Demonstrations-ochtestanläggningföraktörerpåsolcellsmarknaden DESIGNOCHKONSTRUKTIONAVÖVNINGSANLÄGGNING S ,15 C U U

U PPSALA U NIVERSITET

C IVILINGENJÖRSPROGRAMMET I ENERGISYSTEM

S JÄLVSTÄNDIGT ARBETE , 15 HP

DESIGN OCH KONSTRUKTION AV ÖVNINGSANLÄGGNING

Demonstrations- och testanläggning för aktörer på solcellsmarknaden

Författare A.C

A. O

W

E. E

B

E. L

L. L

Handledare J. F

Företagskontakt

M. N

Abstract

Through contact with solar panel suppliers, a roof is dimensioned and built as a ground for educational interactions for solar panel installers. Its construction consists of four subsystems, where each system displays its own solar solution. The background to the project is based on the fast growing solar energy market, which makes it difficult for suppliers to match the demand of solar power with competent installers. By letting installers practice their mounting skills on the education roof, common installing mistakes will be avoided. Extending the concept, the education roof can also be used as a demonstration and test system. The project is a cooperation with Glava Energy Center (GEC) and the participating suppliers SolTech Energy, Nordic Solar, Kraftpojkarna and Delab Glava. The suppliers share the space of the 30-meter-long education roof.

While dimensioning the system, consideration must be taken to energy production and power losses. By simulating the system in the PVsyst program, the energy parameters of the different subsystems have been determined. Each subsystem has its own inverter, adapted for either a single- or three-phase system, as well as maximum power limits, depending on the requirements from the supplier. Due to the high investment costs of the inverters, lightning protection is needed. Risks for the system has been calculated and shows that each subsystem is required to have surge protection on the side of the inverter with direct current (DC) as well as on the side with alternating current (AC).

Due to the length of the underground cables, surge protections need to be installed close to the grid connection to protect the system from indirect lightning strikes through the grid. The photovoltaic (PV) modules are also protected by air terminations. Through meetings with an electrician, it has been found that the entire system must be ground-mounted, hence it is a risk for people to get in contact with two sources with different voltage, simultaneously.

A continuous cooperation together with Dalarna University has been ongoing, to connect and complete both GEC’s and Dalarna University’s two educational systems for solar installations. To be able to develop an educational system, laws and regulations regarding electrical safety needs to be followed. To aquire knowledge, standards and regulations regarding electrical safety have been read and summarized, to be shared with Dalarna University.

The project was presented at a conference at GEC where several PV companies and

authorities involved in the photovoltaic industry were represented. The presentation

followed by a demonstration of the education roof.

Förord

I november 2017 gick Svenska Solelmässan av stapeln på Uppsala Konsert & Kongress.

Några av oss var företagsvärdar under mässan, varav en av oss stod med Glava Energy Center (GEC). Projektgruppen var ännu inte ihopsatt men tankarna om vårens kandidatarbete hade börjat snurra och lyckligtvis var Magnus Nilsson, en av representanterna för GEC under mässan, inte sen med att hoppa på tåget. Magnus bollade massor av idéer på passande projekt och två månader senare gick tåget mot Värmland för att fastställa projektplanen tillsammans med Magnus.

Tre mil utanför Arvika ligger Glava Energy Center (GEC), ett internationellt ledande testcenter för framtidens förnybara energilösningar. Centret är en mötesplats för innovation, utveckling och lärande, från lokal till internationell nivå. Kandidatarbetet utfördes i samarbete med GEC på plats i Glava samt i Uppsala. Arbetet har därför kunnat genomföras med kontinuerliga möten med lokala leverantörer, mätningar på monteringsplats samt tillgänglighet av experter på området. Finansiering har skett via Interreg ecoINSIDE.

Vi vill tacka vår företagskontakt Magnus Nilsson och Glava Energy Center för denna möjlighet att delta i projektet. Från Magnus har vi dels fått rådgivning men även ett kontaktnät där vi snabbt har fått svar på frågor som uppkommit längs vägen. Vi vill även tacka för boende och resa mellan Uppsala och Arvika. Vi hade heller inte kunnat ta oss igenom el-djungeln om vi inte fått vägledning av Glavas lokala elektriker Jan-Ove Nilsson och ett stort tack ska även riktas till Peter Bergman på Mericon, för bra diskussioner och möten om åskskydd.

Vi vill även rikta ett stort tack till följande personer som gjort arbetet möjligt:

Bjørn Thorud - styrelseledamot i GEC och kunnig inom PVsyst, som har bidragit med assistans i simuleringsprogrammet PVsyst.

Jesper Håkansson - byggnadsingenjör, som har hjälpt till i Autodesk Revit, en programvara för byggnadsinformationsmodellering.

Kidi Oller Westerberg - som genom sitt öga för grafisk design har varit till stor hjälp i utformandet av presentationstekniska hjälpmedel i form av roll-up.

Högskolan Dalarna - för ett gott samarbete och givande kunskapsutbyte.

KEKbygg - Glavas lokala byggföretag, för en fantastisk insats i byggandet av marktaket.

Maria Fallström - för inbjudan till medverkan på konferensen i Glava och i Karlstad.

Jonas Fransson - Vår tilldelade handledare på Uppsala universitet som bidragit med vägledning i rapportskrivning och projektmetodik.

Uppsala, maj 2018

Innehåll

Inledning 1

Bakgrund . . . . 1

Mål och syfte . . . . 2

Metod 3 Simulering . . . . 3

Leverantörer . . . . 3

Konferens . . . . 4

Högskolan Dalarna . . . . 4

Standarder . . . . 4

Åskskydd . . . . 5

Riskanalys . . . . 5

Resultat och diskussion 6 Simuleringar . . . . 6

Förluster . . . . 6

Skyddssystem . . . . 7

Personskydd . . . . 7

Riskanalys av överspänningar . . . . 8

Åskskydd . . . 10

Systemutformning . . . 10

SolTech Energy . . . 11

Delab Glava . . . 11

Kraftpojkarna . . . 12

Nordic Solar . . . 12

Fristående tak . . . 12

Övriga reflektioner 12 Komplement till Dalarnas utbildningssystem . . . 13

Anläggningens användningsområden . . . 13

Förbättring och vidareutveckling . . . 13

Slutsats 15

Referenser 16

Inledning

Bakgrund

Hållbar utveckling är ett begrepp med stort framtidsfokus där exempelvis världens stora ledare förbundit sig till 17 globala mål. Energisektorn omfattas bland annat av Hållbar energi för alla (UNDP, 2015). Solenergi anses i denna kontext vara en hållbar energikälla.

Solelsmarknaden växer både för kommunalt och privat bruk (Svensk Solenergi, 2015).

När en marknad växer snabbt, tenderar brister att uppstå och solelsmarknaden är inget undantag. Exempelvis påvisar Länsförsäkringar i sina undersökningar att fyra av fem solcellsinstallationer är bristfälliga (Hydén, 2018). En av anledningarna är otillräcklig utbildning hos de personer som installerar panelerna. Den bristande kompetensen uppmärksammades i samband med uppdaterandet av föreskrifter, gällande utförande av elinstallationsarbete, från Elsäkerhetsverket. Målet med förordningen, som trädde i kraft 2017, var att underlätta för konsumenter och myndigheter för att kontrollera elinstallationsföretag (Elsäkerhetsverket, 2017) och har med detta även påpekat den bristande kompetensen.

Genom kontakt med Tomas Ekman, skadeförebyggare på Länsförsäkringar Västerbotten, erhölls de vanligaste bristerna på solcellsinstallationer (2018). Dessa beror på anläggningstyp och var på anläggningen komponenterna installeras. Följande brister nämnde Länsförsäkringar som de vanligaste på utsidan av byggnaden:

• Taket för montaget är ej i gott skick

Det är viktigt att installationen görs på tak som anses vara av så bra kvalité att takreparationer inte kommer bli ett problem under livstiden för att kunna garantrera att solcellsinstalationern åtminstone producerar under hela sin återbetalningstid.

• Urslipning i tegelpannor för fästen är inte tillräckligt

Medför att tegelpannorna inte ligger dikt varandra och risk för att regn och skräp blåser in.

• DC-kablar under solpanelerna inte korrekt installerade

Kraven framgår i elsäkerhetsstandarden SS 436 40 00 kapitel 52. Bland annat nämns fästavstånd samt böjradier.

• Buntband saknar erforderlig UV-klass

• Genomföringen genom taket saknar tillämplig standard

Kabelgenomföringen ska vara utförda av en installatör med produkter av

dokumenterad lämplighet. Tillverkaren anger produktens användningsområde.

• Solcellspanelerna är inte monterade mitt för varandra och/ eller inte på samma nivå Detta kan leda till att snö, kvistar eller is fastnar.

Inne i byggnaden förekommer bland annat följande brister:

• DC-kablar är inte korrekt fästa

• DC-kablarnas installation under växelriktaren medför risk för personskada

• Överspänningsskydd eller information om behovet av överspänningsskydd saknas

Då mycket känslig elektronik finns i systemet, finns risker för överspänningar.

Bristen är då att beställaren inte är informerad om vikten av att ha överspänningsskydd installerade.

• Bristfällig skyltning

Anläggningen medför risk för spänningssättning från flera håll.

• Drift- och skötselinstruktioner saknas

Flera av de vanliga bristerna i solcellsanläggningarna kan undvikas om kompetent personal ansvarar och genomför installationerna. I dagsläget växer marknaden snabbt, och leverantörerna har svårt att möta behovet av behöriga installatörer. Att skapa ett undervisningsunderlag med möjlighet att praktiskt tillämpa kunskapen, är därför nödvändigt för den ökande efterfrågan.

Mål och syfte

För att möta behovet av utbildade solcellsmontörer är målet att designa och konstruera

en övningsanläggning på och i samarbete med Glava Energy Center. Marktaket kan

vidare användas som demonstrations- och testanläggning. Med hjälp av en rad

leverantörer av såväl klassiska kiselcellsmoduler som byggnadsintegrerade

tunnfilmsmoduler, kan flera olika tekniker demonstreras på övningstaket. Det kommer

även demonstreras olika takmaterial, kraftelektronik och åskskydd. Utmaningen ligger i

planering och dimensionering av systemets kraftelektronik, simulering för design av ett

optimerat övningstak och riskbedömning för val av skydd mot brand och elchock.

Metod

Simulering

För simulering av system med solceller är det lämpligt att använda simuleringsprogrammet Photovoltaic System (PVsyst). Där finns möjligheten att bygga tredimensionella modeller för att simulera skuggning från närliggande objekt och därmed eventuella förluster. Vidare finns i programmets databas en stor mängd väder- och solintrålningsdata vilket möjliggör platsspecifika och mer pricksäkra simuleringar.

Det finns också en mängd kommersiella moduler och kraftelektroniska komponenter i databasen vilket gör det lätt att jämföra och modellera olika system. Moduler som inte går att hitta i databasen kan läggas till manuellt och sparas på enhetens lokala databas.

I kontakt med leverantörerna av de olika solcellspanelerna erhölls de tekniska specifikationer som krävdes för att införa egna moduler i databasen. Ett par tekniska parametrar saknades dock då dessa inte var inkluderade i specifikationerna, i regel gällde det specifika temperatur- eller degraderingsfaktorer som användes som ett komplement till de övriga parametrarna. I dessa fall antogs standardvärdet som finns angivet för kisel- respektive tunnfilmsceller.

Vidare utfördes en skugganalys genom att skapa en tredimensionell shading scene och simulera över ett helt år. Denna analys ger, tillsammans med övriga införda parametrar som albedo, azimuth och temperatur en nyanserad bild av produktionen och hur stor del av denna som uteblir till följd av skuggning från närliggande objekt. I närheten fanns en kulle, vars omfattning var svår att uppskatta. Här approximerades denna, på plats, till ett tresidigt prisma med sidor som beräknades med uppmätta värden på basen och hypotenusan.

Leverantörer

I den inledande delen av projektet beslutades att utbildningsanläggningen skulle bestå

av ett långt tak där olika solcellsleverantörer skulle få möjligheten att visa upp sina

solceller med tillhörande kraftelektronik. De leverantörer av solceller som kontaktades

var: SolTech Energy, Kraftpojkarna, Delab Glava och Nordic Solar, varav alla fem företag

tackade ja till erbjudandet om att vara en del av utbildningstaket. Under flertalet möten

fastställdes sedan önskemål från leverantörerna gällande systemen.

Konferensen

Vid slutet av projektet planerades en presentation av arbetet om utbildningsanläggningen att hållas på en konferens på GEC där flertalet solcellsföretag och myndigheter involverade i solcellsbranschen skulle närvara. Syftet med denna konferens var att diskutera framtidens solcellsmarknad och industri. På konferensen planerades även att hållas en presentation av projektet om utbildningsanläggningen på GEC för solcellsinstallatörer. Denna presentation förbereddes med utgångspunkt i projektets genererade resultat samt med utgångspunkt ifrån konferensens syfte, att diskutera framtidens solcellsmarknad och industri. Efter presentationen följde en visning för konferensdeltagarna av själva utbildningstaket. Intresset kring det nybyggda utbildningstaket var till synes stort och flertalet personer i branschen uttryckte en önskan om att få ta större del av informationen kring detta projekt.

Högskolan Dalarna

Vid uppstarten av projektet inleddes ett samarbete mellan GEC och företagets sedan tidigare sammarbetspartner, Högskolan Dalarna. Samarbetet mellan Högskolan Dalarna och GEC fortlöpte genom hela projektet och kunskap- och informationsutbyte skedde mellan bägge parter. Syftet med samarbetet var att en liknande utbildningsanläggning för solceller skulle byggas av Högskolan Dalarna och att det i samband med detta även skulle utvecklas ett utbildningspaket. En kontinuerlig kontakt fördes genom hela projektet och information kring det löpande arbetet på GEC vidarebefodrades till Högskolan Dalarna. I utbyte fick projektet i GEC hjälp med specifika tekniska utmaningar från högskolan i Dalarna, vilka besatt en större kompetens gällande specifika elektriska komponenter som krävs vid solcellsinstallationer.

Standarder

En standard är ett sammanfattande dokument gällande gemensamma förhållningssätt och riktlinjer inom ett specifikt område. Syftet med en standard är att skapa transparenta och enhetliga rutiner vilka alla kan enas kring. Det finns en mängd olika standarder gällande elinstallationer, vilka alla har som syfte att förmedla de riktlinjer och förhållningssätt som måste tas hänsyn till vid utförande av detta arbete (Swedish standard institute, 2018). I dessa standarder har relevant information om solcellsinstallationer tagits ut.

För att få tillgång till relevanta standarder inom projektets områden kontaktades

el-standardföretaget EL-VIS. Från EL-VIS beställdes därefter standarder utifrån

projektets behov samt utifrån önskemål från Högskolan Dalarna. Utöver de beställda

standarderna behandlades även Elsäkerhetsverkets föreskrifter. Alla standarder

sammanfattades och sammanställdes slutligen i en rapport vilken skickades Högskolan

Dalarna. För mer information kring standarder som använts, samt för att ta del av den

fullständiga sammanfattningen av alla relevanta standarder och föreskrifter för detta projekt, se delrapporten om standarder, ES3-2018-03-21.

Åskskydd

I samarbete med en lokal åskskyddsleverantör samt elektriker har ett lämpligt åskskyddssystem diskuterats fram. Åskskyddsleverantören bifogade även relevanta faktablad, vilket har varit till stor hjälp för att samla kunskap inom området. Stor vikt behöver läggas på säkerheten, samtidigt som kostnadsfrågor också behövs tas i beaktning.

Riskanalys

Vid dimensionering, montering och installation av solceller behöver många säkerhetsaspekter tas hänsyn till, däribland brandrisk, överspänningar samt personskydd. En riskanalys av området behöver göras för att fastställa behov av bland annat skydd mot överspänningar, blixtnedslag och elchockar. För att räkna ut risknivå för att avgöra om skydd mot transienta åsköverspänningar krävs, används följande ekvation:

CRL = ^f

L

· N

(1)

Tabell 1: Miljöfaktor f

beroende på område.

Miljö f

Landsbygd och förortsmiljö 85 · F

Stadsmiljö 850 · F

Blixtnedslagsfrekvensen beräknas genom:

N

≈ 0, 04 · AQ

(2)

Där AQ är antal blixtnedslagsdagar.

L

är en längdfaktor som beräknas genom ekvation 3. Avståndet från det första överspänningsskyddet i distributionsnätet till början av installationen ges av L

+ L

+ L

+ L

≈ _{1 [km].}

L

= 2 · L

+ L

+ 0, 4 · P

+ 0, 2 · L

(3)

• L

= längden (km) på luftledningen för lågspänning

• L

= längden (km) på markförlagda lågspänningsledningar

• L

= längden (km) på luftledningen för högspänning

• L

= längden (km) på markförlagda högspänningsledningar

Resultat och diskussion

Simuleringar

Resultatet från simuleringarna presenteras i tabell 2 nedan. Tabellen visar att SolTech Energy har den lägsta normerade produktionen, alltså lägst produktion per kvadratmeter. Däremot är den specifika produktionen lägst hos delsystemet Nordic Solar, denna parameter avser producerad energi per installerad maximal effekt (kWp).

Den shading scene som har använts kan ses i figur 1, där det möjliga skuggobjektet: en kulle, visas i mörkbrunt. Som väntat är skuggförlusterna högst hos systemet närmast kullen och i fallande skala ned till placeringen i mitten av taket. De yttre åskskydden, som är placerade i var och ett av de fyra hörnen av marktaket, bidrar till något större procentuella förluster hos systemen närmast, än hos övriga system. För detaljer om kretsutformning, kraftelektronik och simuleringsresultat, se delrapport Simulering i PVsyst 6.6.8, S3-2018-03-22.

Figur 1: Shading sceene för kullen.

Tabell 2: Simuleringsresultat

Produktion Specifik produktion Normerad produktion Performance Totala Skuggnings- [kWh/år] [kWh/kWp/år] [kWh/år·m²] ratio [%] förluster [%] förluster [%]

Nordic Solar 1611 910 161,1 83,50 18,2 0,5

SolTech Energy 1131 911 109,3 86,61 17,1 0,3

Delab Glava 2170 919 183,9 84,43 18,0 0,1

Kraftpojkarna 4508 942 156,0 86,49 15,3 0,3

Förluster

I tabell 2 presenteras de uppskattade förlusterna, såväl de totala som de orsakade av skuggning. De enskilt största förlusterna i våra system är kopplade till växelriktaren, denna är speciellt stor i Delab Glavas fall i och med att omriktaren är överdimensionerad. Eftersom det utöver testanläggning är menat som en visningsanläggning för både paneler och kraftelektronik har en del leverantörer valt den kraftelektronik de vill visa upp, även om den i vissa fall kan tyckas överflödig. Exempel på dessa, är förluster då spänningen ligger utanför omriktarens tröskelintervall.

En annan bidragande orsak till förlusterna hos många av delsystemen är array incidence loss. Det är en reflektionsförlust som visar hur stor del av instrålningen som når solcellerna genom glaset. Den här typen av förluster ökar med panelvinkeln, vilket innebär att förlusterna hade kunnat minskas om systemet hade installerats med en lägre vinkel än de 30

som de i detta fall har placerats i. Däremot är det möjligt att detta i slutändan skulle resultera i en lägre total årsproduktion. Vidare simuleringar hade kunnat besvara denna frågeställning.

Delsystemen påverkas alltså i varierande grad av skuggningen från de närliggande objekten. Ingen av systemen påverkas däremot i sådan utsträckning att en annan placering i solcellsparken bör övervägas. Simuleringarna fastställer den planerade placeringen.

Skyddssytem

Personskydd

Vid elinstallationer är elchocksskyddet baserat på tvåfelsprincipen. Denna princip bygger på att ett system ska vara skyddat av både felskydd och basskydd, för att undvika elchockar. Basskyddet kan bestå av en isolering av någon typ, medan felskyddet ofta består av jordning eller potentialutjämning (Elinstallationsreglerna, SS 436 40 00 83, utgåva 3/ 2017, 83). Solparken i Glava bedöms tillsammans med projektets företagskontakt som en offentlig plats med hänsyn till personsäkerhet. Det har i skyddsbedömningen tagits i beaktning att många studiebesök förekommer, samt att folk i branschen besöker platsen. Anläggningen uppfyller tvåfelsprincipen då basskydd i form av isolerade kablar och jordning finns, och även ett felskydd som utgörs av potentialutjämning. För vidare information om tvåfelsprincipen, se delrapport om risbedömning, ES3-2018-03-13.

Gällande personskydd mot elchockar måste anläggningen potentialutjämnas i form av

jordning. Genom möten med Glavas lokala elektriker, Jan-Ove Nilsson, har ett lämpligt

jordningssystem diskuterats fram. Vid jordning är det viktigt att ett system antingen inte

jordas alls, eller jordas helt. En potentialskilland blir farlig då en person kan ta i två delar

med olika potential samtidigt, vilket är fallet för vårt system där de olika leverantörerna är tätt monterade. Därför togs beslut tillsammans med Jan-Ove att hela systemet ska jordas för att nå samma potential i hela anläggningen. Jordning sker förslagsvis i form av att koppla alla komponenter till en jordningsfläta som i sin tur binds ihop till ett jordtag så nära växelriktarna som möjligt.

Riskanalys av överspänningar

Vid höga blixtströmmar som uppkommer av åsknedslag i luftledningar eller kablar, måste ett överspänningsskydd med hög avledningsförmåga installeras, exempelvis ett grovskydd. Om grovskyddet skickar igenom en restspänning över 1500 V eller om man räknar med att nya överspänningar kan uppkomma genom långa ledningar till undercentraler eller andra byggnader, måste även ett mellanskydd och eventuellt ett finskydd installeras.

Risknivå beräknas genom ekvation 1 och används för att avgöra om skydd mot transienta åsköverspänningar krävs (SS-EN 62305-4, utg 2:2011).

• Om CRL ≥ 1000: inget skydd mot transienta åsköverspänningar behövs.

• Om CRL ≤ 1000: skydd mot transienta åsköverspänningar krävs.

Variabeln f

är en miljöfaktor som beräknas enligt tabell 1. Värdet på F koefficienten ska ses som lika med ett (F=1) för alla installationer. På Glava Energy Center beräknas miljöfaktorn till f

= ₈₅ · ₁ = ₈₅

Antal åskvädersdagar, AQ, är det man oftast känner till för ett område. Värdet ger dock

inget exakt värde för hur många blixtnedslag som sker. Om inget exakt värde går att

hitta för N

kan man beräkna ett ungefärligt värde enligt ekvation 2 i nedslag/km

och

år. Enligt SMHI:s åsknedslagskarta som kan ses i figur 2 har Glava Energy Center en

geografisk placering som motsvarar 14 åsknedslagsdagar per år.

Figur 2: Geografiska områden för åsknedslagsdagar per år (SMHI, 2010).

Då antal åsknedslagsdagar har fastställt till AQ = 14 kan blixtnedslagsfrekvensen beräknas genom ekvation 2 till N

≈ 1, 083 [ nedslag/km

och år].

L

är den sista okända parametern i ekvation 1 och beräknas enligt ekvation 3.

L

+ L

+ L

+ L

är avståndet från det första överspänningsskyddet i distributionsnätet till början på installationen, den kan approximeras till 1 km. På GEC är L

=0 eftersom inga markförlagda högspänningsledningar existerar. De markförlagda lågspänningsledningarna för systemet är uppmätt till L

= 164,9 m vilket även kan ses i figur 3, och är det enda kända måttet. Eftersom L

inte kan vara större än 1 km, ses L

= 1 − L

= 0, 8351. Alltså är L

= 2 · 0, 8351 + 0, 1649 = 1, 8351 [ km ] .

CRL = ⁸⁵

1, 8351 · 1, 083 = 42, 77

Solceller på GEC har, till följd av risknivån CRL=42,77, ett krav på transienta

överspänningsskydd. För en mer fullständiga uträkningar, se delrapport

Riskbedömning, ES3-2018-03-13.

Figur 3: Schematisk skiss över de markförlagda kablarna på anläggningen.

Åskskydd

Genom en riskanalys konstateras det, enligt ekvation 1, att CRL = 42,77 och därmed är överspänningsskydd krav för systemet. På AC-sidan behövs både T1- och T2-skydd, mer vardagligt kallat grov- och mellanskydd. De markförlagda kablarna som kan ses i figur 3 är såpass långa mellan växelriktare och nätanslutning att ett överspänningsskydd vid nätanslutningen även är nödvändigt. Eftersom stötströmmarna kan bli stora utifrån nätet vid indirekta åsknedslag behöver även T1- och T2-skydd installeras där.

Det har diskuterats huruvida åskledare är nödvändigt eller inte för anläggningen.

Eftersom syftet med marktaket bl.a. är att installatörer ska kunna öva på fullständiga anläggningar togs ändå beslutet att åskledare ska installeras för att demonstrera alla möjliga komponenter i ett solcellssystem. Det beslutades att åskledare ska installeras i varje hörn av taket. För en utförligare förklaring av åskskyddsystemets olika komponenter, se delrapport Åskskydd, ES3-2018-03-08.

Systemutformning

De uppmätta värdena på markfundamentens positioner, tillsammans med

modulritningarna för respektive leverantör, låg till grund för den slutgiltiga

sammanställningen av marktaket. Baserat på leverantörernas önskemål och de

fastställda dimensionerna, producerades figur 4. Den illustrerar hur de olika takmaterialen är fördelade över ytan. Denna bild vidarebefordrades även till byggarbetarna tillsammans med andra relevanta ritningar, se delrapport Ritning och systemspecifikationer, ES3-2018-03-02. Bilden är en sammanställning av vilket utrymme respektive leverantör har på taket och hur mycket som blir över till ett eventuellt femte system.

Figur 4: Schematisk bild av de olika leverantörerna på taket [mm].

SolTech Energy

En Steca växelriktare på 1500 W fanns tillgänglig på GEC och i samråd med SolTech Energy fastslogs att det gick bra att anpassa systemet efter växelriktarens kapacitet.

Därför bestämdes det att 36st ShingEl solcellsmoduler ska levereras, vilka ska placeras i 9 rader om 4 moduler, beslutet grundades i det faktum att varje modul producerar en effekt på 40 W. Växelriktaren är anpassad för en maximalt ingående spänning på 450 V och därför bestämdes det att 3 moduler med nominell spänning på 119,6 V skulle seriekopplas.

Delab Glava

Tillsammans med Delab Glava bestämdes det att 8 st monokristallina moduler av

märket Allmax M Plus från Trinasolar skall installeras i två rader om fyra. Då Delab

Glava sedan tidigare har ett samarbete med Fronius, bestämdes det även att deras

växelriktare Fronius Symo på 3kW skall användas. Växelriktaren är anpassad för ett

spänningsintervall mellan 200 V till 800 V, vilket gör att de 8 st modulerna med en

systemspänning på 316,8 V. Respektive modul har en nominell effekt på 295 W, vilket gör att systemeffekten blir 2360 W.

Kraftpojkarna

Efter ett möte med Kraftpojkarna bestämdes det att fyra olika sorters moduler, med olika effekter ska installeras. Samt att en gemensam växelriktare på 5 kW från SolarEdge ska användas för de fyra modulmodellerna. Till varje modul är optimizern P300 från SolarEdge kopplad vilket gör att varje modul kan ses som ett eget system och därmed seriekopplas utan att systemet begränsas av den minst effektiva modulen. Växelriktaren, SolarEdge 5 kW är anpassad för en ingående nominell spänning upp till 750 V. Den totala nominella spänningen för modulerna är 732 V, vilket gör att alla 16 moduler kan seriekopplas i en slinga. Den totala effekten av delsystemet summeras till 4,75 kW.

Nordic Solar

Tillsammans med Nordic Solar bestämdes att modulerna från REC TwinPeak 2-serien ska installeras i två rader om tre moduler. Dessa ska i sin tur kopplas till en växelriktare av modellen Sunnyboy 2,5 med en maximalt inkopplad effekt på 2500 W. Växelriktaren är anpassad för en ingående nominell spänning på maximalt 600 V. Den totala nominella spänningen av modulerna är 233 V, vilket gör att alla 6 moduler kan seriekopplas i en slinga. Den totala systemeffekten blir då 1740 W.

Fristående tak

Till följd av förseningar i byggnationen, stod det klart att det 30 m långa marktaket inte skulle stå klart till konferensen i Glava. För att ha något att visa upp bestämdes det att ett mindre marktak, som tidigare visats upp utanför ingången till GEC, skulle renoveras och förses med nya solpaneler. Modulomfattningen fastställdes till två rader om tre moduler av sorten Swemodule 260 W. Då växelriktaren Steca 1,5 kW är anpassad för en inkommande spänning på maximalt 420 V kan alla sex moduler seriekopplas i en slinga.

Den totala effekten för delsystemet blir då 1560 W, vilket överstiger växelriktarens kapacitet med 60 W. Efter en ekonomisk analys bedömdes växelriktaren fortfarande lämplig, då konsekvensen endast blir en mindre kapacitetsförlust.

För artikelblad och mer information om specifikationer på respektive delsystem: se

delrapport Ritning och systemspecifikationer, ES3-2018-03-02.

Övriga reflektioner

Komplement till Dalarnas utbildningssystem

Samarbetet med Glava Energy Center och Högskolan Dalarna har bidragit till stora kunskaps- och informationsutbyten. Vid projektets avslutande har Högskolan Dalarna erhållit information från projektet i GEC i form av projektrapporter samt sammanfattningar av alla relevanta standarder och föreskrifter för detta projekt. Den erhållna informationen är tänkt att komplettera kursutbudet för utbildningsanläggningen i Högskolan Dalarnas projekt. Det sker dels i form av att bredda deras utbildning och även i form av att bidra med information kring nationella och internationella lagar och föreskrifter, vilka i framtiden kan användas på Högskolan Dalarnas utbildningsprojekt. Kunskapsutbytet mellan GEC och Högskolan Dalarna har således skapat möjligheter för utveckling av Högskolan Dalarnas kurspaket till ovan nämnda utbildning.

Anläggningens anvädningsområden

När projektet är slutfört och utbildningsanläggningen står på plats kommer marktaket bestå av en rad delsektioner som demonstrerar variationer i takmonterade solpanelssystem. Under konferensen på GEC enades företrädare för både svenska och norska företag, branschorganisationer och myndigheter om att det finns ett stort behov av utbildning i säkerhet och installation av solpaneler. Marknaden ökar i snabb takt och de svenska leverantörerna har svårt att själva möta behovet av kompetent arbetskraft.

Detta innebär att taksystemet kan vara ett bidrag till att den nordiska solcellsbranschen kan växa och bli marknadsmässig genom att erbjuda en jämn och hög kvalité i framtida installationer. Förhoppningsvis kan den även inspirera till fler initiativ med andra anläggningar där installatörer kan utveckla sin kunskap och sina färdigheter. I förlängningen kan även anläggningen komma att bidra med en ökad säkerhet för inblandade solcellsmontörer, både vid installation och underhåll. De risker en ofullständig eller dåligt utförd solcellsinstallation medför kan drabba såväl hantverkare som husdjur, privatpersoner och egendom. Genom att välja lokala leverantörer och yrkesarbetare gynnar detta projekt näringslivet ute på landsbygden. Genom syftet med anläggningen, att konstruera en utbildning- och demonstrationsanläggning, hoppas vi även på att kunna locka fler till GEC och därmed bidra ytterligare till deras innovations- och utvecklingsprogram.

Förbättring och vidareutveckling

Det finns förbättringspotential i anläggningen gällande flera aspekter. I utbildningssyfte

vore det fördelaktigt att i anslutning till övningstaket ha informationsskyltar där

rådande säkerhetsregler förklaras för besökarna. Vidare har kontakter redan knutits med

företag som är intresserade att medverka som leverantörer av platta tak och bidra med de material och den elektronik som krävs för att utveckla ett sådant system. Detta skulle vara en god vidareutveckling av utbildningskonceptet då det bidrar till en än mer mångfasetterad utbildningsanläggning. Slutligen är ett av delsystem ännu inte färdigplanerat och därmed inte slutfört, trots att det finns en intresserad leverantör.

Detta då företaget i fråga tog kontakt och visade intresse för att delta väldigt sent och att tid inte fanns att designa det sista systemet inom projektets gränser. Det finns däremot goda förutsättningar att slutföra även detta delsystemet utanför projektets tidsram.

Utöver det delsystem som ännu inte är färdigplanerat finns några delar kvar av projektet, vilka ännu inte är slutförda, i form av beställning av flertalet elektriska komponenter för de olika delsystemen. De komponenter till delsystemen som inte redan är beställda är: överspänningsskydd till flertalet växelriktare, överspänningsskydd för AC-sidan till nätanslutningen, skydd för datakablar samt en branmannabrytare till delsystemet för leverantören SolTech Energy.

Som tidigare nämnt pågår ett tätt samarbete med Högskolan Dalarna. Då en hel del

arbete har lagts ned på att bearbeta och sammanfatta standarder är det något som

arbetsgruppen i Dalarna kan ha god användning för i utvecklingen av ett kurspaket

med onlinematerial.

Slutsats

Utifrån inläsning av nationella och internationella standarder samt elsäkerhetsföreskrifter har väsentlig kunskap om regler och föreskrifter kring solcellsinstallation erhållits. Dimensioneringen av utbildningstaket är således till stor del baserat på ovanstående material, vilket därmed ligger till grund för projektets arbete.

Leverantörerna vars produkter är en del av arbetet är: SolTech Energy, Delab Glava, Kraftpojkarna och Nordic Solar. Utefter samarbetspartnernas önskemål om dimensionering och placering fastställdes övningsanläggningens dimensioner till 27,34 x 3,72 m. Nästan hela takarean är reserverad för leverantörer, förutom en lucka på ca 3 meter. Detta möjliggör plats för en ytterligare leverantör. Vid slutet av projektperioden är den nominella effekten planerad till drygt 10 kW.

För att skydda systemet och undvika potentialskillnader behöver samtliga ledande komponenter i systemet jordas. Riskanalysen visar även att överspänningsskydd bör installeras på både lik- och växelströmssidan samt att bedömningen även är att yttre åskskydd bör ingå i utbildningssystemet för att kunna demonstrera ett komplett åskskydd.

Simuleringsresultaten visar att både årsproduktionen och skuggningen av systemen

varierar. Det beror rimligen på att de skiljer sig åt i såväl storlek som utformning och

material. Ingen av systemen påverkas däremot av skuggningen i sådan utsträckning att

en annan placering i solcellsparken behövde övervägas. Simuleringarna fastställer alltså

både den planerade placeringen och installationen av luftledare.

Referenser

[1] Elsäkerhetsverket (2017). Beslut om ny elsäkerhetsförordning och tre nya föreskrifter, Pressmeddelande från Elsäkerthetsverket 2017-03-29.

[2] Hydén, J. (2018). Solel med stora brister. Skånska dagbladet, 18 april.

http://www.skd.se/2018/04/18/solel-med-stora-brister/ (Hämtad 2018-04-20)

[3] Isaksson, L. Wern, L. (2010). SMHI, METEOROLOGI Nr 141. Åska i Sverige 2002-2009 http://www.smhi.se/polopoly_fs/1.4173.1490012003!/image/p127.

png_gen/derivatives/Original_1256px/image/p127.png (Hämtad 2018- 04-03)

[4] Svensk Solenergi (2015). Fakta om solenergi

https://www.svensksolenergi.se/fakta-om-solenergi (Hämtad 2018- 05-13)

[5] Swedish Standard Institute (2018) Fakta om svenska standarder

https://www.sis.se/standarder/vad-ar-en-standard/ (Hämtad 2018- 05-13)

[6] SS-EN 62305-4, utg 2:2011. Åskskydd - Del 4: Skydd av elektriska och elektroniska system i byggnade

[7] UNDP (2015). Mål 7: Hållbar energi för alla

http://www.globalamalen.se/om-globala-malen/

mal-7-sakerstalla-hallbar-energi/ (Hämtad 2018-05-15)

Icke publicerat material

[8] Ekman, T. (2018). Skadeförebyggare på Länsförsäkringar Västerbotten. Mailkontakt

den 20 april 2018