Off grid eller energiplushus.: Är det möjligt att gå off grid?

Off grid eller energiplushus

Är det möjligt att gå off grid?

Roland Dahlbom

Examensarbete – ER015G, Energiteknik GR (C) Huvudområde: Energiteknik

Högskolepoäng: 15 hp Termin/år: VT 2020 Handledare: Olof Björkqvist Examinator: Olof Björkqvist Kurskod: ER015G

Utbildningsprogram: Energiingenjörsprogrammet, 180 hp

Based on the Mid Sweden University template for technical reports, written by Magnus Eriksson, Kenneth Berg

MITTUNIVERSITETET

Avdelningen för kemiteknik (CHE)

Examinator: Olof Björkqvist, olof.bjorkqvist@miun.se Handledare: Olof Björkqvist, olof.bjorkqvist@miun.se Författarens e-postadress: rolanddahlbom@gmail.com Utbildningsprogram: Energiingenjörsprogrammet 180 HP Omfattning: 7469 ord inklusive bilagor

Datum: 2020-06-16

Examensarbete 15 HP

Off grid eller energiplushus

Är det möjligt att gå off grid?

Roland Dahlbom

Sammanfattning

Målet med den här undersökningen har varit att se om fastigheten Orkes- tern 1 går att koppla off-grid och om det är ekonomiskt försvarbart eller om en on-grid lösning är bättre. Förutsättningarna är goda med ett stort tak med plats för solpaneler i öst-västlig riktning och en årsmedelvind på 4 m/s. Då huset är nybyggt och välisolerat är även energiförbrukning låg.

För att kunna beräkna hur mycket energi som ska produceras i form av värme och el med hjälp av solceller, vindkraftverk, pelletskamin och die- selverk upprättas en energibalans och energifördelning med hjälp av transmission och ventilationsberäkningar.

Lagring av energi görs i form av pellets, batteri och biodiesel. Simule- ringsprogrammet för solceller Polysun används för att beräkna produkt- ion av solel över varje månad på året. Diagram upprättas över året indelat i månader där det framgår hur stort energibehovet är och visar hur stor del varje energiproducent har varje månad. En pay-off kalkyl görs för att se om det är ekonomiskt lönsamt och för att kunna jämföra mellan två olika off-grid system. Pay-off kalkylen används också för att jämföra mel- lan off-grid och on-grid system. Resultatet landar i att on-grid systemet är ekonomiskt hållbart medan off-grid systemet inte är det men är ändå fullt genomförbart.

Nyckelord: off-grid, on-grid, solceller, vindkraftverk, pay-off, batteri

Abstract

The main target of this examination has been to see if the real estate Orkestern 1 has the possibility to go off-grid and if it is economical de- fendable or if on-grid solution is a better way to go. The prerequisites are good with a large roof to place solar panels to the east and west, a yearly average windspeed at 4 m/s and a low energy consumption because the house is new built and well insulated.

To calculate how much energy that must be produced in form of heat and electricity with solar cells, windmills, pellet stove and diesel generator an energy balance and an energy distribution will be prepared with help of calculations of transmission and ventilation loses.

Storage of energy will be done in form of pellets, battery and biodiesel.

The simulation program for solar panels Polysun is used to calculate the produced solar energy for each month on the year. Diagram is prepared for each month to see the need of energy and how much every energy producer is delivering. A straight pay-off calculation is done to see if there are any economic benefits and to compare between off-grid and on-grid systems. The result will be that on-grid system is better economical but still the off-grid system is doable.

Keywords: off-grid, on-grid, solarcells, windmills, pay-off, battery

Innehållsförteckning

Sammanfattning ... ii

Abstract ... iii

Innehållsförteckning ... iv

Terminologi ... v

1 Inledning ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Problemformulering ... 2

1.3 Syfte ... 2

1.4 Konkreta och verifierbara mål ... 2

1.5 Avgränsningar ... 2

1.6 Källkritik ... 3

2 Teori, bakgrundsmaterial. ... 4

2.1 Värmebehov ... 4

2.2 El och värmeproduktion ... 7

2.3 Lagring ... 9

3 Metod ... 11

3.1 Energiförbrukning ... 11

3.2 Off-grid ... 14

3.3 On-grid ... 16

4 Lösningsalternativ ... 17

4.1 Off-grid ... 17

4.2 On-grid ... 20

5 Resultat ... 21

6 Diskussion ... 32

7 Slutsats ... 34

Källförteckning ... 35

Terminologi

Förkortningar och akronymer

Förkortning Beskrivning Enhet

A Area m²

Ah Batteriets strömstyrka Ampere, h

B´ Karakteristisk längd i golvbjälklag m

cp Specifik värmekapacitet kWs / kg, C°

d diameter m

d

Ekvivalent marktjocklek m²C°/W

l längd m

Off-grid Frånkopplad infrastrukturens elnät.

On-grid Tillkopplad infrastrukturens elnät.

P` Perimeter, omkrets m

Qgratis Gratis energi i form av värme från sol, män- niskor, elförbrukare

kWh Qtrans Transmissionsförluster i form av värme kWh Qvent Ventilationsförluster i form av värme kWh

Rf Värmemotstånd i plattan m²C°/W

Rse Inre värmeövergångsmotstånd m²C°/W

Rsi Yttre värmeövergångsmotstånd m²C°/W

R-tot Sammanlagda värdet av husets värmemot- stånd

m²C°/W

R-värde Värmemotstånd för byggnadsdel. m²C°/W

U Batteriets spänning V

U

Husets genomsnittliga värmegenomgångs-

koefficient.

W/m²*C°

U-värde Värmegenomgångskoefficient för en bygg- nadsdel.

W/m²*C°

λ-värde Värmekonduktivitet W/m²*C°

Psi, schablonmässig värmegenomgångsko- efficient för köldbryggor

W/m²*C°

1 Inledning

Att vara självförsörjande på elektricitet och kunna koppla sig från stads- nätet är intressant för många fastighetsägare. Dagen samhälle gör att vi blir alltmer uppkopplade och sammanknutna med varandra som ger både för och nackdelar. Några av fördelarna är att samhället hjälps åt med att dela och fördela energi så att alla som har behov av elektricitet kan få tillgång till det. Men det kräver en komplex och kostsam infrastruktur.

En intressant del är att det ofta är äldre hus och stugor som är ombyggda till självförsörjning med ganska dåliga förutsättningar. Att undersöka möjligheten med ett nyproducerat och välisolerat hus kan ge resultat som skulle kunna förändra sättet att se på konstruktion och energiförsörjning vid nyproduktion.

Många hushåll är i dagsläget totalt beroende av elektricitet för att kunna värma huset, vatten och laga mat vilket är viktiga parametrar för att kunna klara av vardagen. Självförsörjning av elektricitet skapar en trygg- het vid eventuella längre strömavbrott. Vad gäller den ekonomiska delen är det svårt att säga någonting. Elpriset i framtiden är osäkert men med en självförsörjning så säkrar man att inte bli påverkad av elpriser och av- gifter i framtiden.

1.1 Bakgrund

Fastigheten Orkestern 1 är en enplansvilla beläget i Jönköping som bygg-

des 2017. Taket är ett sadeltak med riktning öst och väst. Vid byggnat-

ionen så sattes mer isolering i väggar och tak än brukligt samt ett bättre

U-värde på fönster. Huset är byggt på betongplatta med en boyta på 167

m² och en takhöjd på 2,7 m som värms upp till 21 C°. Garaget är samman-

byggt med bostaden och där är den uppvärmda ytan 38 m², en takhöjd

på 2,4 m och värms till 18 C°. Total uppvärmd yta är 205 m². Värmesy-

stemet består av vattenburen golvvärme med termostater till alla rum

samt en frånluftsvärmepump Nibe f 730 som är varvtalsstyrd med meka-

nisk frånluft. Garaget har enbart självdrag. Huset har en årsförbrukning

på ca 11 300 kWh som står för tappvarmvatten, värme och hushållsel.

1.2 Problemformulering

Konsumtion

För att kunna ta reda på om det är möjligt att gå off-grid måste en energi- balans tas fram för att fastställa vilken energiförbrukning värme, tapp- varmvatten samt hushållsenergi har. En undersökning om det finns möj- lighet att minska energikonsumtionen i form av förluster är en viktig fråga men också hur man kan fördela elkonsumtionen på ett bättre sätt över dygn och år.

Produktion

På vilket sätt ska produktionen ske? Vilken kombination av olika sätt att producera energi i form av både värme och elektricitet är lämpligast med hänsyn till de produkter som finns på marknaden? Är de applicerbara på en villa i ett bostadsområde till en rimlig kostnad? Samt att produktionen måste spridas ut över året för att minska lagring av energi högsta möjliga mån.

Lagring

Ta reda på vilken batterilagring som är lämplig samt storleken på lag- ringskapaciteten.

1.3 Syfte

Syftet med projektet är att hitta en bra lösning för att gå off-grid med hän- syn till de avgränsningar som är satta, och att se om det är ekonomiskt försvarbart. Eller om ett on-grid system kan vara en bättre lösning i form av energiplushus. Då i avseende ekonomiskt och miljömässigt perspek- tiv.

1.4 Konkreta och verifierbara mål

Kan man gå off-grid och är det ekonomiskt lönsamt eller är det ett bättre alternativ att vara on-grid i form av ekonomi?

1.5 Avgränsningar

Avgränsningarna kommer att vara detta specifika hus där livskvalitén

inte ska begränsas och hänsyns måste tas till den redan befintliga omgiv-

ningen. När det gäller vilka produkter som använts så är det sådana som

finns tillgängliga på marknaden för gemene man. De ekonomiska resul-

taten på off-grid är inte exakta och jämförelse mellan olika off-grid system

med varandra är ingen exakthet utan kommer att vara mer övergripande och hur de olika komponenterna bidrar till hela systemet.

1.6 Källkritik

Referenser till teoretiska beräkningar är taget från kursmaterial i olika

kurser från Energiingenjörsprogrammet på Mittuniversitetet och bedöms

som väldigt tillförlitliga. Tillförlitligheten är också hög för allmänt er-

kända webbsidor som SMHI, Svensk Standard och Boverket. Vad gäller

andra referenser till framför allt produkter och deras produktinformation

har jag använt mig av kända produkter och företag som är tillförlitliga.

2 Teori, bakgrundsmaterial.

2.1 Värmebehov

2.1.1 Transmissionsförluster och ventilationsförluster

Transmissionsberäkningar är en del av flera beräkningar som utförs för att kunna bestämma byggnadens värme och effektbehov. Den ger ett värde av hur mycket värme huset släpper ut mätt i W/m²*C°. För att kunna utföra transmissionsberäkningar behövs tjocklek, area samt vär- mekonduktivitet (λ-värdet) tas fram för varje material och hur konstrukt- ionen är utförd. Transmissionsberäkningen delas in i olika sektioner; yt- terväggar, takbjälklag, golvbjälklag, dörrar och fönster samt köldbryggor.

Varje sektion beräknas var för sig för att sedan sammanställas till ett me- del för värmegenomgångskoefficienten kallad U-värde för byggnaden.

Den berättar hur många W/m²*C° byggnaden har i värmeförlust. På års- basis enligt G.Forslund, J.Forslund [1] så beräknas byggnadens trans- missionsförluster med U

omslutande area, temperaturdifferensen mellan innetemperatur och den lokala årsmedeltemperaturen under 8760h.

Vägg och takkonstruktioner

Vid transmissionsberäkningar av väggkonstruktioner används två olika metoder, U-värdesmetoden och λ-värdesmetoden enligt Svensk Standard [2]. Därefter beräknas ett medel mellan dessa.

U-värdesmetoden

Bygger på att väggen uppdelas i fält och varje fält motsvarar en viss andel av en m². I varje fält beräknas värmemotståndet R-värdet(m²C°/W) som sedan summeras ihop tillsammans med homogena skikt vilket blir ett värmemotstånd över en m² (Rtot). Inversen av Rtot blir U-värdet för den specifika väggsektionen.

λ-värdesmetoden

Med λ-värdesmetoden så uppdelas väggen i lager där varje lager får ett

genomsnittligt λ-värde med hänsyn till andelar av varje material. Däref-

ter tas tjockleken på lagret och delas med det genomsnittliga λ-värdet för

att få fram R-värdet för lagret. Samtliga lager summeras till ett Rtot. In-

versen av Rtot blir U-värdet.

Tillvägagångsätt

• Arean A för varje fält tas ut vinkelrätt värmeflödet

• R

för varje material i fältet summeras

• 𝑅

= 𝐴 ∗ 𝑅

• 𝑅

= 𝛴𝑅

=(m²C°/W)

• 𝑈 =

𝑅_𝑡𝑜𝑡

= 𝑊/𝑚

𝑐

Golvbjälklag

Beräknas som platta på mark enligt Svensk Standard [2] där varje R-vär- det för varje material beräknas och summeras.

𝑅

=

𝜆

𝑅

= 𝛴𝑅

Därefter beräknas, arean A och omkretsen P`(perimeter). Det är två para- metrar som behövs för att beräkna U på en platta på mark. Den första är karakteristisk längd med enhet meter och betecknas B`.

𝐵` = 2 ∗ 𝐴 𝑃`

Den andra är ekvivalent marktjocklek som betecknas d

𝑑

= 𝑤 + 𝜆(𝑅

+ 𝑅

+ 𝑅

)

• w= ytterväggens tjocklek

• λ=markens lamdavärde

• R

= värmemotståndet i plattan

• R

R

= värmeövergångsmotstånden För väl isolerade plattor är formeln för U:

𝑈 = 𝜆

(0,457 ∗ 𝐵` + 𝑑

)

Dörrar, fönster och garageport

Arean för fönster, dörrar och garageport tas fram samt U-värden för dessa som är fastställda av tillverkarna.

Köldbryggor

Beräkningar för köldbryggor finns vanligt vid takvinkel, kantbalk(golv- vinkel) samt inner och ytterhörn. De beräknas med hjälp av dess längd (m) och värmegenomgångskoefficienten Ψ(psi). Formeln för köldbryggor är:

𝑈 = 𝑙 ∗ 𝛹

Värdet för psi kan beräknas eller så använder man schablonvärden för olika konstruktioner enligt Svensk Standard [3].

Ventilationsförluster

Ventilationsförluster betecknas Q

och uppstår när uppvärmd luft ven- tileras ut från byggnaden och ersätts med ny kall frisk luft. Detta sker via vädring och ventilationssystem. Anledningen till att byggnader ventile- ras är för att skapa ett bra inneklimat så att koldioxid och syrehalter hålls på en hälsosam nivå samt att odörer och fukt ventileras bort. Enligt Bo- verkets byggregler [4] är minimikravet på luftflödet för bostäder 0,35 l/s per m². Schablonmässigt sett så står ventilationsförlusten för ca 15% av husets totala energi för uppvärmning enligt B.Sandström, C.Högström [5].

2.1.2 Energibalans

Energibalansen beskriver fördelningen och balansen mellan bortförd energi och tillförd energi i en fastighet enligt G.Forslund, J.Forslund [6].

På förlustsidan sätts transmissionsförluster, ventilationsförluster, av- loppsförluster och på den tillförda sidan sätts värmeproduktion, och så kallad gratis energi. Gratis energi delas in i olika kategorier som solin- strålning, personvärme och el från maskiner, lampor, kylskåp och dylikt.

Med hjälp av en energibalans så kan man se energiflödet i en fastighet

och med den kan man ha nytta för att hitta eventuella värmeförluster som

kan åtgärdas.

2.1.3 Energikartläggning

Med en energikartläggning så kan man ta reda hur fördelningen ser ut mellan värme, tappvarmvatten och hushållsel. Med hjälp av det så kan man bestämma vilken mängd man ska producera i form av värme och elektricitet.

2.1.4 Åtgärder för minskning och omfördelning av energiförbrukning.

Sänkning av värmekurva är en åtgärd som kan spara mycket värme. För att en sådan justering skall lyckas bör den utföras under den kalla delen av vinterhalvåret för att få en så bra inställning som möjligt. Sänkning av innetemperatur kan ge en besparing på uppemot 5 % per sänkt C° inom- hustemperatur enligt G.Forslund, J.Forslund [7]. Handhavande på från- luftsvärmepumpen Nibe 730 gör att det finns en del program och val som kan hjälpa till att spara energi. Några åtgärder kan vara att använda sig av semesterläge, uppvärmning av tappvarmvatten programmeras om från lyxläge till normal eller ekonomiläge. Vid en energikartläggning tas uppgifter fram om hur förbrukningen av hushållsel ser ut. Med kartlägg- ningen kan man hitta så kallade eltjuvar där åtgärder i form av bättre be- lysningsreglering och fasta avstängningar av tv-apparater som står standby kan vara lämpliga.

2.2 El och värmeproduktion

2.2.1 Bras och pelletskamin Braskamin

En braskamin tas med som ett alternativ som analyseras. Den har en no- minell effekt på 6,0 kW, en verkningsgrad på 80 % samt rekommenderad bränslemängd och påfyllningsintervall enligt den tekniska informationen från Nordpeis [8]. Med hjälp av dessa värden samt vedens energiinnehåll (björk) enligt B.Sandström, C.Högström [9], pris enligt K-ratuta [10] och uppskattat vedförbrukning så kan en årskostnad och energiproduktion beräknas.

Pelletskamin

Installation av pelletskamin är nödvändigt för att kunna minska elför-

brukningen och lättare kunna lagra energi i form av pellets. En pelletska-

min har en enkel lösning på magasinering och lagring av bränsle och den

är automatiserad med steglös effekt och vilket gör att den kan reglera vär-

mebehovet på ett bra sätt med hjälp av extern termostat. På samma sätt

som braskaminen så tas effekt, verkningsgrad och pelletsåtgång enligt

Ulma [11] samt energiinnehåll fram enligt B.Sandström, C.Högström [9].

Även prisuppgift på pellets behövs för att få fram en driftkostnad enligt Bauhaus [12].

2.2.2 Solceller

Solceller alstrar ström genom att solljuset ger extra energi till halvledar- material som kisel och elektroner frigörs och då uppstår en spänning och elektricitet kan tas ut från solcellerna. Taket ligger i östvästlig riktning med fördel 10 grader till västsydväst och en taklutning på 22 grader.

Verkningsgraden är som högst vid ett tak i sydlig riktning men det inne- bär också att produktion av el sker till största del mitt på dagen när man oftast inte är hemma och lagring måste ske på något sätt vid off-grid sy- stem. Ett tak i östvästlig riktning har lite sämre verkningsgrad men pro- ducerar istället el morgon och kväll. Vilket i sin tur ger mindre behov av lagringskapacitet över dygnet jämfört med ett tak i sydlig riktning. För att ta fram elproduktion på månadsbasis används programmet Polysun för att göra beräkningar.

Vid en off-grid anläggning så är problemet att täcka energibehovet som störst under perioden november till och med mars. Framför allt under december och januari på grund av att solinstrålningen är låg och solcel- lerna har liten till nästan ingen produktion. Då kan det vara viktigt att välja rätt sorts solceller. Det finns tre olika kommersiella solceller med olika modulverkningsgrader, monokristallina, polykristallina och tunn- filmssolceller med verkningsgrad 16 – 22 %, 15 – 17 % och tunnfilmsol- celler upptill 15 – 16 % enligt B.Sandström, C.Högström [13]. Tunnfilm- solceller har en fördel med att inte vara lika känslig för skuggning och diffust ljus vilket skulle kunna göra dom något mer effektivare under vin- terhalvåret men enligt Khammeeseenon [14] så är monokristallina något bättre men dock marginellt.

2.2.3 Vindkraft

Att kombinera solceller med vindkraft gör att produktionen av el sprider

sig bättre över dygn och månader på året. Framför allt under de solfattiga

vintermånaderna så kan vinden täcka upp en stor del av behovet. Fak-

torer att hålla sig till är rotordiameter under 3 m (microproducent), ljud-

nivå, skuggning och estetik när anläggningen skall placeras i ett villa-

kvarter. Framför allt måste en bra medelvind finnas för att det energi-

mässigt sett skall kunna producera så mycket energi som möjligt. För att

ta reda på medelvinden används vindstatistik från SMHI (Sveriges Met- rologiska och Hydrologiska Institut) [15] eller så placerar man en vind- mätare på huset taknock och mäter över tid.

2.2.4 Dieselverk

Dieselverk är ett måste för att täcka upp de perioder under året då solen inte skiner, vinden inte blåser och batterilagringen inte räcker till. Diesel- verkets uppgift är att agera som en batteriladdare och ladda batterierna vid en bestämd urladdningsgräns. Viktiga parametrar är att den drivs på miljövänlig biodiesel och att ljudnivån håller sig under 45 dB enligt Bo- verkets riktlinjer [16] för att kunna köras när som helst på dygnet.

2.3 Lagring

2.3.1 On grid lagring

Vid ett on-grid system så sker lagringen i elnätet i form av att man köper och säljer el av elleverantören. Man kan även ha ett mindre batterilager för att minska försäljningen och nyttja mer av sin egen produktion.

2.3.2 Batterier

Blybatterier och Litium-jonbatterier

Blybatterier är billigare vid inköp än Litium-jon batterier men för att livs- längden ska bli vettig bör man öka laddningskapaciteten till det dubbla.

Detta görs för att blybatterier inte ska nyttjas till mer än 50 % av sin kapa- citet. Beräkning för lagringskapacitet i kWh används formeln enligt B.Sandström, C.Högström [17]:

𝑘𝑊ℎ = 𝐴ℎ ∗ 𝑈 ∗ 0,001 ∗ 0,5

• Ah= Batteriets Amperetimmar

• U= Batteriets spänning

• 0,5= max 50% urladdning

Litium-jonbatterier är dyrare vid inköp än blybatterier men klarar mer

ladd-cykler. De är också mycket mindre i storlek vilket gör att mindre yta

måste avvaras för lagringen. Litium-jonbatterier har också en bättre lag-

ringskapacitet där batteriets nominella kapacitet kan användas upptill 80

– 90 % B.Sandström, C.Högström [17]. Samma formel som ovan används

men urladdningskapaciteten ändras till 0,8 - 0,9.

2.3.3 Pellets

Med pellets kan man lagra energi i form av värme. Energiinnehållet för pellets är 4,5 – 5 kWh/kg enligt B.Sandström, C.Högström [9] och kan kö- pas och lagras i torrt utrymme.

2.3.4 Bio-diesel

Bio-diesel har ett högt energiinnehåll på ca 10 kWh/liter enligt B.Sand-

ström, C.Högström [9] och kan lagras på fat eller dieseltank.

3 Metod

3.1 Energiförbrukning

3.1.1 Transmissionsförluster och ventilationsförluster

För att kunna skapa en energibalans så beräknas transmission och venti- lationsförluster fram.

Area

Arean för ytterväggar, tak, platta beräknas genom mätning på ritning samt fysisk mätning på plats. Garage och bostad räknas samman där ga- rage värms upp till 18C°.

Vägg och takkonstruktioner

Konstruktion av väggar, tak samt golvbjälklag är eget arbete och innefat- tas av ritningar, arbetsmaterial och projekteringsunderlag. Vid transmiss- ionsberäkningar för ytterväggar och takbjälklag används både lamdavär- des-metoden och U-värdesmetoden enligt Svensk Standard [2] där U-me- delvärdet mellan dessa två beräknas enligt bilaga A. Takbjälklaget har en kallvind där R-värdet har satts till 0,2 m²C°/W enligt Svensk Standard [18].

Golvbjälklag

Golvbjälklagets U-medelvärde beräknas som platta på mark enligt Swedisol [2] och har bedömts som en väl isolerad platta och λ-värdesmet- oden har använts för att plattan består av homogena skikt samt att mar- ken bedöms som morän. Arean beräknas på invändigt mått samt att kant- balken beräknas med perimetern (omkretsen) multipliceras med Ψ-vär- det 0,14 som är ett schablonvärde för kantbalk med isolering enligt Isover [19].

Dörrar, fönster och Garageport

U-värdet för dessa finns på tillverkarnas produktblad (Elitfönster och Crawford garageportar).

Köldbryggor.

Köldbryggornas längd mäts ut för innerhörn, ytterhörn, takvinkel samt

golvvinkel och multipliceras med schablonvärden Ψ enligt Svensk Stan-

dard [3] och ett sammanlagt värde fås i form a W/C°.

Fastighetens U-medel och transmissionsförlust

För varje byggnadsdel beräknas U*A (W/C°) som sedan summeras för hela fastigheten. Därefter delas den totala U*A med den omslutande arean för fastigheten och ett U-medel fås.

Transmissionsförlusten beräknas sedan med formeln:

𝑄

= 𝑈 ∗ 𝐴

1000 ∗ (𝑖𝑛𝑛𝑒𝑡𝑒𝑚𝑝 − å𝑟𝑠𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙𝑡𝑒𝑚𝑝) ∗ 8760ℎ

Innetemperaturen är satt till 21 C° och årsmedeltemperaturen är 6 C° i Jönköping enligt SMHI [21].

Ventilationsförluster

Ventilationsförlusterna har indelats i bostad och garage, där bostaden har beräknats med frånluftsvärmepump Nibe 730 och luftflöde enligt OVK- protokoll. Garage har beräknats med självdrag och ett luftflöde på 0,35 l/s per m². Formel som har används för beräkning enligt Forslund och Forslund [22].

𝑄

= 𝑙𝑢𝑓𝑡𝑓𝑙ö𝑑𝑒 ( 𝑚

𝑠 ) ∗ 𝑐𝑝 ∗ 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡

∗ (𝑓𝑟å𝑛𝑙𝑢𝑓𝑡𝑒𝑚𝑝 − å𝑟𝑠𝑚𝑒𝑑𝑒𝑙𝑡𝑒𝑚𝑝) ∗ 8760 ℎ Övriga förluster

Systemförluster tas ej i beaktning och anses inte påverka värmeförluster.

3.1.2 Energibalans för värme

Fastighetens energibalans beräknas med formeln:

𝑄

= 𝑄

(𝑏𝑜𝑠𝑡𝑎𝑑) + 𝑄

(𝑔𝑎𝑟𝑎𝑔𝑒) + 𝑄

− 𝑄

Där Q

är solinstrålning 15 % av uppvärmningsbehovet enligt Solei- mani-Mohseni, Bäckström och Eklund [23], värme från personer [Bilaga A] samt värme från elförbrukare i bostaden. Elförbrukare beräknas på två sätt. Energikartläggning där varje elförbrukare mäts med en energimä- tare och tid uppskattas över året [se bilaga A] och med hjälp faktisk för- brukning med fakturor från Jönköpings Energi AB under juni, juli och augusti de tre senaste åren. Ett medelvärde beräknas för en sommarmå- nad som sedan jämförs med varandra.

3.1.3 Fördelning av tappvarmvatten, hushållsel och värme Hushållsel

Hushållsel bedöms vara konstant över året där resultatet motsvarar ener- gikartläggningen.

Tappvarmvatten

Man utgår från medelförbrukningen av energi för en sommarmånad och bedömer att den energin står för tappvarmvatten och hushållsel då inget värmebehov finns. Därefter drar man av energin från för hushållsel och den återstående energin står för tappvarmvatten.

Ett annat sätt är att med hjälp av data från värmepumpen där information om driftstider på kompressor och elpatron för tappvarmvatten, hämtas och beräknas [bilaga A] med cop-talet på tappvarmvatten enligt Nibe F730 Installatörshandbok [24].

En kontroll utförs för att verifiera den förhållandevis låga energiförbruk- ningen med att använda COP-talet för tappvarmvatten samt att jämföra den totala vattenförbrukningen med genomsnittlig användning för en fa- milj på 4 personer

Värme

På samma sätt med ingångsdata från värmepumpen på värmesidan så

kan man beräkna förbrukningen på värmen. Sen summeras hushållsel,

tappvarmvatten och värme som blir den totala årsförbrukningen vilket

stämmer överens med årsmedelförbrukningen från Jönköpings Energi.

Energiindex-korrigering

Energibehovet för varje månad tas fram med att tappvarmvatten och hus- hållsel bedöms konstant medan värmebehovet för varje månad korrige- ras med energiindex från SMHI mellan åren 2017 - 2019.

3.1.4 Åtgärder för minskning och omfördelning av energiförbrukning Vid en energikartläggning får man en uppfattning var man kan spara energi på hushållsel. Exempelvis genom att installera rörelsedetektor i garage för belysning och strömbrytare för elektronik med standby-läge.

Genomgång av drift på tappvarmvattnet ändras från inställning lyx till normal alternativt ekonomi. Vad gäller värme så kan en injustering av värmekurva spara en hel del energi men den bör utföras under höst/vin- ter.

3.2 Off-grid

3.2.1 Solceller

Husets geografiska position, takets yta, riktning och lutning fastställs. Se- dan väljs riktning och lutning ut med hjälp av simuleringsprogrammet Polysun [25]. De värden man matar in gör att man kan ta reda på vilken energiproduktion och storlek på års och månadsbasis som anläggningen kan producera. På den västliga sidan finns ingen skuggning medan skuggningen på östliga sidan är lite diffus och bedöms som obefintlig.

Takets lutning används och ändras inte på grund av estetik men ger då minskad verkningsgrad.

Man får fram en faktor för produktion för varje månad som används till att jämföra två olika stora solcellanläggningar. Med hjälp av faktorn kan man utläsa hur mycket solcellerna täcker elbehovet för värme, hushållsel och tappvarmvatten för varje månad.

Efter att ha kontrollerat vilken sorts solceller som ger mest energi under de mörka vintermånaderna mellan monokristallina och tunnfilmsolcell- ler, så är monokristallina solceller den variant där verkningsgraden är bättre enligt Khammeeseenon [14]. Efter samtal med Sebastian Wibling på Soltech Energy som säljer tunnfilmssolceller i form av integrerade tak- pannor så är tunnfilmsolceller väsentligt mycket dyrare än monokristal- lina.

Efter samtal med Jönköpings Energi så faller valet på deras solcellsmodul

3.2.2 Vindkraft

Två små vindkraftverk av märket Windflower [26] placeras vid varsin nockspets med ett avstånd till varandra på 18 m. Dessa ska bidra till att täcka upp energibehovet när solcellerna producerar som minst. Att man väljer två Windflower istället för en, är för att få bättre energiproduktion och att det ser någorlunda estetiskt bra ut. De har också en liten rotordia- meter, låg startvind och låg ljudnivå. Medelvinden tas ut med hjälp av SMHI [27] vid Jönköpings flygplats (ca 3 km från husets position) på 10 meters höjd. Efter samtal med Ulf Bolumlid, tillverkare av Windflower, så rekommenderade han att dra av 10% från energidiagrammet för ett mer verkligt värde vilket gjorts i beräkningarna.

3.2.3 Dieselverk

Dieselverket behövs som backup när solceller och vindkraftverk inte pro- ducerar tillräckligt samt när batterilagringen är nere på minimi-nivå. Då startar elverket och agerar som en batteriladdare. Elverket av modell Duab power [28] är valt på följande grunder. Dieselverk med enfas 230 system som har en bättre verkningsgrad än bensinverk samt går att driva den med miljövänlig biodiesel. Elstart som kan kopplas för automatisk start för laddning samt att effekten är minst dubbel så stor som medelef- fekten för hushållsel och tappvarmvatten. Ljudnivån måste sänkas med hjälp av inbyggnation för ljuddämpning. Ett bättre val för dieselverk finns med namnet Dometic Tec 30 EV [29] men priset är 10 ggr högre och väljs därför bort.

3.2.4 Pelletskamin

Värmebehovet ska i första hand ske med el till frånluftsvärmepumpen

när det finns överskott av el efter att tappvarmvatten och hushållsel till-

godosetts. Därefter ska pelletskaminen kopplas in. Den valda pelletska-

minen, Shell3 UP 9 kW från Ulma [11] täcker upp värmeeffekten på huset

samt att den har steglös effekt i fem steg. Den kan kopplas på externa

termostater. Placeringen av kaminen är i kök/vardagsrum med öppen

planlösning där de största värmeförluster finns i form av stora fönster-

partier.

3.2.5 Batteri

Storleken på batterilagringen har valts till tre dygns kapacitet för täckning av tappvarmvatten och hushållsel. Blybatterier från Biltema [30] som pa- rallellkopplas är vald på grund av att priset är lägre jämfört med litium- jon batterier från till exempel Tesla.

3.3 On-grid

3.3.1 Solceller

Dimensionering av solcellsanläggning ska motsvara elbehovet för husets hela energiförbrukning med energi-indexkorrigering och motsvarande ett års elförbrukning för drift med el bil. Solpanelerna är av samma mo- dell som off-gridsystemet och läggs enbart i västlig riktning. Med hjälp av simuleringsprogrammet Polysun beräknas storleken på solcellsan- läggningen som motsvarar behovet vilket gör att huvudsäkringens stor- lek får ökas upp ett steg. Därefter begärs offert från Jönköping Energi. En enkel pay-off kalkyl beräknas och ställs mot årskostnad för elförbruk- ning.

3.3.2 El-bil

Hyundai Kona Electric [31] väljs som elbil då den är mest prisvärd på marknaden just nu med en bra batterikapacitet och räckvidd. Energi- överskottet från den årliga elproduktionen används till elbilens bränsle- förbrukning.

3.3.3 Braskamin

Braskamin av modell Nordpeis S31A [8] ska installeras och används mest

för trivseleldning och beräknas att ge ett mindre betydande energitillskott

i form av värme.

4 Lösningsalternativ

4.1 Off-grid

Sammansättningen av off-gridsystemen består av fem komponenter, sol- cellsanläggning, två små vindkraftverk, pelletskamin, dieselverk och bat- terilagring och dessa tillsammans gör det möjligt att gå off-grid. Basen för produktion av el består av solcellsanläggning och vindkraftverken. Den största elproducerande delen är solcellsanläggningen och beräknas på två olika stora anläggningar på 12 000 kWh och 18 200 kWh. De är placerade i öst och västlig riktning för att nyttja el under större del av dygnet. De täcker en stor del av behovet under vår, sommar och höst men får en över- produktion under sommaren som inte kan nyttjas. Under vintermåna- derna är elproduktionen inte tillräcklig och då hjälper vindkraftverken till att täcka upp elbehovet med den kapacitet de har baserat på medel- vinden i Jönköping. Under november, december och januari produceras inte tillräckligt med el från solceller och vindkraftverk då kopplas diesel- verket in som drivs med bio-diesel. Dieselverkets uppgift är att spetsa el- produktionen när solceller och vindkraftverk inte räcker till. Funktionen för dieselverket är att agera som en batteriladdare som laddar batterierna vid en bestämd urladdningsgräns. Batterilagringen består av 180Ah 12 volt blybatterier som bestäms att ha en lagringskapacitet på 3 dygn base- rat på dygnsmedelförbrukningen för hushållsel och tappvarmvatten.

För att tillgodose värmebehovet så sker det på två sätt. Primärt från el och

sekundärt från pelletspanna. Under de månader som elproduktionen från

solceller och vindkraftverk överstiger tappvarmvattnet och hushållselens

elbehov och det finns ett värmebehov så används överskottet till från-

luftsvärmepumpen för uppvärmning av byggnaden primärt. Sekundärt

när värmebehovet är större än elöverskottet till frånluftsvärmepumpen

så aktiveras pelletskaminen. Pelletkaminen arbetar efter extern termostat

och har en reglerbar effekt som anpassas efter behovet.

Tabell 1 visar förutsättningarna för solcellsanläggningarna i öst-västlig riktning och vilken solcellstyp som används samt upptagen yta för varje anläggning.

Tabell 1: Solcellsanläggning för off-grid 18 200 kWh och 12 000 kWh

Riktning 50 %Öst 80°, 50% Väst 260°

Lutning 22°

Solcellstyp Monokristallina

Takets Yta Öst 150m², Väst 150m²

Solpanel Yta för 18 200 kWh 135m² fördelat på Öst och Väst Solpanel Yta för 12 000 kWh 88m² fördelat på Öst och Väst Nyttjad takyta för den stora anläggningen på 18 200kWh är 45% vilket visar att anläggningen går att expandera.

Tabell 2 visar förutsättningarna för de två vindkraftverken med årsme- delvind och energiproduktion per månad för varje vindkraftverk.

Tabell 2: Vindkraftverk Windflower

Antal 2 st

Startvind 2 m/s

Rotordiameter 2 m

Årsmedelvind Jönköpings flygplats 4 m/s Energiproduktion/månad 108 kWh st

Årsmedelvinden är en avgörande faktor för energiproduktionen.

Tabell 3 visar pelletskaminens effekt och att den är reglerbar från 2,4 kW till 9,1 kW samt dess verkningsgrad.

Tabell 3: Pelletskamin för värmebehov

Effekt 2,4 - 9,1 kW

Verkningsgrad 0,8

Toppeffekten på 9,1 kW måste överskrida byggnadens effektbehov för att

kunna uppnå rumstemperaturen på 21 grader vid dvut på -15,5C°.

Tabell 4 visar förutsättningarna för ett dieselverk för produktion av el och ljudnivå.

Tabell 4: Dieselverk för laddning av batterier

Elsystem 230 V

Effekt 4,5 kW

Verkningsgrad 0,36

Ljudnivå 78 dB

Effekten på dieselverket måste vara högre än medeleffekten för hushåll-

sel och tappvarmvatten. Ljudnivån i bostadsområden är begränsade

framför allt nattetid vilket gör den till en viktig parameter. Den maximala

ljudnivån är 45 dB vilket dieselverket överskrider och ljuddämpande åt-

gärder behövs som inbyggnation och ljuddämpare.

4.2 On-grid

Det årliga behovet av el för uppvärmning med frånluftsvärmepump, tappvarmvatten och hushållsel ska produceras med en solcells-anlägg- ning. Takets yta uppgår till 150 m² och är riktad västligt 260° och en lut- ning på 22°. Solpanelerna är monokristallina och täcker en yta på 88m² med 52 solpaneler. För att kunna täcka det årliga energibehovet ökas hu- vudsäkringen från 20 A till 25 A. Att öka effekten ytterligare för att pro- ducera mer el gör att kostnaden ökar markant då huvudsäkringen måste uppgraderas till 35 A. En laddstolpe tillkommer för att kunna nyttja elö- verskottet på årsbasis för till bränsle för en elbil där bränsleförbrukningen för en Hyundai Kona Electric [31] beräknats på och jämförts men bensin- bil i ekonomiskt perspektiv. En annan fördel med laddning av elbil är också att det blir högre nyttjande av egenproducerad el. Lagringen sker på el-nätet i form av inköp och försäljning av el.

Tabell 5 visar förutsättningarna för en on-grid solcellsanläggning på byggnaden och solcellernas upptagningsyta.

Tabell 5: Solcellsanläggning On-grid i västlig riktning

Takets yta 150 m²

Riktning Väst 260°

Lutning 22°

Antal paneler 52

Upptagen takyta 88 m²

Nyttjad takyta för solceller uppgår till 59 % vilket visar att kapacitet för

större anläggning finns.

5 Resultat

Transmissions och ventilationsförluster

Tabell 6 visar värmeförlusten genom transmission för de olika byggnads- delarna i form av W/C°, omslutande area, genomsnittligt U-värde för hela byggnaden och värmeförlusten under ett år. Effektbehovet för värme pre- senteras också.

Tabell 6 : Transmissionsförluster i byggnaden.

Byggnadsdel Area(m

) U-värde(W/m²C°) U*A (W/C°)

yttervägg 137 0,157 21,5

Innertak 205 0,105 21,5

Golv 205 0,101 20,7

Fönster 21,0 1,00 21,0

Altandörrar 6,30 1,00 6,30

Garageport 8,50 1,23 10,5

Köldbryggor 10,7

Ytterdörr(garage) 2,10 0,900 1,89

Ytter-

dörr(pardörr)

3,40 0,800 2,68

U*A tot 117 W/C°

Omslutande area 588 m²

U-medel 0,198 W/m²C°

Q

14 800 kWh/år

Effektbehov värme

7,4 KW

För att beräkna den totala värmeförlusten så är Q

en viktig del. Effekt- behovet för värme används för att dimensionera effekten på en pelletska- min så att tillräcklig värme kan produceras för att hålla en inomhustem- peratur på 21C° under rådande dvut på -15,5 C°.

Tabell 7 visar värmeförlusten genom ventilation uppdelat på bostad och garage under ett år.

Tabell 7: Ventilationsförluster för bostad och garage

Qvent(bostad)= 9300 kWh/år

Qvent(garage)= 1700 kWh/år

Qtot 25 800 kWh/år

Q

(bostad) och Q

(garage) summeras till Q

och är byggnadens totala värmeförluster under ett år. Ventilationsförlusterna står för 42% av vär- meförlusterna medan transmissionsförlusten står för resterande 58%

Energibalans och fördelning

Figur 1 beskriver balansen mellan byggnadens bortförda värme i form av förluster med tillförd värme från solinstrålning, människor, elförbrukare och värmeproduktion utan värmepump.

Figur 1: Energibalans utan värmepump

Värmeproduktionen motsvarar den del som måste tillföras byggnaden i form av inköpt energi och står för 59 % av hela uppvärmningsbehovet.

Ventilationsförlust 11 000 kWh

Solinstrålning 4 000 kWh Transmissions

förlust 15 300 kWh

Personer 2 300 kWh

El 4 500 kWh Värmeproduktion

15 500 kWh

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

1 2

Bortförd och tillförd energi

Energibalans

Tabell 8 beskriver fördelningen av el för tappvarmvatten, hushållsel och värme uppdelat på år och månad. Tappvarmvatten och värme betjänas av frånluftsvärmepump. Elförbrukningen i fastigheten är baserad på förbrukningsstatistik från Jönköpings Energi. Värmen är

energiindexkorrigerad med statistik från SMHI.

Tabell 8: Fördelning av elförbrukning med frånluftsvärmepump och energi- indexkorrigering med energistatistik från Jönköpings energi.

Energiförbrukning År Månad

Tappvarmvatten 1100 kWh 91 kWh Hushållsel 4 500 kWh 370 kWh

Värme 6 400 kWh

Totalt 12 000 kWh

Månadsförbrukningen av el för tappvarmvatten och hushållsel ligger till grund för produktionsbehovet för el medan värmebehovet delvis ersätts av värmeproduktion. På årsbasis uppgår elproduktionen för tappvarm- vatten och hushållsel till 46% av det totala elbehovet med frånluftsvärme- pump.

Figur 2 visar en procentuell fördelning av energianvändningen per år för tappvarmvatten, hushållsel och värme med frånluftsvärmepump där värmen är energiindexkorrigerad.

Figur 2: Fördelning av energianvändning med frånluftsvärmepump.

Hushållsel 37%

TVV 9%

Värme 54%

Energianvändning/ år

1 2 3

Hushållsel och tappvarmvatten kommer att förses med elenergi och värme kommer att delvis förses med elenergi och resterande värmeenergi i form av pellets vid off-grid system.

Figur 3 visar månadsförbrukningen och motsvarar behovet sett över året baserad på förbrukningsstatistik från Jönköpings Energi med frånluftsvärmepump och energiindexkorrigerad värme fördelat på årets månader. Fördelningen i varje stapel visar hur elenergin är fördelat på hushållsel, tappvarmvatten och värme.

Figur 3: Energiförbrukning fördelat på månadsbasis med frånluftsvärme- pump.

Hela figur 3 visar behovet i varje månad och fördelning och är grunden till beräkningar för off-grid system. Elbehovet för hushållsel och tapp- varmvatten är konstant över året medan värmebehovet varierar och är störst under vinterhalvåret.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Jan Feb Mars April Maj Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dec

Månadsförbrukning kWh

H-hållsel TVV Värme

Off-grid

Figur 4 visar hur stor del av varje månads energibehov som de olika ener- gislagens täcker för en off-grid anläggning med solcellssystem på 18 200 kWh, två vindkraftverk, pelletskamin och dieselverk. De mörkblåa fälten visar överproduktion som inte kommer till nytta och om man bortser för dem så framträder fastighetens totala energibehov under årets alla måna- der i figuren för hushållsel, tappvarmvatten och värme.

Figur 4: Fördelning av energislag månadsvis i Off-gridsystem med 18 200 kWh solcellsanläggning

I december och januari när solelproduktionen är som lägst så behövs stöttning av dieselverk och där täcks hela värmebehovet av pelletskamin.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Månad Jan Feb Mars April Maj Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dec

18 200 kWh

Vindkraft Solceller Pellets Diesel Förlust

Tabell 9 är en sammanställning av hur mycket varje enskilt energislag producerar i form av el och värme per år samt outnyttjad elproduktion från solceller och den totala årsproduktionen i form av kWh.

Tabell 9: Årlig produktion av energi för 18 200 kWh solcellsanläggning Off-grid system

Solceller 18 200 kWh

Vindkraft 2 600 kWh

Pellets 3 700 kWh

Diesel 200 kWh

Totalt: 24 700 kWh

Varav förlust 12 600 kWh

Outnyttjad solcellsel uppgår till 51 % av den totala energiproduktionen och solcellerna nyttjas till 31 % av sin kapacitet.

Figur 5 visar hur stor del av varje månads energibehov som de olika ener-

gislagens täcker för en off-grid anläggning med solcellssystem på 12 000

kWh, två vindkraftverk, pelletskamin och dieselverk. De mörkblåa fälten

visar överproduktion som inte kommer till nytta och om man bortser för

dem så framträder fastighetens totala energibehov under årets alla måna-

der i figuren för hushållsel, tappvarmvatten och värme.

Diagram 5: Fördelning av energislag månadsvis i off-grid system med 12 000 kWh solcellsanläggning

Figur 5: Fördelning av energislag månadsvis i Off-grid system med 12 000 kWh solcellsanläggning

I november, december och januari när solelproduktionen är som lägst så behövs stöttning av dieselverk och där täcks hela värmebehovet av pel- letskamin.

Tabell 10 är en sammanställning av hur mycket varje enskilt energislag producerar i form av el och värme per år samt outnyttjad elproduktion från solceller och den totala årsproduktionen i form av kWh.

Tabell 10: Årlig produktion av energi för 12 000 kWh solcellsanläggning Off-grid

Solceller 12 000 kWh

Vindkraft 2 600 kWh

Pellets 4 000 kWh

Diesel 400 kWh

Totalt 19 000 kWh

Varav förluster 7 300 kWh

Outnyttjad solcellsel uppgår till 38 % av den totala energiproduktionen och solcellerna nyttjas till 39 % av sin kapacitet.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Jan Feb Mars April Maj Juni Juli Aug Sept Okt Nov Dec

12 000 kWh

Vindkraft Solceller Pellets Diesel Förlust

Tabell 11 visar batterilagringskapaciteten för 47 blybatterier parallell- kopplade med lagringskapacitet på 51 kW som motsvarar lagringstid på 3 - 3,5 dygn.

Tabell 11: Batterilagringskapacitet och dygnsförbrukning

Dygnsförbrukning (hushållsel och tappvarmvatten) 15,2 kWh

Antal batterier 47 st

Lagringskapacitet 51 kWh

Kapacitet 3 - 3,5 dygn

Dygnskapaciteten baseras på en normal dygnsförbrukning som motsva- rar elförbrukningen för hushållsel och tappvarmvatten.

On-grid

I figur 6 visar den blåa stapeln elproduktion från solcellsanläggningen på månadsbasis över året. Den gula stapeln visar det totala energibehovet i form av el för byggnaden som representerar hushållsel, tappvarmvatten och värme med frånluftsvärmepump där värmen är energiindexkorrige- rad.

Figur 6: Solcellsanläggning för 12 300 kWh samt byggnadens elförbruk- ning på månadsbasis med energiindexkorrigering.

Mest försäljning av el sker under sommarmånaderna och mest inköp av el sker under vintermånaderna.

0 500 1000 1500 2000 2500

On-grid solcellsproduktion 12 300 kWh och energibehov

el-produktion solceller energibehov

Tabell 12 visar sammanställningen av elproduktion per år, effekt och hu- vudsäkring mot stadsnätet.

Tabell 12: Sammanställning av elproduktion per år, effekt och huvudsäkring

Årlig elproduktion 12 300 kWh

Effekt 17,2 kW

Huvudsäkring 25 A

Effekten är maximerad för huvudsäkring på 25 A som blir begränsningen för uttagen el-energi över året.

Bränsle till el-bil

Tabell 13 visar överskottet från solcellsanläggningen på årsbasis och hur många mil som kan köras med elbil på elöverskottet.

Tabell 13: Elöverskott per år till bränsle för el-bil och räckvidd.

Elöverskott/ år 300 kWh

Antal mil 200

Miltalet används till att likställa bränslekostnaden för en bensinbil som

besparing.

Ekonomi

Tabell 14 visar en pay-off kalkyl för två off-grid system med olika solcellsanläggningar och investeringskostnader. Rörliga kostnader för pellets, biodiesel och service på dieselverk dras av från den årliga besparingen baserad på nuvarande faktisk kostnad för el och abonnemang på 18 000 kr per år samt pay off tiden.

Tabell 14: Pay off-kalkyl som jämförs med en årlig kostnad på 18 000 kr i elräkningar som kan sparas vid ett off-grid system och med samtliga bidrag.

Investeringskostnad Off-grid 18 200 kWh

Off-grid 12 000 kWh

Solceller 247 000 kr 163 000 kr

Batterier 54 000 kr 54 000 kr

Vindkraftverk 84 000 kr 84 000 kr

Pelletskamin 50 000 kr 50 000kr

Elverk 8 000 kr 8000 kr

Totalt 443 000 kr 359 000 kr

Besparing i form av nuvarande elräkning per år.

18 000 kr 18 000 kr Rörliga kostnader/ år

Pellets 9 200 kr 10 000 kr

Diesel 1 100 kr 2 100 kr

Service 1 000 kr 1 000 kr

Totalt 11 300 kr 13 100 kr

Årlig besparing 6 700 kr 4 900 kr

Pay off 66 år 73 år

Pay off tiden används för att jämföra dessa två off-grid system och de visar att fast investeringskostnaden är lägre på 12 000 kWh så är återbe- talningstiden högre på grund av dyrare rörliga kostnader.

Tabell 15 visar två pay-off kalkyler med investeringskostnader, besparing

och rörliga kostnader för ett on-grid system med solcellsanläggning på

12 300 kWh utan laddstolpe samt med laddstolpe och besparing på bräns-

leförbrukning. Besparing på rörliga kostnader baseras på nuvarande fak-

tiska kostnader i elräkning där fasta kostnader i form av abonnemang av-

dragits vilket motsvarar ett pris på 1,25 kr per kWh ink moms. En upp-

Tabell 15: Pay off-kalkyl för ett on-grid system där 1 kWh sätts till priset av 1,25 kr

Investeringskostnad

Solceller 184 000 kr

Laddstolpe 10 000 kr

Besparing rörliga kostnader 14 000 kr

Ökad rörlig kostnad för uppgradering av huvudsäkring 900 kr Pay-off utan laddstolpe och 300 kWh bränsleförbruk-

ning

14,1 år

Besparing från bensin till el för elöverskott 300 kWh 2 400 kr Pay-off med laddstolpe och 300 kWh bränsleförbruk-

ning

12,5 år

Resultatet för återbetalningstiden utan laddstolpe är den som skall jäm-

föras med off-grid systemen. Återbetalningstiden med laddstolpe och be-

sparing i bränsle utgår ifrån skifte från bensinbil till elbil men tar inte hän-

syn till investeringskostnad för elbil.

6 Diskussion

Transmissionsberäkningarna är korrekta med tanke på tillgång till exakta värden då jag själv har ritat och byggt fastigheten. Ventilationsberäk- ningen för garaget som har självdrag och bara uppskattats schablonmäss- igt kan vara fel uppskattat och kan därför påverka resultatet på ventilat- ionsförlusterna. För att få mer korrekta värden skulle en mekanisk från- lufsfläkt kunna användas för att hålla luftflödet konstant. Ett annat alter- nativ är att mäta frånluften vid olika utetemperaturer för att förstå hur flödet varierar över uppvärmningssäsongen.

Årsmedelvinden är en avgörande faktor för produktionen av el. Det finns en viss osäkerhet med vinden då byggnader runt omkring kan störa vin- dens framfart och förändra resultatet. Ett sätt att få ett mer korrekt mät- värde är att placera en vindmätare på hustaket under en längre period.

Pelletskaminen kan värma upp stora delar av huset men en svaghet är att kunna transportera värme till alla rummen. En teknik skulle kunna vara att låta golvvärmeslingorna i vardagsrum och kök ta upp värme och driva det till de andra sovrummen eller att koppla en ackumulatortank till pel- letskaminen.

Att beräkna behovet på storleken av batterilagringen går inte, därför har det bestämts en driftstid. För att få en bättre uppfattning om tillräckligt stor batterilagring så måste man testa sig fram med att köra systemet och mäta.

Batterilagringen påverkar positivt det överskott av el som används till värmeproduktion av frånluftsvärmepumpen när det finns ett värmebe- hov. Samma sak gäller för dieselverkets driftgång då det finns elbehov.

Det skall tilläggas att den beräknade täckningen från överskott av el bör bli bättre i verkligheten än resultatet då batterilagringskapaciteten inte går att räkna in teoretiskt.

Överproduktionen i off-grid kan användas till drift av elbil och samma

sak gäller för on-grid systemet. Detta innebär att en investering i elbil gör

att man nyttja solcellerna mer effektivt framför allt då i off-grid system

där det finns en större andel överproduktion. Om då dessutom elbilen

kan ansluta med Veicle to Home skulle detta öka nyttjandet av överpro-

En pay-off kalkyl har gjorts i samtliga fall. I off-grid systemen så anses

det räcka eftersom återbetalningstiden blir så väldigt lång och en mer

noggrannare analys skulle varken göra till eller från på den ekonomiska

lönsamheten. Annat är det med on-grid systemet, där är återbetalnings-

tiden inom rimliga gränser och en noggrannare investeringskalkyl bör

utföras för att få ett mer korrekt ekonomiskt resultat.

7 Slutsats

För att återgå till frågeställningen om det är möjligt att gå off-grid så är svaret ja. Om man tittar på den ekonomiska delen med en enkel pay-off metod så visar det sig att än så länge är det inte ekonomiskt försvarbart och att investeringskostnaden är för hög.

Ett bättre alternativ ur ett ekonomiskt perspektiv är att vara on-grid där pay-off metoden visar att man får tillbaka investeringen innan garantin på solcellsanläggningens livslängd har passerat. Båda systemen är miljö- mässigt sett lika bra med tanke på CO2-utsläpp vid produktion av energi.

Det som går förlorat vid on-grid system är de fördelar som off-grid syste- met ger i form av okänslighet för elavbrott och prishöjningar samt käns- lan för att vara oberoende.

Fortsatta arbeten

För att få bättre värden på vindförhållande så bör en vindmätare sättas

upp på plats och mätas över ett år samt att göra en undersökning på ett

lite större vindkraftverk. En mer noggrann ekonomisk kalkyl bör även

göras på en on-grid anläggning. Vad det gäller elbilar så kanske ett alter-

nativ är en laddhybridbil och då bör man kolla över sina körvanor för att

få maximal användning. Vätgaslagring är på frammarsch och bör tittas

lite närmare på. Projektet har också skapat många frågor ju mer man lär

sig. Skulle man ha gjort på ett annat sätt som att låta energin till värme

och tappvarmvatten produceras och lagras med pellets och vind och sol-

kraft täcka hushållselen som bara kan använda elektricitet? För att få svar

dessa frågor krävs fortsatta studier och framför allt så måste systemen

testas fram i verkligheten.

Källförteckning

Här följer exempel på hur en källförteckning kan utformas enligt Vancou- ver-systemet. Den är automatiserad enligt metoden numrerad lista och korsreferenser, som beskrivs i kapitel Fel! Hittar inte referenskälla..

[1] G.Forslund, J.Forslund ”Bästa inneklimat till lägsta energi- kostnad”3 utgåvan 2016 sid 130.

[2] Svensk Standard SS-EN ISO 6946, Byggkomponenter och byggnadsdelar - Värmemotstånd och värmegenomgångs- koefficient - Beräkningsmetod

[3] Svensk Standard SS-EN ISO 14683:2017, Köldbryggor i byggnadskonstruktioner-Linjär värmegenomgångskoeffi- cient-Förenklade metoder och schablonvärden.

[4] www.boverket.se/sv/byggande/halsa-och-inomhus- miljo/ventilation/luft-och-ventilation-i-bostader/

[5] B.Sandström, C.Högström ”Certifierad installatör RES Bas- blocket” version 4.0 2019 sid 51.

[6] G.Forslund, J.Forslund ”Bästa inneklimat till lägsta energi- kostnad”3 utgåvan 2016 sid 129.

[7] G.Forslund, J.Forslund ”Bästa inneklimat till lägsta energi- kostnad”3 utgåvan 2016 sid 158.

[8] Hämtad 2020-06-01 från: https://nordpeis.se/Produkter/In- satser/S-31A

[9] B.Sandström, C.Högström ”Certifierad installatör RES Bas- blocket” version 4.0 2019 sid 90

[10] Hämtad 2020-06-01 från: https://www.k-rauta.se/pro- dukt/björkved-

1m³/4742622000100?gclid=CjwKCAjw4871BRAjEiwAbxXi2

8KJeTDnRqb45z-

piMJdvbgxHNSjcAM0YCRb1Eho4813evh7LiSX- gRoCVe0QAvD_BwE

[11] Hämtad 2020-06-01 från: https://ulma.se/sv/pelletska- min/109-pelletskamin-shell3-up-9kw.html

[12] Hämtad 2020-06-01 från: https://www.bauhaus.se/pellets- helpall-832kg-8mm

[13] B.Sandström, C.Högström ”Certifierad installatör RES So- lel” version 2.7 2019 sid 8

[14] P.Khammeeseenon ”Jämförelse av olika solcellanlägg- ningar på Haganässkolan”Linnèuniversitet 2018-01-31

[15] Hämtad 2020-06-01 från: https://www.smhi.se/data/meteo- rologi/ladda-ner-meteorologiska-observationer/#pa-

ram=wind,stations=all,stationid=74460

[16] https://rinfo.boverket.se/OMB/PDF/BFS2020-2_OMB.pdf

[17] B.Sandström, C.Högström ”Certifierad installatör RES So- lel” version 2.7 2019 sid 51.

[18] Svensk Standard SS-EN ISO 6946:2017 (E) Table 9 [19] Hämtad 2020-06-01 från: https://www.isover.se/solut-

ions/k205-platta-pa-mark-yttervagg

[20] Svensk Standard SS-EN ISO 14683

[21] Hämtad 2020-06-01 från: https://www.smhi.se/data/meteo- rologi/temperatur/normal-arsmedeltemperatur-1.3973 [22] G.Forslund, J.Forslund ”Bästa inneklimat till lägsta energi-

kostnad”3 utgåvan 2016 sid 131.

[24] Nibe F730 Installatörshandbok sid53.

[25] Hämtat 2020-06-01 från: https://www.velasola- ris.com/?lang=en

[26] Hämtat 2020-06-01 från: https://www.windforce.se/vind- kraft-windflower.php

[27] Hämtat 2020-06-01 från: https://www.smhi.se/data/meteo- rologi/ladda-ner-meteorologiska-observationer/#pa- ram=wind,stations=all,stationid=74460

[28] Hämtat 2020-06-01 från: https://www.duabhu- set.se/pdf/product.php?id=5340

[29] Hämtat 2020-06-01 från: https://www.batteriexpres- sen.se/product.html/elverk-dometic-tec-30ev

[30] Hämtat 2020-06-01 från: https://www.biltema.se/bil--- mc/bilreservdelar/elsystem/bilbatterier/batteri-smf-12v- 180-ah-1100cca-2000029824

[31] Hämtat 2020-06-01 från: https://katalog.hyundai.se/prislis-

ter/kona-electric/specs/?page=2