Examensarbete
Energiingenjör – Förnybar energi 180 hp
Solcellsprojektering med olika storlekar av batterilager
Förstudie åt Falkenberg Energi AB
Energiteknik 15 hp
2021-05-28
Johannes Silberberg
Sammanfattning
Denna rapport syftar till att beräkna hur egenanvändningsgraden blir i en solcellsanläggning både utan och med olika storlekar på batterilager i ett område i Falkenberg. Falkenberg energi AB förutspår att andelen solceller kommer att öka i det lokala nätet. I stället för att genomföra kostsamma nätförstärkningar undersöks ett alternativ i form av energilagring.
Frågeställningarna besvaras genom simuleringar i beräkningsverktyget Polysun, litteraturstudier av ersättningsmodeller samt ekonomiska beräkningar.
Tre typer av energilager undersöks, Nickel-Metallhybridbatterier, Litiumbatterier, samt bränslecell baserad på vätgas. Efter undersökning fastställdes att Lit-jon-batteri var mest lämplig sett till prestanda. Fördelen med att installera ett energilager är att
självförsörjningsgraden och egenanvändningen ökar.
Projektet har grundat sig på data som tagits fram på anläggningen utan något energilager.
Egenanvändning och självförsörjningsgrad har sedan jämförts med fall med olika lagringsstorlekar.
I studien undersöks hur egenanvändningen vid installation av solceller med 518 kW maxeffekt påverkas av olika storlekar på tillhörande batterilager.
Olika ekonomiska beräkningar har gjorts utifrån olika parametrar. Parametrar som ändras är kalkylräntan, skattereduktion samt med och utan investeringsstöd. Levelized cost of
electricity (LCOE-metoden) och nuvärdesmetoden har använts för att undersöka investeringens lönsamhet.
Efter undersökning av olika storlekar av batterilager kunde konstateras att egenanvändningen ökar med större batterilager. Noterbart var att egenanvändningens ökning inte är linjär utan avtar i olinjärt i takt med ökad installerad batterikapacitet. Resultat efter
lönsamhetsberäkningar visade att en investering i något av de energilagringsstorlekar som undersöks inte är ekonomiskt lönsam. Resultat av beräkningar utan tillhörande energilager visade sig vara lönsam.
Abstract
This report aims to examen the self-utilization of produced power, both with and without an energy storage, in a solar cell plant in Falkenberg city. Falkenberg energy AB predicts that the amount of locally produced solar power will increase in the near future. Instead of spending a large amount of money reinforcing the local power grid, other alternatives like energy storage are examined. Through literature studies, economic calculations and computer simulations the reports questions are answered.
Three different types of energy storage are being evaluated, nickel metal hydride, hydrogen fuel cell and lithium ion- batteries. After evaluation it was confirmed thar the lithium ion is best suited when it comes down to performance. The advantages given by installing an energy storage combined with solar power are the increase in self-utilization and self-sufficiency.
The project is based on the results from the solar power plant in combination with the facilities without an energy storage. Self-utilization and self-sufficiency are then compared between different storage sizes.
This study examens how the self-utilization changes depending on different sizes of energy storage when solar power production of 518 kilowatt (peak) is installed.
When different sizes of energy storages were compared the conclusion is that the larger the battery size the higher the self-utilization. The increase happened to be nonlinear. The higher the storage size, the smaller the increase in self-utilization is. Economic calculations have been done depending on different variable changes. The LCOE- method (Levelized cost of electricity) and the present value-method are the economic methods used to determine the profitability of the investment.
Results after calculations showed that an investment of any of the different storage sizes is not economical profitable. An investment without an energy storage turned out to be profitable.
Förord
Detta examensarbete avslutar händelserika- samt lärorika år min utbildning på Högskolan i Halmstad. Genom inspirerande lärare har intresset för energiteknik ökat vilket ligger till grund för detta arbete.
Jag vill tacka Falkenberg energi AB för stort visat intresse och stöd genom arbetets gång. Jag vill tacka handledare Anders Sjöqvist och Karin Tångring på Falkenberg energi AB för hjälp med uppgifter och information. Ett stort tack till handledare Petter Eklund på Högskolan i Halmstadför hjälp och tips på vägen. Tackar slutligen klasskamrater för en härlig studietid.
Johannes Silberberg Halmstad 2021
Förkortningar
kW Kilowatt
kWp Kilowattpeak
kr Svensk krona
kkr Tusen svenska kronor
st Stycken
AC Växelström
DC Likström
h Timmar
% Procent
Lit-jon Litiumjon
NiMH Nickel metall hybrid
A Ampere
V Volt
LCOE Levelized cost of electricity
Innehållsförteckning
1 INTRODUKTION ... 1
1.1 MÅL OCH SYFTE ... 1
1.1.1 Frågeställning ... 1
1.1.2 Avgränsningar ... 1
2 TEORETISK BAKGRUND ... 2
2.1 SOLCELLER I SVERIGE ... 2
2.1.1 Prisutveckling på solceller ... 2
2.2 TYPER AV SOLCELLER ... 2
2.2.1 Monokristallina solceller ... 2
2.2.2 Polykristallina solceller. ... 2
2.2.3 Tunnfilmssolceller ... 3
2.3 STC ... 3
2.4 SOLSTRÅLNING ... 3
2.4.1 Azimut samt andra påverkansfaktorer. ... 4
2.4.2 Prestandakvot ... 5
2.4.3 Lutningsvinkel ... 5
2.4.4 Snö och smuts ... 5
2.5 VÄXELRIKTARE ... 6
2.5.1 MPP och MPPT ... 7
2.5.2 Optimerare ... 7
2.6 ENERGILAGER ... 8
2.6.1 Bränslecell... 8
2.6.2 Litiumbatterier ... 8
2.6.3 Nickel-Metallhybridbatterier ... 8
2.6.4 Livslängd ... 8
2.7 STYRMEDEL OCH REGLER ... 8
2.7.1 Investeringsbidrag ... 8
2.7.2 Skyldigheter gentemot mikroproducenter. ... 8
2.7.3 Mikroproducent ... 9
2.7.4 Elcertifikat ... 9
2.8 EKONOMI ... 9
2.8.1 Elpris ... 9
2.8.2 Ekonomisk lönsamhetsberäkning ... 9
3 METOD ... 11
3.1 SIMULERINGAR ... 11
3.1.1 Användarprofil i Polysun ... 11
3.2 EKONOMISK LÖNSAMHETSBERÄKNING... 12
3.2.1 Parametrar ... 12
3.2.2 Styrmedel ... 12
3.3 EGENANVÄNDNING OCH SJÄLVFÖRSÖRJNING ... 13
3.4 TEKNISKA SPECIFIKATIONER FÖR ANLÄGGNINGEN ... 14
3.4.1 Antaganden om effektförbrukning ... 14
3.4.2 Förutsättningar för solel för olika ytor ... 14
3.5 BATTERISTORLEKAR ... 15
4 RESULTAT ... 16
4.1 RESULTAT FRÅN SIMULERING ... 16
4.2 ENERGILAGER ... 18
4.3 EKONOMI ... 21
5 DISKUSSION ... 23
6 SLUTSATSER ... 25
7 REFERENSER ... 26
8 BILAGOR ... 30
1 Introduktion
Energibranschen står i framtiden för stora utmaningar då den fossila andelen energi skall minska och andelen förnybar energi måste öka. Detta innebär att intermittent produktion samt behovet av energilagring och flexibilitet behöver växa. Detta leder i sin tur till påfrestande nätbelastning hos nätägarna. En nätinvestering är räknad på 60 år och för att undvika en förtida nätförstärkning sett till tidigare i investeringar, utreds därför energilagring som ett alternativ.
Falkenberg Energi AB förutspår att mängden installerad solenergi i deras nät kommer att öka.
För att kunna ta beslut om framtida investeringar vill de undersöka hur egenkonsumtionen kan se ut om en större mängd solceller installeras tillsammans med ett energilager. I rapporten kommer nio flerbostadshus undersökas och användas som underlag.
1.1 Mål och syfte
Syftet med rapporten är att undersöka hur egenanvändningen ändras genom installation av en större mängd solceller med olika storlekar på batterilager. Vilka lagar som gäller för nätägare gentemot mikroproducenter samt vilka krav som skall uppnås för att räknas som en
mikroproducent. Lönsamheten undersöks med hjälp av olika kalkylmetoder för att åskådliggöra fördelar respektive nackdelar för både nätägare och konsument.
1.1.1 Frågeställning
• Hur ser egenanvändningen ut efter installation med olika storlekar av energilager?
• Kommer investeringen att vara lönsam?
• Vilka fördelar respektive nackdelar finns efter en installation?
Arbetet är avsedd som en förstudie åt Falkenberg Energi AB inför framtida projekt och investeringsbeslut.
1.1.2 Avgränsningar
Arbetet begränsas av förutsättningarna för den specifika platsen samt storleken på taken där solpanelerna skall installeras. En kostnadsoptimering för laddning av energilagret behandlas inte i den här rapporten. Antaganden har gjorts och arbetet har anpassats därefter.
2 Teoretisk bakgrund
2.1 Solceller i Sverige
På 1970-talet började solceller att användas i Sverige. Dessa var off-grid system och antalet var få. Objekt som använde dessa system var husvagnar, sommarstugor och fyrar. Under 2010-talet har priset på solceller sjunkit kraftigt. Mellan 2017 och 2018 ökade den totala installerade effekten för nätanslutna anläggningar i Sverige med 78%. Den relativa ökningen är väldigt stor men sett till hela Sveriges totala elproduktion med solceller svarar den endast för knappt 1%. En nästan lika stor ökning skedde under 2019. Ökningen mellan 2018 och 2019 är ca: 70% och avser installerad effekt med solceller [1]. Sveriges elproduktion kommer främst från vattenkraft och kärnkraft följt av vindkraft och kraftvärme [2].
2.1.1 Prisutveckling på solceller
Priset på solceller har sjunkit med 10% mellan 2010–2020. Detta beror till stor del på statliga bidrag. I takt med att priset på solceller sjunker till följd av ny teknik kommer även de statliga bidragen fasas ut [2]. EU beslutade i september 2018 att importtullar på solceller från Kina skulle slopas och för svenska tillverkare förutspås detta leda till lägre priser. [4]
2.2 Typer av solceller
Valet av solceller beror på byggnadens förutsättningar. De olika solcellstyperna bygger på olika tekniker och skiljer sig därför åt. Faktorer som skiljer solcellerna från varandra är:
• Verkningsgrad
• Pris
• Böjbarhet
• Utseende
Om det finns gott om plats på taket och priset är en avgörande faktor kan moduler med lägre pris men också lägre verkningsgrad vara värt att välja. Solcellsbranschen utvecklas hela tiden och faktorer som pris och verkningsgrad kan komma att ändras i framtiden. Den teoretiskt maximala verkningsgraden för en traditionell solcell ligger på 30% [8].
På marknaden finns idag 3 olika solcellstyper. Dessa är monokristallina, polykristallina samt tunnfilmssolceller [5].
2.2.1 Monokristallina solceller
Solceller av typen monokristallina baseras på materialet kisel. Dessa moduler har rundade kanter och är mer cirkelformade än kvadratiska och modulerna är konstruerade så att de utseendemässigt får en svart ton. Monokristallina solceller har en verkningsgrad på 15–22%.
Kostnaden för dessa moduler är högre än för polykristallina [5].
2.2.2 Polykristallina solceller.
Även denna typ av solceller baseras på kisel men till skillnad från monokristallina solceller är polykristallina solceller rektangulära. De går att få polykristallina solceller i olika färger men det tenderar att påverka verkningsgraden negativt. Skimrande blå är den färg som är vanligast förekommande. Verkningsgraden för polykristallina solceller ligger mellan 15–17% [5] och år 2013 bestod marknaden till ca 90% av kristallina solceller [7]. År 2019 ligger andelen på 95%
[6].
2.2.3 Tunnfilmssolceller
Som namnet avslöjar är dessa tunna och gjorda med låg materialåtgång. Tunnfilmssolceller är gjorda med olika material och beroende på vad de innehåller finns olika benämningar. Två förekommande varianter är CdTe och CIGS. CdTe är förkortning för ämnena kadmium och tellurid, CIGS är förkortning för kadmium, indium, gallium samt selen. Kadmium är ett miljöfarligt grundämne och CdTe solceller har en högre kadmiumhalt än CIGS solceller.
Verkningsgraden samt modulkostnaden för CdTe är något lägre jämfört med CIGS solceller.
Om lika stor mängd el skall produceras blir överlag en tunnfilmsanläggning dyrare jämfört med en anläggning baseras på kiselsolceller. Tunnfilmssolceller är ovanliga jämfört med kristallina solceller men fördelen med dessa celler är att de är böjbara, de kan alltså monteras på ställen som kristallina solceller inte kan. Verkningsgraden är dock relativt låg, den ligger mellan 10–16% [5].
Figur 1 Polykristallina och monokristallina solcell, Klaus Mueller, CC BY-SA 3.0
2.3 STC
En solcellsmoduls märkeffekt mäts i enheten Wp (Watt peak) och är toppeffekten på en solcellspanel. En solcellsmoduls märkeffekt uppmäts i Standard Test Conditions (STC-
förhållanden) som är ett standardiserat sätt för mätning av effekten från en solcellsmodul. Vid STC-förhållanden har modulen en temperatur på 25°C och instrålningen sker vinkelrätt mot modulen med 1000W/m2. I verkligheten råder det mycket sällan SCT-förhållande, då den producerade effekten från en solcellsmodul är mycket beroende av parametrar som nivån på instrålningen samt modultemperaturen. Vid låga temperaturer ökar spänningen och därmed effekten och det omvända gäller vid högre temperaturer [9].
2.4 Solstrålning
För en solcellsanläggning finns det flera olika typer av strålning som påverkar det totala energiupptaget. De strålningstyper som finns är Direkt, Diffus samt Global solstrålning.
Strålningen som totalt sett över ett år träffar en specifik yta kallas Globalstrålning.
Globalinstrålningen är summan av diffusstrålning och direktstrålning och har enheten W/m2. Ljuset som träffar modulens yta direkt från solen kallas direktstrålning. Diffusstrålning träffar modulens yta horisontellt och passerar exempelvis genom moln. Globalstrålningen påverkas av flera faktorer bland annat omgivningens albedo, väderstreck samt temperatur [11]. Albedo anger den andel av strålningen som träffar en viss yta som reflekteras tillbaka. Reflekteras all strålning tillbaka är värdet på albedo 1 och reflekteras ingen strålning tillbaka är värdet 0 [12].
Detta gäller för en specifik geografisk position och ändras positionen ändras även strålningen och därmed alebovärdet [11].
Sambandet mellan de tre olika strålningsvarianterna är
𝐺 = 𝐼 sin (ℎ) + 𝐷 (1)
där G är globalinstrålningen, I direktstrålningen, D diffusstrålningen och h solhöjden.
2.4.1 Azimut samt andra påverkansfaktorer.
Azimut har stor betydelse för solcellsanläggningens elproduktion och beskriver vinkeln för en modul i det horisontella planet, räknat medsols och från söder. Det finns olika definitioner för azimut sett till vilken orientering som utgås ifrån. Det finns två vanligt förekommande system.
I det ena anges söder som noll och i det andra sätts norr till noll, väster och öster som ± 90°
[12]. Systemet med nollvinkel mot norr, en östlig vinkel 90° och västlig vinkel 270° kommer användas i det här arbetet. För maximal elproduktion är det optimala läget rakt söderut.
Jämför man västlig och östlig riktning är en östlig riktning att föredra. Eftersom vädret tidigt på morgonen ofta är klarare samt att produktionen ökar med en högre lutningsvinkel mot horisontalplanet kommer en östlig riktning ha en högre verkningsgrad då temperaturen är lägre på morgonen [13].
Ett bra utbyte per år anses vara 800–1100 kWh/kW. Utbytet hänger starkt ihop med anläggningens azimut, lutningsvinkel och geografiska position [14].
En annan påverkande faktor är temperaturen. För varje grad Celsius temperaturen höjs sjunker verkningsgraden för kommersiella kiselbaserade solceller med 0,4%. Under sommaren vid soligt och varmt väder kan solpanelerna komma upp i temperaturer på 35–40°C. Även vindhastigheten påverkar verkningsgraden då vinden kan öka kylningen av solpanelerna.
Detta gäller även för utrymmet under panelerna och är viktigt att tänka på i projekteringsfasen [15].
Figur 2 Olika infallande vinklar på en solcellsmodul. (Jeffrey R.S Brownson CC BY-NC-SA 4.0)
2.4.2 Prestandakvot
För att kunna avgöra effektiviteten för en solcellsanläggning analyseras prestandakvoten (performance ratio) som är en viktig parameter att känna till. För att räkna ut prestandakvoten divideras den teoretisk maximala elproduktionen med den producerade elen och anges i procent. Ju närmare 100% en solcellanläggning ligger med avseende på prestandakvoten desto bättre. En anläggning anses vara bra om den har en prestandakvot över 80% [16]. För att kunna beräkna prestandakvoten behöver följandeparametrar vara kända:
• Modulverkningsgraden [%]
• Den totala modulytan [m2]
• Av anläggningen producerad el under 1år [kWh/år]
• Globalinstrålningen [kWh/m2]
Simuleringsprogrammet Polysun tar hänsyn till inmatade parametrar och kan därav beräkna en anläggnings prestandakvot [17].
2.4.3 Lutningsvinkel
Optimal lutningsvinkel för solcellsmoduler för maximal produktion fås i Sverige för vinklar mellan 40–45° [13] och i en studie [18] testades flertalet metoder för beräkning av optimal lutningsvinkel på solceller. För en given lutande yta tas där fram ett uttryck för att optimera lutningsvinkeln. Uttrycket för optimal lutningsvinkel Fopt i grader beräknas som:
𝐹𝑜𝑝𝑡 = 𝐺𝑇 𝑆𝑡𝑑𝑒𝑣(𝛽)
(2)
GT är medelvärdet av den strålning som träffar en lutande solpanel med en given vinkel β under en månad. Stdev(β) är standardavvikelse av skillnaden mellan en normaliserad lastprofilskurva och normaliserad solstrålning med en given vinkel, β. De normaliserade värdena är framtagna efter mätning på en given last över ett år [18].
2.4.4 Snö och smuts
Verkningsgraden blir sänkt av smuts och snö och detta påverkar särskilt länder med torrt klimat. Normalt har Sverige en nederbörd som är tillräckligt stor för att skölja bort smuts från modulerna. Under dagar med mycket pollen kan dock produktionen gå ner [19]. För nordliga länder kan snö utgöra ett problem och för att helt slå ut produktionen krävs endast ett snötäcke på fem centimeter. En lutning på taket som gör att snön kan glida av vid högre temperatur [20] är fördelaktigt.
2.5 Växelriktare
Förutom solpanelerna finns en annan viktig komponent i systemet, växelriktaren.
Växelriktaren har i ett solcellssystem flera uppgifter då den anpassar belastningen av
solpanelerna på ett fördelaktigt sätt och säkerställer att leveransen av den el som produceras i solcellssystemet är av god kvalitet. Eftersom solcellerna producerar likström måste den omvandlas till växelström som sedan i elnätet kan användas av elektriska apparater. När någon form av omvandling sker uppstår alltid förluster. Växelriktarens effektivitet varierar och det beror till viss del på vilken märkeffekt som den arbetar på och det innebär att växelriktarens verkningsgrad är beroende på vilken effekt som förs över från solcellerna.
Verkningsgraden hos växelriktare är angiven vid olika spänningsnivåer och tillverkare har som vana att ange 3st olika värden. Verkningsgraden för kommersiella växelriktare varierar mellan 93–98%. Verkningsgraden 𝜂, för växelriktare kan beräknas som den producerade likspänningseffekten PDC dividerat med växelspänningseffekten PAC. Effekten mäts i kW och kvoten visas i ekvation 3.
𝜂 =𝑃𝐷𝐶 𝑃𝐴𝐶
(3)
Figur 3 Verkningsgradskurva för en växelriktare (CC BY-SA 3.0)
Vid överproduktion skickas överskottselen ut på nätet för nätanslutna system. Skulle överproduktionen vara så stor att nätet inte klarar av att ta emot mer effekt så måste
solelsproduktionen minskas eller stängas av helt. Växelriktaren har till uppgift att kontrollera anslutningen till nätet innan den överför effekt. [9].
2.5.1 MPP och MPPT
Maximum Power Point Tracking (MPPT) är en metod som strävar efter att maximera utbytet från solcellerna i systemet. Vanligen är MPPT integrerat i växelriktaren för systemet och efter utvalda metoder optimeras effekten. MPPT kan kort förklaras som optimeringsprocessen som har enheten MPP (Maximum Power Point). I Figur 4 visas hur förhållandet mellan ström och spänning för en cell utsatt för solljus. Metoden är tillämplig för samtliga moduler och
skillnader uppstår enbart vid olika modulkoncept. Figur 4 visar under STC förhållanden ström och spänning där effekten är ström multiplicerat med spänning. Skuggning och
temperaturvariationer visas inte. MPPT har för uppgift att under varierade förhållanden
bestämma modulens MPP som MPPT använder och kommer under processen ha betydelse för effektiviteten [9].
Figur 4 Spänning och ström under STC-förhållanden (CC BY-SA 3.0)
2.5.2 Optimerare
Solcellerna är seriekopplade och om effekten sänks på en modul, genom till exempel skuggning, så sänks effekten på samtliga moduler i serien. Har man för avsikt att göra anläggningen mindre känslig för skuggning kan en optimerare installeras på varje modul och då kan modulerna ses som enskilda enheter i systemet. Detta är fördelaktigt vid montering vid olika väderstreck och lutningar. Om man kopplar en optimerare på de paneler som blir
skuggade påverkar dessa inte övriga panelers energileverans. Nackdelen är att den totala kostnaden för installation av systemet ökar på grund av flera komponenter [9].
2.6 Energilager
Det finns olika typer av energilagringsalternativ varav tre beskrivs nedan.
2.6.1 Bränslecell
Bränsleceller som är baserade på vätgas kan lagra överskottsenergin samt agera som effektutjämnare. Lagringspotentialen, mätt i kWh, för bränsleceller är god då den kan lagra energi som kan användas då behovet av energi har ökat [32]. Elverkningsgraden för
bränsleceller är varierande och ligger mellan 50–60% [33]. Om värmen som bildas från bränslecellen kan användas kan den totala verkningsgraden öka [32].
2.6.2 Litiumbatterier
Globalt består installerad batterikapacitet till 90% av litium-jon batterier. Det beror bland annat på forskning som bedrivits inom fordonsbranschen. Mellan 2010 – 2018 har kostnaden för batterier sjunkit med 85% [36]. Litiumbatterier har hög verkningsgrad, låg självurladdning och drabbas inte av minneseffekt [33]. Snabba upp- och urladdningar, samt hög
verkningsgrad är aspekter som talar till fördel för litiumbatterier.
2.6.3 Nickel-Metallhybridbatterier
Energimässigt kan Nickel-Metallhybridbatterier (NiMH)-batterier lagra lika mycket energi som litiumbatterier. Enligt [34] är kostnaden lägre jämfört med litiumbatterier. De kräver större utrymme än litium och är dessutom tyngre. Nackdelen är att ur och uppladdning kan ske med högre hastighet för litiumbatterier. En annan aspekt som missgynnar NiMH batterier är att de drabbas av så kallad minneseffekt som uppstår när det laddas upp innan det är
urladdat [34]. NiMH batterier har hög självurladdningsgrad vid hög laddning, vilket inte är att föredra [35].
2.6.4 Livslängd
Det finns flera sätt att mäta ett batteris livslängd. Ett sätt är SoH, State of Health. När batteriet har tappat 20% av sin kapacitet anses livslängden vara uppnådd.
Antalet urladdningscyklar är ett annat sätt att mäta batteriets livslängd. En cykel är en
urladdning följt av en uppladdning och laddas batteriet upp med 40% kvar räknas det inte som en cykel. Livslängden kan som bäst vara uppemot 20 år under bra förhållanden [35].
2.7 Styrmedel och regler
2.7.1 InvesteringsbidragNya regler träder från och med årsskiftet 2020/2021 i kraft gällande investeringsbidrag för solceller då bidraget ersätts av vad regeringen kallar skatteavdrag för grön teknik. För företag som ansökt om bidrag innan årsskiftet sänks stödet från 20 till 10 % [21]. Regeringen beslöt sommaren 2020 om ett ansökningsstopp för stöd till solceller och energilager och det finns i skrivande stund inte någon information om när stoppet kan tänkas hävas. Detta gäller företag och bostadsrättsföreningar mm [22–23]. För privatpersoner finns ett bidrag på 15% för solceller, 50% för energilager och laddstolpar [24].
2.7.2 Skyldigheter gentemot mikroproducenter.
Elhandelsföretag har enligt 67-kap inkomstskattelagen (1999;1229) inte rätt att neka inmatning av förnybar el från mikroproducenter oavsett om de uppfyller kravet om skattereduktion eller inte. De är därför skyldiga att ta emot elen.
2.7.3 Mikroproducent
För att klassas som mikroproducent måste följande krav uppfyllas.
• Huvudsäkring högst 100A
• Producerad el får inte överskrida den totala elanvändningen
• Anslutningspunkten på elnätet skall vara gemensam för hela anläggningen.
• Ut-respektive inmatning av energi skall mätas i anslutningspunkten.
Uppfylls dessa krav har producenten rätt till skattereduktion. Skattereduktion kan fås för varje kWh som en producent levererar ut på nätet. Skattereduktionen är 60 öre/kWh och maximalt 30 000 kWh/år. Detta innebär att en mikroproducent kan få ett maximalt skatteavdrag om 18 000kr/år [27].
2.7.4 Elcertifikat
Elcertifikat är ett stödsystem som Sverige har tillämpat sedan 2003 för förnybar energi och det sticker ut jämfört med andra styrmedel eftersom det inte enbart är statligt styrt. Marknaden sätter delvis priserna på certifikaten som per MWh producerad förnybar el delas ut till olika producenter [25].
2.8 Ekonomi
En tidig tanke som uppkommer när investering i en solcellsanläggning kommer på tal är hur lönsam investeringen kommer att vara. För solcellsinstallationer utgörs större delen av besparingen av den andel el som inte behövs köpas in från elnätet. Därför är en bra uppskattning av elprisutvecklingen av intresse [28].
2.8.1 Elpris
Elpriset i Sverige är marknadsstyrt och utgår ifrån elpriset på Nord Pool Spot. Den svenska elmarknaden avreglerades år 1996 och ingår sedan dess i Nord Pools Spot liksom övriga länder i Norden [28]. De olika energikällorna har en påverkan på hur spot priset varierar.
Tillgången på vattenkraft är ett sådant exempel, då vid hög nederbörd, då tillgången är god sjunker priset. och vice versa [29]. Enligt [30] kommer elpriset att stiga i samband med avveckling av kärnkraft.
2.8.2 Ekonomisk lönsamhetsberäkning
I den här rapporten har olika metoder för en investerings lönsamhet gjorts. Metoder som använts är LCOE-metoden (Levelized cost of electricity) och nuvärdesmetoden. LCOE visar produktionskostnad per kWh under den totala livslängden. Beräkningar som utförts är gjorda i programvaran Excel. Lönsamhetsberäkning av en solcellsanläggning kan beskrivas med ekvation 4 och 5.
LCOE =
Investering + ∑ (Årlig kostnadi
(1 + 𝑅)i ) −Restvärde (1 + 𝑅)N
i=Ni=1
∑ Energiutbyte start ∗ (1 + systemdegradering)i−1 (1 + 𝑅)i
i=Ni=1
(4)
Där i är år, N är ekonomisk livslängd och R är kalkylräntan.
Vidare beräknas nuvärdet enligt följande
Nuvärde, NV = 𝐴 (1 + 𝑅)n
(5) där A är kostnaden år n [31].
3 Metod
Utifrån genomgång av vetenskapliga artiklar, hemsidor och rapporter har information om ett solcellssystem med energilagring tagits fram.
Information om olika typer av energilager har undersökts i den teoretiska bakgrunden för att fastställa vilken variant som är mest fördelaktig.
För att studera hur bostadslägenheters energianvändning ser ut har data erhållits från Falkenberg energi AB. Dessa värden har utgjort grunden för gjorda simuleringar.
3.1 Simuleringar
Samtliga simuleringar som genomförts är utförda i Polysun. Polysun är ett
simuleringsprogram för alla typer av solenergibaserade projekt. I programvaran finns detaljerad information om komponenter som kan tänkas användas i ett solenergibaserat projekt.
Resultaten från alla de olika hustaken som undersökts har sparats separat då vare tak har olika förutsättningar, storlek, azimut mm. Likadana solcellspaneler finns på samtliga tak. Vid simuleringens slut sammanställs sedan alla tak som en anläggning.
Väderdata är hämtad från Meteronorms databas från 1991–2010 och används i samtliga simuleringar som är genomförda i Polysun.
Denna programvara tar även hänsyn till vinddata samt ev. skuggning på vissa moduler orsakade av diverse saker placerade på taken.
3.1.1 Användarprofil i Polysun
För att kunna beräkna egenkonsumtionen av den genererade solelen behöver man känna till hur anläggningens energianvändning ser ut. För att kunna göra den mest tillförlitliga
beräkningen av egenkonsumtionen skulle timvis redovisad effektanvändning vara önskvärd då Polysun använder timvis solinstrålning för platsen. I detta fall fanns bara månadsvis redovisad effektanvändning för lägenhetsbyggnaderna. Eftersom inga timvärden kunde erhållas för att utläsa hur mycket effekt som används vid en viss tidpunkt så har Polysun en inställning i form av användarprofiler för sådana fall där inte timvärden finns tillgängliga. Vald användarprofil som använts är lägenhetsbyggnad med värmepump vilket matchar de byggnader som
solcellsanläggningen är anslutna till. I profilen finns en effektförbrukningsprofil för hur en genomsnittlig lägenhets effektanvändning ser ut på timbasis. Eftersom profilen speglar detta fall bäst har den därför valts ut och energiberäkningar i rapporten kommer att använda sig av denna.
3.2 Ekonomisk lönsamhetsberäkning
Metoden för att ta fram lönsamhetsberäkningar för anläggningen är utformad efter tidigare beprövade metoder.
Ekonomiska beräkningar baseras på följande metoder:
• LCOE – metoden (se ekvation 4)
• Nuvärdesmetoden (se ekvation 5)
Underlaget för beräkningar med batterier har hämtats från hemsidor som redogör för pris per kWh. Underlaget för solceller är hämtad från återförsäljare och dessa finns tillgängliga i lager på marknaden.
Noterbart är att priser för solpanelerna är styckevis och en eventuell mängdrabatt har därför inte tagits hänsyn till då det inte heller är säkert att en sådan är möjlig att få.
I de ekonomiska beräkningarna finns en stor osäkerhetsfaktor, denna är elprisutvecklingen. I rapporten har inga metoder analyserats med avseende på en eventuell prisökning på el utan kommer att utgå ifrån samma elpris under hela livslängden.
3.2.1 Parametrar
Driftkostnader är svåruppskattade. 0 kr/år – 1500 kr/år är rimliga antaganden för rörliga kostnader. Fasta kostnader har antagits till 4000 kr/år. Därmed antas totala driftkostnader till 5500 kr/år.
Växelriktarna har en livslängd på ca:15år så dessa behöver bytas en gång under solpanelernas livslängd. Ett pris för växelriktare till anläggningar som har en installerad toppeffekt större än 100 kWp kan enligt [31] antas till 1000 kr/kW.
Även batterierna kommer att behöva bytas minst en gång under solcellernas livslängd.
Livslängden varierar mellan 10-20år för lit-jon batterier. Även urladdningscyklerna behöver tas hänsyn till och om batteriet når sitt tak för antalet cyklar så behövs ett byte göras tidigare än den teoretiska livslängden. I arbetet kommer ett batteribyte göras en gång.
Bygglovskostnader har antagits till 0kr och har därmed inte tagits med i den ekonomiska beräkningen då samtliga paneler följer takens lutning.
Elpriset är antaget som ett medelvärde under åren 2016–2020 [37].
3.2.2 Styrmedel
Anläggningens ekonomiska analys har utformats med möjligheten att nyttja olika typer av styrmedel för anläggningen som investeringsstöd och elcertifikat.
Pris för elcertifikat är en osäkerhetsfaktor och prisutvecklingen är svår att uppskatta under investeringens livslängd. Elcertifikatspriset är i den ekonomiska analysen antagen till 0,1 kr/kWh.
Ett elcertifikat gäller i 15 år och det har tagits med i beräkningarna. Noterbart är att systemet kommer avslutas år 2035, dvs att inga nya elcertifikat tilldelas efter årsskiftet 2021/2022.
Elcertifikatspriset är dock så lågt att den nästan kan ses som försumbart.
Investeringsbidraget har minskats successivt det senaste decenniet. Regeringen har beslutat att skjuta till medel i form av pengar till bidragspotten men det är oklart hur länge de kommer räcka och det finns i nuläget ingen information om när bidragsstoppet kan tänkas upphävas.
Med hänvisning till avsnitt 2.7.1 kommer därför beräkningar med och utan investeringsstöd göras. Kalkylränta är inte enkelt att uppskatta därför har 3 olika räntesatser jämförts.
Ekonomisk analys kommer därför att göras med avseende på följande scenarion.
1. Inget investeringsbidrag: kalkylränta på 5, 4, samt 3%
2. Investeringsbidrag på 10%: kalkylränta på 5, 4, samt 3%
Nedan visas de ekonomiska parametrarna exklusive batterilager
Tabell 1 Ekonomiska parametrar som använts vid de olika lönsamhetsberäkningarna utan batterilager.
Parametrar
IndataGrundinvestering (inkl. växelriktare och installation) [kr/kW]
10 500
Installerad effekt [kW] 518
Moduldegradering [%] 0,3
Kostnad för byte av växelriktare [kr] 1000
Driftkostnader [kr/år] 5500
Pris elkostnad (inkl. moms) [kr/kWh] 1,15
Pris såld el [kr/kWh] 0,36
Elcertifikat (15år) [kr/kWh] 0,1
Ursprungsgaranti [kr/kWh] 0,01
Nätnytta [kr/kWh] 0,05
Investeringsstöd [%] 0 samt 10
Kalkylränta [%] 3,4 samt 5
3.3 Egenanvändning och Självförsörjning
Egenanvändning och självförsörjningsgrad är två viktiga begrepp som är återkommande i rapporten. Dessa är kvoter som båda utgår ifrån egenanvänd produktion. Det är i nämnaren det skiljer då det för egenanvändningen divideras med total produktion och för
självförsörjningsgraden divideras med total elanvändning enligt ekvationer 6 och 7.
Multiplikation med hundra är för omvandling till procent.
𝐸𝑔𝑒𝑛𝑎𝑛𝑣ä𝑛𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑔𝑟𝑎𝑑 =𝐸𝑔𝑒𝑛𝑎𝑛𝑣ä𝑛𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛 × 100
(6)
𝑆𝑗ä𝑙𝑣𝑓ö𝑟𝑠ö𝑟𝑗𝑛𝑖𝑛𝑔𝑠𝑔𝑟𝑎𝑑 =𝐸𝑔𝑒𝑛𝑎𝑛𝑣ä𝑛𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑙𝑎𝑛𝑣ä𝑛𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔 × 100
(7)
3.4 Tekniska specifikationer för anläggningen
Nedan kommer nödvändig information för projektet att presenteras.
3.4.1 Antaganden om effektförbrukning
Då inte varje lägenhets elmätare har avlästs har på önskemål från Falkenberg att
energiberäkningarna baseras på antagandet att varje lägenhet har en årlig energianvändning på 2000 kWh. Detta har gjorts och den sammanlagda energianvändningen för samtliga
byggnader och lägenheter beräknades till 733 000 kWh/år. Dessa beräkningar har gjorts i programvaran Excel.
Tabell 2 Information om anläggningen samt vart den är lokaliserad
Parametrar Indata
Panel REC 375AA - Renewable energy corporation
Årlig användning 733 000 kWh
Användarprofil Lägenhetsbyggnad med värmepump
Klimatdata Meteonorm (1991-2010)
Långitud 56° 53’50 N
Latitud 12° 28’57 E
Kabelförluster 2%
Total yta 2 418. m2
3.4.2 Förutsättningar för solel för olika ytor
De ytor som panelerna är tänkta att sättas upp på har alla olika förutsättningar och dessa visas i Tabell 3 nedan.
Tabell 3 Individuella förutsättningar för samtliga ytor i solcellssystemet
Y
ta Installerad effektkWp
Azimut [°] Lutning [°]
Tak 1 47 625 184 30
Tak 2 39 375 184 30
Tak 3 63 750 184 30
Tak 4 43 500 94 30
Tak 5 45 375 94 30
Tak 6 39 375 94 30
Tak 7 48 750 93 30
Tak 8 48 000 94 30
Tak 9 64 125 94 30
Garage höger 34 125 184 0
Garage vänster 44 625 184 0
3.5 Batteristorlekar
Med avsikten att höja egenkonsumtionen samt självförsörjningsgraden och därmed sänka mängden energi som levereras ut på nätet vid överproduktion kommer olika storlekar av batterier att analyseras.
Nedan visas olika batteristorlekar som simulerats.
Tabell 4 Batteristorlekar som undersökts
Batterityp Kapacitet [kWh]
Inget batteri 0
Lit-jon 56
Lit-jon 356
Lit-jon 556
Lit-jon 756
Lit-jon 1056
Lit-jon 1356
Lit-jon 2056
Resultaten kommer baseras på egenkonsumtionsandelen [%], men ekonomiska analyser kommer även att göras.
4 Resultat
Ekonomisk lönsamhetsberäkning kommer presenteras för samtliga simuleringar. Med hänvisning till kapitel 2.5 har batterilager av typen litiumjon valts som mest lämplig.
4.1 Resultat från simulering
Vid simulering utan batterilager fås följande data fram. Dessa kommer vara konstanta för samtliga simuleringar då inga parametrar ändras förutom batteriets storlek.
Tabell 5 Strålningsinformation från solcellerna.
Konstanter Värde
Anläggningens prestandakvot [%] 87,8 Global instrålning [kWh/m2] 1018 Specifik årsproduktion [kWh/kWp/år] 935
I Figur 5 visas hur energin från solcellerna ser ut för anläggningen över ett år.
Figur 5 Ett diagram över hur energin från solcellerna ser ut över 12 månader.
För att kunna göra beräkningar och få en trovärdig bild över hur effektflödet ser ur är det viktigt att känna till anläggningens energianvändning.
I Figur 6 visas anläggningens energianvändning baserat på Polysuns lastprofiler samt 2000 kWh/månad och lägenhet.
Figur 6 Anläggningens totala elanvändning över ett år sett till varje månad
I Figur 7 kommer en sammanställning av anläggningen utan batterier att presenteras.
Presenterade värden kommer användas som referensvärden för efterföljande simuleringar.
Figur 7 Sammanställd information visar hur anläggningens energibehov ser ut, producerad el, såld el, köpt el samt självkonsumtionen.
Av resultatet från simuleringen utan några tillkopplade batterilager kan
självförsörjningsgraden avläsas till 15,14%. Andelen såld el satt emot genererad el från solcellerna kan avläsas till 77,14%.
Mängden såld el är 374 400 kWh utan några batterilager tillkopplade och detta kommer vara det referensvärde som efterföljande simuleringar kommer att utgå ifrån.
4.2 Energilager
Genom att applicera användning av ett energilager kan flera fördelar erhållas. Dessa är följande:
• Minskad belastning på nätet då mindre el blir såld
• En ökad egenanvändning
• En ökad självförsörjningsgrad
Följande resultat har erhållits från simuleringar med olika typer av batteristorlekar.
Se Bilaga 1–6 för full sammanställd information (Samma typ av graf som i Figur 7).
Tabell 6 En sammanställning som visar hur Egenkonsumtionen, självförsörjningsgraden. Såld samt köpt el ser ut i förhållande till batteristorlek.
Batteristorlek [kWh]
Egenkonsumtionsandel [%]
Självförsörjningsgra d
[%]
Såld el [kWh]
Köpt el [kWh]
0 22,86 15,14 374 440 622 039
56 25,73 16,57 360 492 611 522
356 28,85 18,21 345 590 599 555
556 31,43 19,53 332 861 589 829
756 33,18 20,45 324 349 583 138
1056 34,42 21,09 318 322 578 418
1356 35,35 21,57 313 801 574 883
2056 36,16 21,99 309 887 571 834
Tabell 6 visar att användning av ett energilager ökar egenkonsumtionen och
självförsörjningsgraden. Den totala mängden såld el till nätet samt den totala mängden el köpt från nätet minskar.
Figur 8 nedan visas hur minskningen ser ur för såld samt köpt el.
Figur 8 Visar hur minskningen av såld samt köpt el ser ut i förhållande till installerad batterikapacitet
Graferna i Figur 8 visar att ju större batterilager som är installerat desto mer minskar den sålda och köpta mängden el. Vad som även kan ses i Figur 8 är att med ökad installerad batterikapacitet ökar inte minskningen av såld samt köpt el i samma takt. Minskningen är alltså inte linjär utan avtar med ökad batterikapacitet.
I Figur 9 visas hur ökningen av egenanvändningen samt självförsörjningsgraden ser ut i förhållande till installerad batteristorlek.
374 440
360 492
345 590 332 861
324 349 318 322 313 801 309 887
622 039
611 522
599 555 589 829
583 138
578 418
574 883 571 834
0 100 000 200 000 300 000 400 000 500 000 600 000 700 000
0 500 1000 1500 2000
M I N S K N I N G A V S Å L D O C H K Ö P T E L
Såld Köpt
Minskning med 8,3% Minskning med 17,2%
kWh
Installerad batterikapacitet [kWh]
Figur 9 Visar ökningen av egenanvändningen samt egenkonsumtionen angivet i procent
Genom att studera Figur 9 kan konstateras att likadant samband gäller även för egenkonsumtionen och självförsörjningsgraden.
Genom användning av batterilager kan via Figur 10 avläsas att av andelen såld el i förhållande till genererad el från solcellerna minskar då batterilagrets storlek ökar.
Figur 10 Minskningen av såld el angivet i procent
Som kan avläsas från Figur 10 är karaktäristiken samma som för såld el i Figur 8.
Minskningen av andelen såld el avtar med ökad batterikapacitet.
15,14 16,57 18,21 19,53 20,45 21,09 21,57 21,99 22,86 25,73
28,85 31,43 33,18 34,42 35,35 36,16
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 5 6 3 5 6 5 5 6 7 5 6 1 0 5 6 1 3 5 6 2 0 5 6
E G E N A N V Ä N D N I N G O C H S J Ä LV FÖ R S Ö R J N I N G S G R A D
Självproduktion Egenanvändning
Installerad batterikapacitet [kWh]
Ökning med 58,18%
Ökning med 45,24%
Procent [%]
77,1 74,3
71,2 68,6 66,8 65,6 64,6 63,8
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 500 1000 1500 2000
Procent [%]
Installerad batterikapacitet [kWh]
Såld el av total elproduktion
Andel såld el
4.3 Ekonomi
Utifrån insamlade data och prisantaganden presenteras en tabell som den ekonomiska beräkningen grundar sig på.
Tabell 7 Prisinformation om de olika komponenterna i solcellsanläggningen
Komponent Pris [kr/st] Pris [kr/kW] Pris [kr/kWh]
Solcellsmoduler 375Wp
2396 6390
Växelriktare 1000
Batteri 4585
Det totala priset [kr/kW] har justerats en aning uppåt för att bättre täcka upp för brist på exakt data och pris. Då beräkningar görs baserat på priser ovan hamnar priset för installerad effekt inklusive installationskostnad men utan batterier på 9607 kr/kW. Justeringen av priset har gjorts till 10 500 kr/kWh för att täcka upp för informationsbrist och ev. fraktkostnader.
Priser ovan används i de olika ekonomiska beräkningarna, med en marginaljustering och utan batterier. Dessa multipliceras upp till anläggningens storlek och då fås följande värden i Tabell 8
Negativt nuvärde innebär att investeringen inte är ekonomisk lönsam.
Tabell 8 Sammanställning av ekonomiska beräkningar utan batterilager. Rödmarkerade fält innebär att investeringen inte är lönsam.
Investeringsstöd [%]
Kalkylränta [%]
Återbetalningstid [år]
Internränta [%]
Nuvärde [kr]
0 5 >Livslängd (30år) 3,4 -760 433
0 4 >Livslängd (30år) 3,5 -217 722
0 3 27 3,5 431 911
10 5 >Livslängd (30år) 4,4 -215 872
10 4 27 4,4 326 840
10 3 23 4,4 976 553
Tabell 8 visar att lönsamhetsberäkning på en solcellsanläggning är beroende på vilken kalkylränta som används vilket i detta fall måste vara under 5 % för att det skall vara
ekonomiskt försvarbart samt om investeringsbidrag är möjligt att erhållas. Återbetalningstiden varierar mellan 23 och längre än 30 år. Internräntan har små skillnader så kalkylräntan samt investeringsbidrag blir avgörande faktorer för kalkylens resultat.
Eftersom det i skrivande stund inte finns något tillgängligt investeringsstödstöd för
solcellanläggningar vare sig med eller utan batterilager för företag eller föreningar kommer därför de ekonomiska bräkningarna med batterilager inte ta hänsyn till något investeringsstöd.
Ekonomiska beräkningar med avseende på skattereduktion kommer att behandlas men då anläggningen i praktiken antagligen inte kommer uppfylla kraven för skattereduktion görs beräkningar därför både med och utan skattereduktion.
I Tabell 9 visas ekonomiska beräkningar med olika storlekar av batterilager med och utan skattereduktion.
Tabell 9 Sammanställning av ekonomiska beräkningar med olika batterilagersorlekar samt med och utan en ev.
skattereduktion. Grönmarkerade fält innebär att investeringen är lönsam. De rödmarkerade fälten innebär att investeringen inte är lönsam.
Batterikapacitet [kWh]
Grundinveste ring
[kkr]
Kalkyl ränta [%]
Återbetalningstid [år]
Nuvärde med skattereduktion [kkr]
Nuvärde utan skattereduktion [kkr]
56
5 969
4 >Livslängd
(30år) -731 -1 042
56
5 969
3 >Livslängd
(30år) -81,5 -434
356
8 722
4 >Livslängd
(30år) -3 484 -3 766
356
87 22
3 >Livslängd
(30år) -2 835 -3 188
556
10 558
4 >Livslängd
(30år) -5 320 -5 631
556
10 557
3 >Livslängd
(30år) -4 670 -5 023
756
12 393
4 >Livslängd
(30år) -7 155 -7 466
756
12 393
3 >Livslängd
(30år) -6 505 -6 858
1056
15 146
4 >Livslängd
(30år) -9 908 -10 220
1056
15 146
3 >Livslängd
(30år) -9 259 -9 611
1356
17 899
4 >Livslängd
(30år) -12 668 -12 972
1356
17 899
3 >Livslängd
(30år) -12 012 -12 365
2056
24 323
4 >Livslängd
(30år) -19 086 -19 397
2056
24 323
3 >Livslängd (30år)
-18 436
-18 789 Inget av batterilagersorlekarna gav något positivt nuvärde efter 30 år.
5 Diskussion
I följande kapitel kommer analys av resultat men avseende på egenanvändning och lönsamhetsberäkningar. Även källkritik kommer behandlas.
För energilagring studerades tre olika typer av batterier varav alla har olika för och nackdelar. Eftersom batterierna är tänkta att användas relativt ofta och under kort tid passar inte bränsleceller. De har goda lagringsmöjligheter, men den lagrade elen kommer att användas på kort tid vilket inte är optimalt då elverkningsgraden är jämförelsevis låg.
Det som talar för bränsleceller är att värmeutvecklingen skulle kunna tas tillvara på för uppvärmning av fastigheter och på så sätt öka verkningsgraden. Lit-jon och NiMH är mer lika sett till egenskaper. Avgörande är minneseffekten som minskar batteriets maximala laddningspotential.
Egenanvändningen har analyserats sett till före och efter installation av batterilager. Utan energilager har anläggningen en egenanvändning på drygt 22,8%, vilket är relativt lågt.
Den låga andelen kan förklaras av att det är bostäder som solcellerna är kopplade till. då behovet är som störst morgon och kväll, inte under dagen då produktionen är som störst men behovet som minst. Om en installation av enbart solpaneler skulle göras det i
område rapporten syftar på att undersöka skulle det rent ekonomiskt vara försvarbart med en investering utan batterier.
Kopplas det största batterilagret på så stiger egenanvändningen till 36,2 % och mängden el som inte behövs köpas från nätet minskar med drygt 50 000 kWh/år. Den sålda elen minskar med knappt 65 000 kWh/år vilket motsvarar 13,3%. Installeras ett energilager med en kapacitet på 1056 kWh minskar den sålda elen med ca 56 000 kWh/år. Det innebär en skillnad på endast 9000 kWh även om batterikapaciteten nästan är det dubbla.
Installeras ett energilager innebär det en minskad belastning på elnätet.
I Figur 9 visas hur egenanvändning och självförsörjningsgrad ökar med storlek på batteri.
Noterbart är att vid en lagringskapacitet på ca 900 kWh avtar lutningen och en
investering i ytterligare batterikapacitet blir mycket svårmotiverad utifrån den lilla ökning som erhålls sett till kostnaden av nästan dubbel batterikapacitet.
Av Tabell 9 och 10 framgår att en investering i energilager inte är ekonomiskt lönsam.
Redan vid minsta storleken blir resultatet, om än med knapp marginal, negativt sett över 30 år. Grundinvesteringen är för stor samt att nya batterier måste investeras i efter ungefär halva återbetalningstiden. För att batterilager i framtiden skall vara ekonomiskt lönsamt måste priserna på energilagringssystem fortsätta sjunka. Genom mycket forskning inom bilindustrin är priserna på väg neråt och ny teknik utvecklas. En
möjlighet att få lönsamhet i en investering i batterilager är om en ersättning för jämnare effektuttag från nätägaren ges.
Skulle överproduktionen vara så stor att nätet inte klarar av mängden el som matas in så måste solelsproduktionen minskas eller i värsta fall kopplas ifrån.
Just priset är en stor osäkerhetsfaktor i rapporten. Det rörliga priset varierar och framtida prisutveckling är svår att förutspå. Vissa uppskattningar har gjorts och kan de ersättas med faktiska värden så ger det en bättre bild av det möjliga utfallet.
Även i användarprofilen vid simulering finns det vissa brister då uppgifter på
energianvändning per timme inte var tillgänglig. Närmast möjliga användarprofil har därför valts. När osäkerhetsfaktorer uppkommit har de mindre gynnsamma alternativen valts för att undvika överskattning av nyttan på systemet.
Något som inte har behandlats av rapporten är optimering av upp och urladdning
batterilagret. Vidareutveckling är att se hur egenanvändningen förändras om batterilagret används på bestämda tider då behovet är som störst. Detta kan leda till en högre
egenanvändning och att effekttoppar minskar. Även optimerade tider för inköp av el för att ladda batteri under natten för att använda på morgonen. Rörliga priser innebär ett varierat elpris som går att utnyttja med ett energilager.
Vidare får resultat från ekonomiska beräkningarna med energilager av Falkenberg energi AB sättas mot en nätförstärkning då detta inte har fallit inom rapportens
undersökningsområde. Finns det även möjlighet att få ersättning för nätnytta kan detta påverka utfallet.
6 Slutsatser
När lastprofil i Polysun, data från anläggningen och en energianvändning per lägenhet på 2000 kWh/år användes i kombination med ett energilager blev utfallet att
egenanvändningen och självförsörjningsgraden för anläggningen ökar. Egenanvändningen för anläggningen utan ett energilager ökar från 22,86 till 34,42% med ett lager på 1056 kWh. Används ett energilager med en kapacitet 2056 kWh stiger egenanvändningen endast med 1,74 procentenheter till 36,16%.
Resultat från simuleringar visar även att mängden såld och köpt el minskar men dock ytterst lite med ett energilager med en kapacitet större än 1056 kWh.
Installeras solcellspaneler med en sammanlagd toppeffekt på 518 kW visar de ekonomiska kalkylerna att investeringen kan vara ekonomiskt lönsam. Om ingen skattereduktion fås behövs en kalkylränta på 3% för att vara lönsam. Om installationen kombineras med olika storlekar av energilager visar kalkylerna att investeringen inte blir ekonomiskt lönsam.
Den ekonomiska beräkningen med en batterikapacitet på 56 kWh visar att investeringen nästan är lönsam men med mer exakt indata i kalkylen finns chansen att den blir lönsam.
Ur ett kundperspektiv blir det motiverat att installera solcellspaneler utan tillhörande energilager eftersom det är ekonomiskt försvarbart. Detta kommer innebära en större nätbelastning och för nätägare något som måste hanteras. Genom användning av ett energilager minskar mängden el som matas in på nätet och leder därmed till en minskad belastning av elnätet.
7 Referenser
[1] Hemsol - Pris på solceller. Hämtad[2021-03-04] https://hemsol.se/pris-pa-solceller/
[2] Energimyndigheten, 2020, Solceller Hämtad[2021-02-26]
http://www.energimyndigheten.se/fornybart/solenergi/solceller/
[3] Energimyndigheten, 2020, Solcellsstatistik 2019 nu finns 44 000 solcellsanläggningar i Sverige. Hämtad[2021-03-05]
https://www.energimyndigheten.se/nyhetsarkiv/2020/solcellsstatistik-2019--nu-finns-44-000- solcellsanlaggningar-i-sverige/
[4] Svensk Solenergi. EU tullar på solceller och moduler från Kina avskaffas Hämtad[2021- 03-08] https://www.svensksolenergi.se/nyheter/nyheter-2018/eu-tullar-pa-solceller-och- moduler-frankina-avskaffas
[5] Energimyndigheten, 2019, Olika typer av solceller Hämtad[2021-03-
09]https://www.energimyndigheten.se/fornybart/solelportalen/lar-dig-mer-om-solceller/olika- typer-av-solceller/
[6] Fraunhofer Institue for Solar Energy Systems. Photovoltaics Report. Freiburg: Fraunhofer ISE; 2019. Hämtad[2021-03-
08]https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/Photovo ltaics-Report.pdf
[7] Photovoltaics: Fundamentals, Technology and Practice. (2013) Konrad Mertens and Karl Friedrich Hanser Hämtad[2021-03-010]
[8] Shockley W, Queisser HJ. Detailed balance limit of efficiency of p‐n junction solar cells.
Journal of applied physics, 1961;32(3):510-519. Hämtad[2021-03-09]
[9] Solar Energy: The physics and engineering of photovoltaic conversion, technologies and systems. Cambridge: UIT Cambridge LTD; 2016. Olindo I, Jäger K, Smets A, Van Swaaij R, Zeman M. Hämtad[2021-03-10]
[10].Solceller växelriktare Energimyndigheten; 2015 Hämtad[2021-03-13].
http://www.energimyndigheten.se/tester/tester-a-o/solceller-vaxelriktare/
[11] SMHI.2016. Olika sorters strålning Hämtad[2021-03-
12]https://www.smhi.se/kunskapsbanken/meteorologi/olika-sortersstralning-1.5930 [12] Stridh B.2010. Ordlista. I: Bengts nya villablogg. Hämtad från: Hämtad[2021-03- 08]http://bengtsvillablogg.info/ordlista/
[13] Stridh B.2013. Hur påverkar lutning och väderstreck produktionen av solel.
Hämtad[2021-03-11]http://bengtsvillablogg.info/2013/04/12/hur-paverkar-lutning-och- vaderstreck-produktionen-avsolel/
[14] Stridh B.2010. Fakta solceller Hämtad[2021-03-11]: http://bengtsvillablogg.info/fakta- solceller/
[15] Stridh B.2013 Solceller - svar på vanliga frågor. Hämtad[2021-03-11]
http://bengtsvillablogg.info/2013/02/10/solceller-svar-pa-vanliga-fragor/
[16] SMA Solar. 2011. Technology AG.Performance ratio - Quality factor for the PV plant.
Hämtad[2021-03-16] https://files.sma.de/downloads/Perfratio-TI-en-11.pdf
[17] Vela Solaris AG. Polysun Simulation Software User manual Hämtad[2021-03-03]
https://www.velasolaris.com/wp-content/uploads/2019/02/Tutorial_EN.pdf
[18] Armstrong S, Hurley W.G.2010. A new methodology to optimise solar energy extraction under cloudy conditions. Renewable Energy. 2010;35(4) 780–787 Hämtad[2021-03-19]
[19] Wengeler U. 2021.Tänkvärt innan investering i solceller. Hämtad[2021-03-20]
https://www.solkraftsverige.se/tankvart-innan-investering-i-solceller/
[20] Stridh B.2010 Hur mycket påverkar snö solcellerna. Hämtad[2021-03-17]
http://bengtsvillablogg.info/2010/12/04/hyr-mycket-paverkar-sno-solcellerna/
[21] Regeringen.2020. Förlängt stöd för installation av solceller för kommuner och företag.
Hämtad[2021-04-25] https://www.regeringen.se/pressmeddelanden/2020/12/forlangt-stod-for- installation-av-solceller-for-kommuner-och-foretag/
[22] Regeringen.2020. Färdigställningstiden förlängs för solcellsstödet. Hämtad[2021-04-28]
https://www.regeringen.se/pressmeddelanden/2020/06/fardigstallandetiden-forlangs-for- solcellsstodet/
[23] Skatteverktet Grön teknik. Hämtad[2021-04-23]
https://www.skatteverket.se/privat/fastigheterochbostad/gronteknik.4.676f4884175c97df4192 860.html
[24] Länsstyrelsen stöd till solceller https://www.lansstyrelsen.se/stockholm/miljo-och- vatten/energi-och-klimat/stod-till-solceller.html Hämtad[2021-04-20]
[25] Energimyndigheten2016. Solceller i omvärlden -- Kartläggning avseende andra länder styrmedel/strategier för solcellsimplementering. Hämtad[2021-04-18]
https://energimyndigheten.aw2m.se/Test.ashx?ResourceId=5604
[26] Energimyndigheten. 2019.Utveckling av helhetslösning för solel i bebyggelsen development of total PV solution using a microgrid : Hämtad[2021-04-
14]https://www.bebostad.se/library/3791/slutrapport_utveckling-avhelhetsloesning-foer-solel- i-bebyggelsen.pdf
[27] Skatteverket. Mikroproduktion av förnybar el – privatbostad. Hämtad[2021-04-16]
https://www.skatteverket.se/privat/fastigheterochbostad/mikroproduktionavfornybarelprivatbo stad.4.12815e4f14a62bc048f41a7.html
[28]Nordic Green. Vad påverkar elpriset. Hämtad[2021-04-23]
]https://www.nordicgreen.se/vad-paverkar-elpriset/
[29] Konsumenternas Energimarknadsbyrå.2021. Elpriser prognos och utveckling Hämtad[2021-03-29] https://www.energimarknadsbyran.se/el/dina-avtal-och- kostnader/elpriser-statistik/elpriserprognos-och-utveckling/ ’
[30] Brännlund R, Karimu A, Söderholm P. Elmarknaden och elprisets utveckling före och efter avregleringen: ekonometriska analyser Hämtad[2021-03-26]
http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:998069/FULLTEXT01.pdf [31] Stridh B Slutrapport investeringskalkyl för soceller Hämtad[2021-03-
27]https://www.e2b2.se/library/2705/slutrapport-investeringskalkyl-foer-solceller.pdf ] [32] Vätgas Sverige. Hämtad[2021-04-012] https://www.vatgas.se/faktabank/energilagring/
[33] Batteriskolan del 1. Hämtad[2021-04-06] https://celltech.se/sv/batteriskolan-del- 1/#1546369095020-d45de185-b3c1
[34] How can lithium-ion batteries improve hybrids? Hämtad[2021-04-
09]https://auto.howstuffworks.com/lithium-ion-batteries-improve-hybrids1.htm [35] Johansson C.2020. Optimering av ett batterilager i kombination med ett större Hämtad[2021-04-13]solcellssystem. https://www.diva-
portal.org/smash/get/diva2:1454350/FULLTEXT01.pdf
[36] Powercirkle. 2020. Lolak energilagring eller traditionella närförstärningar?
Hämtad[2021-04-15] https://powercircle.org/wp-content/uploads/2020/06/Slutrapport.pdf [37] Spotpris. NordPool Hämtad[2021-04-06-]https://www.nordpoolgroup.com/Market- data1/Dayahead/Area-Prices/SE/Yearly/?view=table
Figurer
Figur 1 Polykristallina och monokristallina solcell, Klaus Mueller, CC BY-SA 3.0
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/71/Comparison_solar_cell_poly-Si_vs_mono-Si.png
Figur 2 Olika infallande vinklar på en solcellsmodul. (Jeffrey R.S Brownson CC BY-NC-SA 4.0) https://www.e-education.psu.edu/eme810/node/576
Figur 3 Verkningsgradskurva för en växelriktare (CC BY-SA 4.0) https://www.e-education.psu.edu/eme812/node/738
Figur 4 Spänning och ström under STC-förhållanden (CC BY-SA 3.0) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:I-V_Curve_MPP.png
8 Bilagor
Bilaga 1 Värden för anläggning med 356kw batterikapacitet installerat
Bilaga 2 Värden för anläggning med 556kw batterikapacitet installerat
Bilaga 3 Värden för anläggning med 756kw batterikapacitet installerat
Bilaga 4 Värden för anläggning med 1056kw batterikapacitet installerat
Bilaga 5 Värden för anläggning med 1356kw batterikapacitet installerat
Bilaga 6 Värden för anläggning med 356kw batterikapacitet installerat
Besöksadress: Kristian IV:s väg 3 Postadress: Box 823, 301 18 Halmstad Telefon: 035-16 71 00
E-mail: registrator@hh.se www.hh.se
Johannes Silberberg
