran som används för en fullständig studie av ett projekt. Det handlar om val av meteorologiska data, systemdesign, skuggstudier, bestämning av förluster, andel räddad CO2 emissioner med tiden, och ekonomisk utvärdering. Simuleringen utförs under ett helt år i timsteg och ger en fullständig rapport och många ytterligare resultat.

2.3.2

PVGIS

PVGIS är en online solpaneleräknare som finansieras av Europeiska kommissionen och utvecklad av Joint Research Center i Italien. PVGIS kan användas för att bestämma den förväntade prestandan hos nätanslutna eller icke nätanslutna solcellssystem. Denna webbsida kommer att användas för att ta reda på optimerade vinklar för azimut och lutningen för att sedan välja dessa vinklar till simuleringen i mjukvaran PVsyst.

2.3.3

LCOE av Bengt Stridh

LCOE är ett Excel-kalkyl som beräknar produktionskostnader av solceller. Principen är att alla kostnader under livslängden divideras med solelproduktionen under livslängden. En nuvärdesberäkning görs av kostnader och solelproduktion med hjälp av en kalkylränta. När det gäller solelproduktionen tas även hänsyn till att den minskar något med tiden efter det första driftåret.

2.3.4

Solcellskalkylator av Svea Solar

Solcellskalkylator är ett beräkningsverktyg som skapats av Svea solar till kunder för att kunna beräkna producerat el per år, antal paneler och kostnader inklusive installationskostnader. Med hjälp av denna kalkylator kan man enkelt välja adressen och lutningen på taket där solcellspanelerna monteras. Genom att välja lutningen på taket om det är ett platt tak 0–15⁰, vanligt tak 15–30⁰ eller spetsigt tak 30⁰> kan soleffekten beräknas för att sedan bestämma andelen producerat el som fås av solcellspanelerna. Det finns 4 modeller av solpanel med olika egenskaper som går att välja bland i kalkylatorn. I tabellen nedan presenteras alla dessa typer som säljs av Svea Solar (Svea Solar, 2021).

Tabell 1 Modeller som kan väljas i solcellskalkylator av Svea Solar

Modell Effekt [W] Effekt per kvadratmeter [W/m2_]

Beskrivning

Modell Effekt [W] Effekt per kvadratmeter [W/m2_]

Beskrivning • Passar alla typer av

tak.

• kostnadseffektivaste paket för bästa möjliga lönsamhet.

Design 360 198 Snyggt utseende

Pro 375 212 • Effektivaste

panelerna på marknaden. • Håller högsta

verkningsgrad. • Behåller ett stilrent

uttryck.

Power Roof - - I samband med

nybyggnation och takomläggningar monteras integrerade solpaneler som ger ett komplett estetiskt uttryck mellan solpaneler

och hustak.

2.3.5

WindPRO 3.4

Windpro är en stor mjukvara program som hjälper till med data för vindkraftverk. Programmet kommer användas för att placera ett virtuellt vindkraftverk på en specifikplats för att få fram diverse data för just den platsen. Windpro kommer utnyttjas för att se över hur mycket elektricitet ett vindkraftverk skulle kunna producera i Rocklunda. I programmet kommer det gå att justera höjd och rotorlängd för att möta den efterfrågade effekten och samtidigt hålla en optimal ljudnivå för omgivningen. När simuleringen är klar kommer vi redovisa storlek på vindkraftverket, ljudutbredningen samt årsproduktionen.

2.3.6

Excel

Microsoft Excel är beräknings verktyg som används för att beräkna och rita diagram för att få tydlig uppfattning om producerad el, elanvändning, inmatad el till elnätet och elkonsumtion från nätet.

2.4

Intervju

En intervju kommer att genomföras med Johan Tonde, ansvarig för drift och installation på Rocklunda laddningsstation. Detta för att få en bättre bild av laddningsstationens utmaningar och utvecklingsmöjligheter. Intervjun kommer att ske på distans via Teams på grund av den rådande situation med Covid-19 pandemin. Intervjun kommer att innehålla frågor såsom storleken på batterilagret, effektkravet på elnätet, och förklaringar till kopplingar och dokument.

3

LITTERATURSTUDIE

3.1

Solceller

Solceller används för att utnyttja solens strålar till att skapa elektricitet. Detta sker med hjälp av två kisel plattor, där ena plattan är P-dopad (positivt laddad) och den andra är N-dopat (negativt laddad). När dessa två plattor kopplat ihop skapat en PN-övergång där elektroner kan transporteras från det positiva skiktet till det negativa med hjälp från solen (save by solar, 2018).

Idag användes framför allt tre olika typer av solceller, monokrisallina, polykristallina och tunnfilmsolceller. Polokristallina solcellsmoduler är baserade på kisel och använder rektangulära solceller. Polokristallina solceller kan skapas i olika färger även fast blåaktig ger högst verkningsgrad (runt 15–17 %). Monokristallina solcellsmoduler likt polokristallina baseras på kisel med skillnaden i kanterna utav solcellerna som är rundade och tillverkas oftast i svart färg. Verkningsgraden blir för de monokristallinmodul mellan 15 och 22 %. Tunnfilmsolceller skiljer sig lite i material då solcellen kan baseras på en rad olika ämnen men den stora skillnaden i funktion är att modulen går att använda på runda ytor där det inte hade varit möjligt att använda kiselceller. Verkningsgrader för tunnfilmsmoduler ligger på 10 – 16 % (Energimyndigheten, 2019)

(rapport, källa. exempel solvinklar )

Tabell 2 Fördelar och nackdelar med olika typer av solceller

Typ av solceller Fördelar Nackdelar Monokristallina Högre verkningsgrad Större kostnader Polokristallina Lägre kostnader Sämre verkningsgrad

Typ av solceller Fördelar Nackdelar Tunnfilm Flexibel Lätt Sämre verkningsgrad

3.2

Vindkraft

Vindkraftverk används för att fånga upp rörelseenergi ur vinden för att omvandla den energin till andra energi som vi använder i vardagen. Detta sker med hjälp utav rotorblad som roterar i vinden som sedan driver en generator som alstrar ström. Vilken energi som går att få ut från ett vindkraftverk beror på tre faktorer, arean som rotorbladet snurrar i, densiteten och vindhastigheten. Av dessa är det bara rotorarean som går att justera förutsatt att en plats redan är vald. Energin som får ut är produkten av dessa tre, där vindhastigheten ska vara upphöjt till 3. Detta resulterar i att energi ökar exponentiellt med vindhastigheten. I en rapport från 2012 visas sambandet mellan vindhastighet och energi, där den maximala energi uppnås relativt snabbt (vid 11 m/s) och sedan inte förändras förens vindhastigheten når cirka 25 m/s då vindkraftverket inte längre är aktivt (Carrillo, Montano, Cidras, & Diaz-Dorado, 2012).

Vindkraftverk mindre än det traditionella som är upp mot 100 meter höga har oftast en lägre installerad effekt. Vanligt för mindre vindkraftverk är en installerad effekt mellan 20 och 100 KW. Med hjälp av Västra Götalandsregionen samband mellan installerad effekt och producerad effekt är de möjligt att få fram 54 560 – 322 800 KWh under ett år beroende på vindförhållande. Vindkraftverk producerar DC ström vilket innebär att strömmen går att använda direkt till batteriet utan någon likriktare (Windexchanger, u.å).

3.3

Smart laddning

Framtidens elnät står framför kommande stora utmaningar där smart laddning kommer att vara avgörande faktor för att hantera tillexempel effekttopparna. Att ladda smart kan betyda att elbilsägare laddar sin elbil på natten då är elnätet mindre belastad vilket i sin tur gör att priserna blir väldigt låga. Dessutom kan smart laddning även betyda en avancerad styrning med tanke på energisystemets krav och elmarknader. Detta kan innebära att elfordon kan vara i nytta till elsystemet när de exempelvis reducera förluster på produktionen av förnybar el eller motverka effekttopparna. Smart laddning bidrar med flexibilitet i elsystemet där utnyttjas så mycket möjligt förnybar elproduktion och elanvändning. Detta innebär att förbruka överskottsel vid tidpunkter då det produceras mest el av solceller och vindkraft eller andra

förnybara el källor, eller stänga av vissa energikrävande resurser när elproduktionen är lågt (Power Circle, 2020).

3.3.1

Laddning vid specifika tillfällen

Power Circle (2020) illustrerar skillnaden mellan smart laddning och direkt laddning i sin rapport under titeln Smart laddning i Gotland. Författaren visar att den snabba direkta laddningen bildar effekttopparna när elnätet är redan belastad medan smart laddning sker långsamt vilket påverkar inte elnätet negativ. Därför föreslås i rapporten att ladda elfordonen under tidpunkter då elnätet är mindre belastad vilket i sin tur bidrar till minskning på investering i elnätet för att bygga mer.

3.3.2

Integrering av batterilager med laddstaion

En smart lösningen för att kunna ladda elbilar på ett smart sätt är att integrera ett batterilager med ladd-stationen. Power Circel (2020) hävdar i sin rapport som handlar om batterilager i framtidens energisystem att integrera ett batterilager med ladd-station möjliggör smart laddning till och med vid direkt snabb laddning utan att elnätet påverkas negativt av effekttopparna, därför att batterilagret bidrar till att kapa effekttopparna. Då batterilagret laddas upp när elnätet under specifika tider under dagen är mindre belastad för att sedan ladda elbilsbatterier även snabbt vid behov. I sin rapport lyfter Power Circle fram ett pågående forskningsprojekt där en ladd-station på över 200 kW med nio uttag är kopplat till ett batterilager med en effekt på 220 KW och kapacitet på 320 KWh som förväntas kapa effekttopparna vid snabbladdning med 80 procent.

3.3.3

Styrning med hjälp av applikationer

Ett annat sätt som tas upp i rapporten som handlar om smart laddning i Gotland för att ladda elbilarna är styrning av laddningen med hjälp av smarta applikationer. Författaren betonar att styrningen sker via bilens gränssnitt men endast bilar som har möjlighet till uppkoppling till ladd-stationen och dess batterilager. Denna anslutning mellan ladd-stationen och bilens gränssnitt bidrar i första hand till kommunikation mellan varandra samt styrning för att optimera laddnings möjligheter. Dessutom visar rapporten att det är viktigt att de elbilsladdarna som installeras framöver har möjlighet till uppkoppling till elbilar. (Power Circle, 2020)

Figur 4 Uppkoppling mellan ladd-station, batterilager och bilens gränssnitt som är en punkt mellan kommunikationsenheten i elbilar och station för att elbilar ska kunna kommunicera med ladd-station vid laddningsbehov.

3.4

Laddbara bilar i Sverige idag

Power Circle är elkraftbranschens intresseorganisation, samt en sammanslutning för framtidsfrågor som till exempel e-mobility. Organisationen har skapat ett verktyg som är i form av webbplats som heter elbilstatistik.se, där samlas information och fakta om elfordon och laddningsinfrastruktur. Statistik.se (2021) visar att antal laddbara bilar i 2020 är 186 905 i hela Sverige och endast i länet Västmanland antalet är 3349. I tabellen nedan representeras antal de vanligaste 10 laddbara bilar i Sverige idag. (elbilsstatistik, 2021)

Tabell 3 Top 10 modeller av laddbara bilar i Sverige

Topp 10 modeller elbilar Befintligt antal i Sverige 2021

Topp 10 modeller ladd hybridbilar

Befintligt antal i Sverige 2021

TESLA MODEL 3 7832 VW PASSAT 16 462

RENAULT ZOE 7272 MITSUBISHI OUTLANDER 12 577

NISSAN LEAF 6292 VOLVO V60 PLUG IN HYBRID 11 946 TESLA MODEL S 5550 VOLVO XC60 T8 TWIN ENGINE 11 179

KIA E-NIRO 4135 KIA NIRO PHEV 10 009

VW ID.3 4102 KIA OPTEMA PHEV 9965

RENAULT KANGOO EXPRESS Z. E 2901 KIA CEED 5952

BMW I3 2788 BMW 330E 4088

AUDI E-TRON 2758 VOLVO V90 T8 TWIN ENGINE 3596

VW E-GOLF 2177 VOLVO XC40 T5 TWIN ENGINE 3357

Utifrån ett arbete utfört utav Anthon Cleverdal och Tobias Nyberg från 2018 går det att förutspå hur ökningen av elbilar kommer se ut de närmaste åren. Denna matematiska modell har endast tittat på hur utvecklingen av elbilar kommer se ut och inte hybridbilar. Men enligt deras beräkningar så kommer antalet elbilar i Sverige att öka från cirka 22 000 elbilar 2019

till över 70 000 elbilar 2025 och sedan upp emot 140 000 år 2030. Detta skulle öka energiåtgången från elbilar med 297 GWh under denna 11 års period (Cleverdal & Nyberg, 2018).

3.5

Elnätet i Västerås

Sverige har tre olika typer av elnät, stamnät, regionnät och lokalnät. Stamnätet har högst spänning och kan transporteras långa sträckor. På denna nivå ligger spänningen på 400 KV eller 220 KV, detta då högre spänning minimerar effektförlusterna speciellt på längre sträckor. Med hjälp utav transformatorer minskar spänningen när den överförs till regionnätet. Här varierar spänningen från 130 till 40 KV. Sedan minskar spänningen ytligare för att fungera i det lokalnätet, här ligger spänningen under 40 KV (konsumenternas, 2020). Enligt J.Tonde spänningen över Rocklunda ladd-station och batterilagret är upp till 700 V sekundärspänning medan primära spänningen är 40KV. (personlig kommunikation, 5 maj 2021). I Västerås så har vattenfall ansvaret för elen som kommer till lokalnätet från regionnätet, därefter har Mälarenergi ansvaret. I samma lokalnät igår även Hallstahammar, Köping, Kungsör och Arboga (Mälarenergi, u.å).

3.6

Typer och modeller av elbilsladdare

Det finns många olika typer av ladd-stationer beroende på de olika behov av laddare. Bland de laddningsstationerna är hållplatsladdning för el-bussar, laddning vid enskilda bostäder och industriell fordonspark med mera. Elfordon kan laddas med två typer av laddare som ger olika grad på effektnivån och laddningstider. Den första typen är AC-laddare som används vid långsam laddning och som kräver en likriktare för att kunna konvertera till DC som elbilarnas batterier laddas på. Medan den andra typen är DC-laddare och den skiljer sig från AC-laddarna genom att ladda likspänning direkt till elbilsbatteri, vilket ger högre effekt och i sin tur snabbare laddningstid. Laddningstiden beror även på storleken på batteriet och ladd-box man använder enligt tabellen nedan. (ABB, 2021)

Tabell 4 Typer av elfordons laddare

Typ av laddbox Effektnivå

Laddar ett 40 kWh-batteri på: Räckvidd per laddtimme (cirka) AC 2,2 - 3 kW 13 – 18 timmar 11 – 15 km 3,8 kW 11 timmar 19 km 7 kW 6 timmar 35 km 11 kW 4 timmar 55 km 22 kW 2 timmar 110 km Snabbladdare DC 50 kW ca 50 minuter 290 km

Typ av laddbox Effektnivå Laddar ett 40 kWh-batteri på: Räckvidd per laddtimme (cirka) *80% av batteriet *hastighet för laddning upp till 80% Högeffektsladdare 150 kW ca 20 - 30

minuter c. 860 km

*80% av

batteriet

*hastighet för laddning upp till 80%

Enligt ABB:s webbsidan (2021) kan modellerna av elfordonsladdare väljas beroende på önskad laddnings tid, användningsområde och kostnaden. I tabellen nedan hänvisas till de vanligaste modellerna.

Tabell 5 Modeller av elfordonsladdare

Modell Användningsområde Laddningstid Installation svårighet Kostnad Terra AC wallbox • Företag/kontor för anställda. • Kommeriell fordonspark. • Hotell • Detaljhandel. • Offentligt garage. • Enfamiljsbostad. • Flerfamiljshus. 8 timmar Enkel

$

$ $

$ $

$

4

AKTUELL STUDIE

Genomförandet på arbete påbörjade med ett möte med extern handläggare från Mälarenergi värmekraftverk i Västerås för att specificera uppdraget. Vi fick allmänna information om Rocklunda ladd-station såsom adressen, antal ladd-stolpar och laddningseffekter. Därefter fick vi tekniska dokumentation om ladd-stationen och dess kopplingar till elnätet och batterilagret se nedan figur 5 och 6. De installerade laddningsstolparna som är i drift nu består av 8-stycken 22kW per AC ladd-uttag och 2.st 50kW per snabbladdaren. Detta kräver effekt från elnätet på 276 KW totalt. Kopplingar i ladd-stationen börjar från elnätet sedan genom batterilagret sedan till ladd-stolparna. Rocklunda

på elnätet och batterilagret visas nedan i figur 5. ET 543 är ett styrskåp som innehåller transformator med sekundärspänning på 700 V. Kopplingen från elnätet är genom kablarna 2//N1XZ1-AS 4x240 till skåpet ET 543 sedan genom ett mindre kabelmätarskåp innan kopplingen till batterilagret sedan till ett annat mindre kabelmätarskåp som ligger till höger om ET 543 till slut kopplas ladd-stolparna till kabelmätarskåpet. Kabeln säkras av med 315A vardera i station. Kablarna anslutes inkommande via knivsäkringsbrytare 2x200A i kabelmätarskåpet, vilket ger möjlighet upp till 500A i servissäkring i det nya kabelmätarskåpet. Storleken på batterilagret är 320 kWh och laddas med spänning på 400 V, med andra enhet blir storleken 800 Ah.

Ritningen figur 6 nedan visar komponenterna i mätarskåpet och vilka typer av säkringar. Dessutom mer detaljerade kopplingar mellan batterilagret och laddningsstolparna.

4.1

Kravspecifikationer från Rocklunda laddningsstation på

elnätet

Kravspecifikationerna på elnätet från Rocklundas ladd-station kommer förändras med tiden men baserat på de senaste åren har de skapats tabeller för att ge en överblick hur behovet ser ut just nu. Idag ligger medel omkring 130 KWh per dag, men den viktigaste delen av energibehovet är maxbehovet som alltid ska gå att möta. Under de senaste två året har maxenergi varit uppe på 350 kWh och flera gånger har energikravet varit strax under.

Figur 7

Figur 8 Diagrammet som är skapat i Excel visar hur energibehovet varierar över ett år. Data är baserad på Mälarenergis data från de senaste två åren och visar både snittenergi per dag och maxenergin under perioden.

4.2

Simuleringar

4.2.1

Solcellers anläggning

4.2.1.1

PVsyst

Med hjälp av PVsyst utfördes simulering till Rocklunda ladd-station för att få reda på andel producerad elektricitet per år. Först och främst definierades positionen där solcellsmodulerna kommer att monteras därmed importerades geografiska data från Nasadatabas för att ta reda på andel solinstrålningen i området per år. I simuleringen utreddes många val till ett kompletterat solcellssystem med möjlighet till kopplingen till elnätet se nedan figur 9. Bland dessa val var orientering till solcellspanelerna, modellen, typ av inverter, och eventuella skuggningar. Av simuleringen ficks en detaljerad rapport som visar bland annat PV Array Characteristics, array förluster, Horizon definition, parametrar till möjliga skuggningar och batterilagret se bilaga 1. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 En ergi [ KWh ] Månad

Energibehov per dag för varje månad

Figur 9 Enkel konstruktion av systemet. Figuren visar en enkel design av solcellsanläggning. PV-array består av solcellsmodulerna. User (load) kommer i verkligheten att bestå även av batterilagret som elanvändning.

Figur 10 Elproduktion från solceller under ett år. Figuren visar producerad el i KW per timme under ett år från solcellsanläggningen.

4.2.1.2

Solcellskalkylator

För att kunna simulera solcells anläggningen användes det många faktorer i programmet solcellskalkylator. Först och främst anges adressen och arean till platsen där solcellspanelerna ska installeras för att programmet ska kunna analysera solstrålningen på installationsområde under ett år därmed beräkna uppskattade effekten som kan fås av anläggningen under ett år. En annan viktig faktor är lutningsgraden på taket eller marken för att kunna beräkna soleffekten. Till simuleringen kan väljas typen av solcellspaneler som ska användas till anläggningen. Det finns möjligheten att lägga till andra komponenter till simuleringen såsom batterilager och billaddare men Rocklunda ladd-station har redan dessa komponenter. Simuleringen visar även mängden räddad olja per år. Resultatet från simuleringen används som underlag till vidare beräkningar. Summering av simuleringen visas under bilaga 2. I tabellen nedan visas de val som används för att simulera hur mycket effekt som fås av solcellsanläggningen.

Tabell 6 Indata till simuleringen av solcellsanläggning

Val Indata Adress Vasagatan 71, Västerås, 722 15, SVERIGE Area 156 m2 Luntning 0–15⁰

4.2.2

Vindkraftsanläggning

Till simuleringen för vindkraftverk användes programmet WindPRO. För att kunna utföra den här simuleringen valdes först lämpliga koordinater intill ladd-stationen. Sedan för att kunna få fram vinddata gjordes en uppskattning utav råhetstalen kring den valda platsen. På grund av platsen för ladd-stationen valdes sedan ett mindre vindkraftverk men en avhöljd på 20 meter samt rotordiameter 14 m. Utifrån detta gav WindPRO en uppskattad årsproduktion på 27,4 MWh/år för det valda vindkraftverket Solid wind power SWP-25-25.

4.2.2.1

Ekonomin för vindkraft

Ekonomin för vindkraft utgår från installation, materielkostnader, underhåll och vilket värde den producerade elen har. Installationen samt materialet uppskattas kosta 8 500 Kr/kWh vilket skulle betyda 212 500 Kr för ett vindkraftverk på 25 kW. Underhållningen för ett vindkraftverk beräknas ligga på 8,5 Öre/kWh producerat, vilket i detta fall skulle bli 2295 Kr per år (Klimatfakta, 2019). Elcertifikat ska utgöra skillnaden elpriset och produktionskostnaden. Detta innebär att med minskad produktionskostnad sjunker detta bidrag ständigt och 2017 låg det på 6,53 öre/kWh, vilket i detta fall innebär 1 763 kr per år (Svenskvindenergi, u. å). Detta gör att framtiden för intäkterna blir lite osäker men Wizelius har i boken ”vindkraft i teorin och praktiken” förutspått att priset på elen kommer vara värd någonstans kring 65 öre/kWh. Detta skulle innebära ett årsvärde mellan 8 100 och 13 500 kr för den producerade elen (Wizelius, 2015).

4.2.2.2

Data för Solid wind power SWP-25-25

Tabell 7 Data på vindkraftverket Solid wind power SWP-25-25 (Solid wind power, u. å)

Effekt 25 kW Rotor diameter 14 m Nav höjd 18 m Svepnings area 200 m2 Nominal vindhastighet 11 m/s Minimal vindhastighets 3 m/s Maximal vindhastighet 25 m/s

Figur 11 Beräknad elproduktion från vindkraftsanläggningen

Figur 12 Data beräknad av Windpro på det valda vindkraftverket

Närmaste huset har ett avstånd på lite över 100 meter från foten av vindkraftverket. På naturvårdsverkets hemsida finns det ett riktvärde för bostäder på 40 dB, vilket är något lägre än vad detta vindkraftverk skulle låta (Naturvårdsverket, 2020).

4.3

Framtida behov av Rocklunda ladd-station

Elbilar har en stor framtidspotential, eftersom bilarna inte är beroende av oljeproduktionen i världen. Enligt Standfordforskaren Tony Seba kommer en brytpunkt för oljeutvinningen att ske 2020 och minska med 30 % fram till år 2030. Detta i samband med EU:s arbete mot minskningen av växthusgaser och underlättningen för elbilförare. Detta gör att stora bilföretag som Volvo, Audi och Toyota investerar miljonbelopp i utvecklingen av elbilar, där det framför allt tittar på utvecklingen av räckvidd och prestanda. Med dessa satsningar tror Seba att elbilarna kommer rasa i pris till närmare 30 000 dollar vid decennieskiftet. För att kunna möta

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 2 3 5 10 20 30 50 100 200 Lj u d n iv å [d b ] Distans [Meter]

Ljudutbredning från vindkraftverket

dessa behov har EU lagt fram ett förslag som skulle innebära en satsning på 800 miljoner Euro till nya ladd-stationer (Viaspar, u.å.).

4.3.1

Utveckling av ladd-stolpar

I den framtida efterfrågan på ladd-stationer generellt så är laddningshastigheten viktig, användarna vill inte behöva vänta cirka en timme för att ladda bilen vilket är den genomsnittliga tiden en bil står parkerad på Rocklunda ladd-stationer. I dag finns det 8-stycken som laddar med 22 KW och två med 50 KW, för att kunna erbjuda snabbladdning är ett alternativ att göra om 22 KW laddarna till DC för att kunna öka effekten. Detta är en lösning som vi fått utav J. Tonde (Personlig kommunikation, 5 maj 2021). Enligt tabell 4 skulle detta innebära lite mer än 2 gånger snabbare laddning. Resultatet av detta alternativ blir förhöjda effekttoppar men också större dalar då ladd-stationer inte används.

4.3.2

Framtida effekt

Enligt J. Tonde kan de 8 långsamma ladd-stolparna som laddar med 22 KW att bytas i framtiden med snabbladdare med högre effektuttag på 50 KW per laddaren (Personlig kommunikation, 5 maj 2021). Detta innebär en rejält ökningen på effektuttag från elnätet med ungefär 55%, vilket i sin tur kommer att leda till att effekttopparna bildas igen, därför att lokala elnätet har effektkapacitet på 300 KW. Med mer detaljerad beräkning kommer effektkravet av Rocklundas ladd-stations att öka från 226 KW till 500 KW, om alla laddare kommer att vara i drift i framtiden och alla elbilar laddar samtidigt. För att kunna möta den ökad effekten i framtiden planeras ombyggnation av lokala nätet. Figur 13 nedan visar att två parallella NIXZ1-AS 4x240 skall förläggas fr. ET 543 som matning till det nya kabelmätarskåpet. Kabeln säkras av med 315A vardera i station. Kablarna anslutes inkommande via knivsäkringsbrytare 2x200A i kabelmätarskåpet. Vilket ger möjlighet upp till 500A i servissäkring i det nya kabelmätarskåpet.

Två parallella AXQJ 4x150+41 skall förläggas mellan kabelmätarskåpet och battericontainern. Kablarna anslutes i mätarskåpet parallellt via effektbrytare som ställs in på 390A. Dessutom skall förläggas ytterligare två parallella AXQJ 4x150+41 mellan battericontainern och det befintliga kabelmätarskåpet, vilket då blir ett fördelningsskåp. Kablarna ansluts via effektbrytare som inställes efter maxbelastningen (326A) från den befintliga ladd-anläggningen. I fördelningsskåpet (befintliga kabelmätarskåpet) anslutes kablarna från battericontainern på en ny säkringslastbrytare (typ SEKOD 355) och knivas.

Figur 13 Planerade kopplingar mellan lokala elnätet, batterilagret och lad-stationen i framtiden

4.3.3

Vindkraft och solceller

Det är nödvändigt att öka energiproduktion från solceller och vindkraft i framtiden för att kunna bemöta framtida energibehovet per dag och kapa eventuella effekttopparna. Energibehovet per dag uppskattas vara i snitt 300 KWh efter installation av snabbladdarna i framtiden enligt J. Tonde (Personlig kommunikation, 5 maj 2021). Detta energibehov kommer att kräva en ökning på ungefär 58,9% av de eventuellt installerade solcells och vindkrafts-anläggningar. Ökningen på elproduktionen från solcells och vindkrafts-anläggningen kommer helt enkelt att ske genom att öka antal moduler på solceller och antal vindkraftsverk.

300kWh *365 dagar = 109,5 MWh (Energibehov snitt i framtiden)

37,1 MWh+27,4 MWh = 64,5 MWh (Energiproduktion från de eventuellt installerade solcells och vindkrafts-anläggningar)

5

RESULTAT

Under resultatet redovisas det viktigaste av de grafer och diagram som visar slut resultatet av simuleringar och undersökningar av att använda kombination av solceller, vindkraft, batterilager och elbilsladdare. Ytterligare under resultatdelen illustreras de moderna alternativ av ladd-stolpar, miljöaspekter och ekonomiska aspekter.

5.1

Kombination av solceller, vindkraft, batterilager och

ladd-station

Undersökningen av mängd producerad el från solceller och vindkraft visar att energi som produceras av installation på solceller är 37,1 MWh per år (netto), medan energi som genereras av installation av vindkraft är 27,4 MWh per år. Den totala beräknade producerad energi från simuleringen av båda anläggningar är 64,5 MWh per år (netto). Andel producerad el som går till direktanvändning räknades till 42,5 MWh (upp rundat) medan totala elanvändningen som dras från totalt producerad el (direktanvändning) och elnätet i snitt räknades till 46,2 MWh per år vilket innebär att elkonsumtionen i snitt per dag blir 126,5 KWh.

Den årliga mängd urladdningsenergi som laddades från endast solceller och som dras från batterilagret beräknades till 16,5 MWh per år. Laddningstiden för batterilagret vid 80% laddning från endast solceller under en solig dag kommer att vara 7,6 timmar enligt simuleringen i PVsyst, men om effekten från vindkraft räknas med laddningseffekt då kommer laddningstiden att minskas till 4,6 timmar vid maxproduktion från solceller och vindkraft.

Tabell 8 Resultat på kombination av solceller, vindkraft, batterilager och ladd-station

Månad Elproduktion totalt El som dras från nätet El som matas in till nätet Elanvändning Från total producerad el och elnätet El-batterilager laddning från endast solceller El-batterilager urladdning mängd från endast solceller MWh/månad MWh/månad MWh/månad MWh/månad MWh/månad MWh/månad

Januari 3,2 0,0 0,1 3,1 0,25 0,374 Februari 4,2 0,0 0,0 4,2 0,71 0,680 Mars 6,3 0,0 2,4 3,9 2,490 2,343 April 7,0 0,0 3,7 3,3 2,047 1,784 Maj 7,5 0,0 3,3 4,2 2,216 2,275 Juni 6,5 0,0 2,5 4,1 2,179 1,953 Juli 7,0 0,0 4,0 2,9 1,554 1,462 Augusti 6,2 0,0 2,7 3,4 1,972 1,894 September 6,3 0,0 2,5 3,8 2,050 2,118

Månad Elproduktion totalt El som dras från nätet El som matas in till nätet Elanvändning Från total producerad el och elnätet El-batterilager laddning från endast solceller El-batterilager urladdning mängd från endast solceller MWh/månad MWh/månad MWh/månad MWh/månad MWh/månad MWh/månad

November 3,0 0,9 0,0 3,9 0,316 0,302

December 2,8 2,8 0,00 5,6 0,043 0,041

Årliga totalt 64,5 3,7 21,96 46,2 17,1 16,5

Figur 14 Producerad energi från vindkraft och solceller per månad i [MWh]

Resultatet visar vidare att totalt producerad energi täcker energibehovet upp till 92% utan att behöva använd el från nätet, därmed belasta ej nätet se figur 15 nedan. Överskottet av

sammanlagd producerad energi då detta inte behövs till laddningen matas in till nätet och den räknades till 21,96 MWh per år. Medan energi som dras från elnätet räknades till 3,7 MWh per år och den dras mest under månaderna mellan november-december med maxenergi i snitt per dag på 92 KWh under december månad.

Figur 15 Samband mallen producerad el, elanvändning, el-matning och elkonsumtion till och från nätet i [MWh]

Figur 16 Samband mellan producerad el, el-matning och elkonsumtion till och från nätet i snitt per dag (Linjediagram)

Figur 17 Samband mellan producerad el, el-matning och elkonsumtion till och från nätet i snitt per dag (Yta diagram)

5.2

Ladd-stolpar

Enligt den aktuella studien finns möjligheten att byta ut de befintliga 22 kW ladd-stolparna till 50 kW stolpar för att förkorta tiden det tar för bilarna att ladda fullt. Resultatet av detta skulle bli en effektökning på 55 % från 276 kW till 500 kW.

5.3

Miljöpåverkan

Eftersom elen som kommer att försörja ladd-stationen med förnybara och miljövänliga energikällor som är solceller och vindkraft, kommer utsläppen att vara lika med noll under drifttiden. Däremot är tillverkningen och återvinningen av vindkraft och solceller energikrävande, vilket i sin tur orsakar till koldioxidutsläpp som påverkar klimatet negativt. Svensk Solenergi publicerade år 2018 en rapport där just klimatavtryck för solceller i Sverige undersöktes. Rapporten lyfte fram att flertalet av Sveriges solmoduler har annan bakgrund än Kina, tex Vietnam och Sydkorea, där elen har högre andel icke-fossilt producerad el. Alltså många tillverkningsenheter för solmoduler har själva sådana installerade på taket. Det presenterade resultatet visar att klimatpåverkan från installerade solmoduler i Sverige under hela sina livscykeln med livslängd mellan 20–30 år troligen ligger under 20 gram per producerad kWh. Denna mängd av koldioxidutsläpp omfattar utsläppen från solpanelernas långa vägen genom tillverkningen och transport till installation och sedan återvinningen (solkraftsverige, 2021).

Naturskyddsföreningen har gjort en rapport där man påstår att vindkraften är en väldig bra energikälla jämfört kolkraft och gasverk. Räknat på en livslängd på 20–25 år för ett vindkraftverk kommer miljöpåverkan att ligga runt 12 gram koldioxid per producerad kWh. Detta utsläpp orsakas av tillverkningen, uppbyggnaden och nedmonteringen av ett vindkraftverk. En anledning till att siffran är så låg att det är möjligt att återvinna vindkraftverket i slutet av dess livstid, Vestas hävdar att deras vindkraftverk går att återvinna till 85 % (Naturskyddsföreningen, u. å).

Enligt J. Tonde har Mälarenergi tecknat elhandel vattenkraftavtal på alla sina ladd-områden i Västerås inklusive Rocklunda ladd-station, då Mälarenergi anser att elen från vattenkraft är den renaste källan, därför att vattenverken redan finns och de är 41.st runtom i landet men detta kan diskuteras till fördärv såklart. Tonde belyser att vattenkraft släpper ut 24

gram/kWh koldioxid (Personlig kommunikation, 5 maj 2021). Att nuvarande ladd-station försörjas med el från vattenkraft, kommer vi således att jämföra koldioxidutsläppen från vattenkraft och från eventuellt installerade sol och vind-anläggningar i tabellen nedan. Miljöpåverkan av koldioxidutsläpp visar att med installation av vindkraft och solceller minskas utsläppen av koldioxid med 1547–1063,8= 483,2 ton/år, dvs utsläppen reduceras med 31,2 %.

Tabell 9 Koldioxidutsläpp

solceller Vindkraft Vattenkraft Totalt utsläpp från solceller Totalt utsläpp från vindkraft Totalt utsläpp från båda solceller och vindkraft Utsläpp nu från vattenkraft

[g/kWh]

[Kg/år]

5.4

Ekonomi

5.4.1

Solcellsanläggning

Resultatet av att räkna ut produktionskostnad med hjälp av beräkningsprogram LCOE visas nedan i figur 17. Alla antagande indata samlades in under bilaga 3 för att visa en bättre uppfattning om beräknad produktionskostnad av solcellsanläggningen.

Figur 18 Beräknad produktionskostnad (LCOE) och lönsamhet

ROT-avdrag gäller bara för 5 år gamla hus. Endast privatpersoner kan ansöka om ROT vid installation av solceller. Observera att huset behöver vara äldre än fem år för att kunden ska kunna få ROT-avdrag. Det går inte att få ROT-avdrag för solceller på taket om privatpersoner bor i lägenhet (Energimyndigheten). Således tas inte hänsyn till ROT-avdrag i detta projekt för att anläggningen tillhör ett företag. Nedan visas några diagram för hur intäkter och kostnader ser ut med, utan investeringsstöd och ROT-avdrag.

Beräknad produktionskostnad (LCOE)

Utan ROT-avdrag eller investeringsstöd 0,941 kr/kWh

Med ROT-avdrag 0,881 kr/kWh

Med investeringsstöd 0,874 kr/kWh

Beräknad lönsamhet

Endast heltal år beräk nas för återbetalningstiden.

De fak torer som har störst inverk an på lönsamheten är investeringsk ostnad, k alk ylränta, andel egenanvänd el och värdet av egenanvänd respek tive såld el, där speciellt sk attereduk tionen har en stor betydelse.

Utan ROT-avdrag och investeringsstöd, med eventuell sk attereduk tion

Nuvärde 243 133 kr

Diskonterad återbetalningstid 12 år

Internränta (IRR) 10,5% %

Med ROT-avdrag och eventuell sk attereduk tion

Nuvärde 276 496 kr

Diskonterad återbetalningstid 10 år

Internränta (IRR) 11,8% %

Med investeringsstöd och eventuell sk attereduk tion

Nuvärde 280 203 kr

Diskonterad återbetalningstid 10 år

Figur 19 Intäkter av solcellsanläggningen

Figur 20 Ackumulerat nuvärde med investeringsstöd. Investeringsstöd beviljades till 10% (Energimyndigheten, 2021)

Figur 21 Kostnader med investeringsstöd. Investeringsstöd beviljades till 10% (Energimyndigheten, 2021)

5.4.2

Vindkraftverk

Ekonomin för vindkraft går att se i Excel diagrammet nedan.

Figur 24 Diagram över kostnader samt uppskattade inkomster för vindkraftverk

6

DISKUSSION

6.1

Metod

Litteraturstudien har utförts med hänsyn till datumet på källor så att fakta om ämnet ska vara så ny som möjligt, därför att laddningsinfrastruktur är väldigt aktuellt ämnet. Källorna som användes till litteraturstudien är pålitliga, eftersom de publicerades ut i trovärdiga webbsidor såsom Energimyndigheten, ABB, och Power Circle.

För att kunna beräkna sammanlagd elproduktion per dag från solcellsanläggningen och vindkraftsanläggningen gjordes uppskattning på elproduktion i snitt per dag, särskilt elen som fås av vindkraftsanläggningen, därför att mjukvaran Windpro inte har egenskaper att ge en detaljerad elproduktion per dag, dvs i timsteg, vilket är egentligen svaghet med denna mjukvara eller kanske det är väldigt svårt att uppskatta elproduktionen p.g.a. den stora variation på vindstyrkan från en dag till en annan dag som beror på årstider och molnighet. Dessutom varieras energikällorna ganska mycket beroende på andel sol och vind som fås per dag till att sätta i gång sol och vinds-anläggningar.

För att kunna få reda på uppskattad elanvändning för ladd-stationen i nuläget, fick vi ett diagram som visar statistik på energiuttaget per dag under åren 2019–2021. Det som var svaghet med beräkningen vad gäller elanvändningen var att en detaljerad Excel-fil med

0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 350,000 400,000 0 5 10 15 20 Kron o r Tid [År]

Ekonomin för vindkraft

Kostnader Utifrån tid (år) Inkomster Utifrån tid (år)

timbaserade mätningar fattades. I stället lästes av diagrammet 10 värden av varje månad under åren 2019–2021 sedan beräknades elanvändningen i snitt per dag genom att dela summan med 10 för varje månad under 2 år, sedan delades summan av elproduktionen i snitt per dag med 2, eftersom statistiken visar uppmätta data under två år.

PVsyst är nuförtiden en av de mest använda mjukvaror för att dimensionera en solcellsanläggning. Programmets uppmätta meteorologiska data är baserad på Metronom-databas, NASA-Metronom-databas, PVGIS-databas och Solcast TMY-databas när det gäller beräkning av solinstrålning. PVsyst inkluderar väldigt många parametrar för att kunna simulera ett PV system så nära verkligheten som möjligt. Bland dessa parametrar kan väljas orientering på solcellsmoduler, omväxlarens egenskaper, och eventuella skuggningar som kan påverka elproduktionen.

Eftersom vi ville använda ett litet vindkraftverk var de mycket svårare att hitta källor till de beräkningar vi behövde göra, speciellt ekonomiberäkningar, därför att de flesta kalkyler för vindkraft är baserade på mycket större vindkraftverk.

Beräkningar på produktionskostnad för solceller är baserad på många antagande som tillexempel investeringsstöd och investeringskostnad för solcellsanläggning. Beroende på hur bra antagande görs kan produktionskostnaden (LCOE) varierar. Men vissa indata är korrekta såsom investeringsstöd till företag som blev beviljat till 10% av staten och hämtades från trovärdiga källor som energimyndigheten.

6.2

Resultat

Batterilagret kommer nästan aldrig att vara tomt då det laddas upp av båda solceller och vindkraft i tanken med energiförbrukningen. Under resultatet nämndes att beräknad energi som överförs till batterilagret kommer endast från solceller, därför att det inte finns möjlighet i PVsyst att integrera batterilagret för att ladda med ytterligare ett system, dvs vindkraft. Således finns det möjlighet att ladda batterilagret även från överskott el från vindkraft. Enligt rapporten från simuleringen i PVsyst i bilaga 1 sid.9 kommer 52,5% producerad el från solceller gå till direktanvändning medan 47,5% kommer att sparas i batterilagret för att sedan användas när solceller producerar inget under en period då solen inte skiner under dagen. Med direktanvändning menas energi som används till att ladda samt elöverskott som matas till elnätet då solen skiner.

Resultatet visade att kombinationen av ett integrerat system som består av solceller, vindkraft och batterilager är en nästan perfekt lösning för att täcka det dagliga energibehovet utan att behöva dra el från nätet, därför att solcellssystemet ställer upp när vindkraft producerar mindre och samma med vindkraft, samtidigt laddas batterilagret upp från elöverskott från båda anläggningar.