Solcellsel är en miljövänlig energikälla utan farliga utsläpp och sägs därför vara lösningen för en hållbar framtid. För att solcellsanläggningar ska få så hög effektivitet som möjligt krävs att ta hänsyn till en rad olika faktorer. Vid teoretiska och praktiska jämförelser av två olika solcellsanläggningar syns en tydlig skillnad av påverkande faktorer.

Avsikten med denna rapport är att ge en översiktlig beskrivning av möjligheterna att installera en solcellsanläggning och i hur stor mån anläggningen klarar de krav som kunden har uppgett. Arbetet har genomförts på uppdrag av Inkon Sverige AB och syftet med projektet är att teoretisk projektera och dimensionera anläggningen samt att göra en lönsamhetskalkyl. Under arbetets gång har beräkningar genomförts för att bestämma antalet paneler samt vilken växelriktare som är lämplig för anläggningen. Även teoretiska fakta om olika solpaneler och solcellsanläggningar har undersökts för att få en djupare förståelse för hur allt samverkar. Utöver detta har analyser genomförts utifrån ett ekonomiskt perspektiv. Resultatet visar att det finns goda möjligheter att uppfylla de givna kraven och uppnå kundens förväntningar både utifrån ett lönsamhetsperspektiv men även energitekniskt. För att ge kunden ett ännu större och bättre underlag skulle en datorsimulering behöva göras då det finns många olika parametrar som behöver beaktas. / The intent of this report aims to provide an overview for the possibilities of installing a photovoltaic-system and to examine if the system is exceeding the demands of the customer. The purpose of this thesis is to project and dimension the PV-plant and to do a calculation on the profitability on behalf of Inkon Sverige AB and their customer. Calculations have been made as to determine the number of solar panels and to find a suitable PV-inverter. Theoretical facts regarding various panels and PV-systems have been studied with the purpose of gaining a deeper knowledge as to how everything comes together. Analyzes from an economical perspective have also been made. The results are indicating that the possibilities for exceeding the customer demands are good, with regards to both profitability and energetical perspectives. Due to the many different parameters involved in a project like this, a computer simulation would be a rather good idea as to give the customer a more solid base.

Examensarbetet innefattade ekonomiska beräkningar gällande införskaffande av sol- samt vindkraftsproduktion för en ö i Luleå skärgård som fungerar vid ö-drift gentemot kostnaden för att flyga ut ett reservaggregat i tre delar med helikopter. En förenklad kostnadskalkyl utfördes gällande investering samt underhåll för den förnyelsebara elproduktionen och dess nuvärde sett till 25-års livslängd för vindkraft såväl som solkraft. Detta vägdes mot utgifterna för utflygning av ett reservaggregat med helikopter som är den reservkraftslösning som finns att tillgå i dagsläget. Beräkningar av kortslutningseffekt med den förnyelsebara produktionen och hur det påverkar felbortkopplingar samt spänningsnivåer togs också med. Den ekonomiska investeringen kom också att vägas mot kundnyttan i form av ökad trygghetskänsla med en färdig reservkraftslösning samt fortsatt utveckling för företaget inom förnyelsebar energi. Uppdraget begränsades till att innefatta två olika scenarion med förnyelsebar energi, ett med 100 % solkraft och ett med cirka 10 kW vindkraft och 35 kW solkraft. Solcellssystemet kom att vara fristående på markställning vriden direkt mot söder med lämplig vinkling på solcellspanelerna. För scenarierna användes färdiga produktionslösningar samt färdiga batterilösningar för att behålla visst överskott av produktion till senare behov samt ett nät med nog låg spänningsvariation samt hög frekvensstabilitet under kortare tid. Kortare tid i detta fall gällde mellan 3 timmar upp till 3 veckor. Projektet tog effektbehovsdata samt möjliga meteorologiska data från en ö i Luleå Skärgård som ligger i skärgårdsnätet. Där fanns det 38 kunder där majoriteten hade kraftbehov under årets varmare månader, med några få kunder som var där nästan året runt. Ön kommer hädanefter refereras till som driftplatsen i rapporten. Den meteorologiska data som ej fanns att tillgå på driftplatsen togs vid närmaste väderstation, i detta fall Luleå stad. Sett till instrålningsdata samt avlästa vindhastigheter visade det sig att en produktionsanläggning med endast solcellspaneler och minst 12 h batteribank inte var realistisk som reservkraftlösning vid möjlig ö-drift vintertid. En större batteribank på 3 dygns försörjning skulle inte vara ekonomiskt försvarbar jämfört med investeringskostnaden till produktionsanläggningen, och det skulle trots det inte avhjälpa de produktionsproblem som var aktuella under vinterhalvåret. En kombination av solkraft och vindkraft med 3h batteriförsörjning kompletterade varandra väl till effektbehoven som återfanns på driftplatsen, klarade av de kraven som ställdes gällande variation i spänning och möjliga överströmmar samt skulle möjliggöra elförsörjning året runt.

En väl fungerande energiförsörjning är en viktig del i det moderna samhället som aldrig tidigare varit så elberoende som det är nu. Spänningsvariationer är ett problem som kan innebära störningar i näten. Om andelen solcellsanläggningar fortsätter att öka kan vi hamna i ett läge där variationer i spänningen och omvända effektflöden ställer till med problem i elnäten. Sandhult-Sandareds Elektriska ekonomiska förening, som är studiens uppdragsgivare, har nyligen installerat en egen solcellsanläggning och intresset för att installera solceller ökar även bland deras kunder. Syftet med denna studie är att företaget skall få en uppfattning om hur mycket småskaligt producerad energi deras nät kan hantera. Det har även varit av intresse att se vilka spänningsnivåer som kan komma att bli aktuella i olika delar av nätet. Elnätets egenskaper har överförts och simulerats i Matlab Simscape Power Systems. Företagets ritningar över delar av elnätet i Sandhult blev utgångspunkten vid modelleringen av elnätet. De simuleringar som gjorts kan delas upp i två typer; ojämnt fördeladelproduktion, och jämnt fördelad elproduktion. En solcellsanläggning med varierande effekt har simulerats för att få en uppfattning om hur spänningen varierar vid ojämn elproduktion. För att se hur stor del jämnt fördelad elproduktion som kan ske utan att energi matas ut på transmissionsnätet har parametern för andel solelsproduktion successivt ökats. Vid en specifik nivå installerad effekt var andelen förbrukad och producerad energi lika stora i det aktuella nätet. Simuleringsresultaten visar att det inte bör innebära några större problem att installera 765kW solceller ute i nätet förutsatt att produktionen är någorlunda jämnt fördelad. Som tumregelföreslås att den totala installerade effekten i nätet, utan problem, bör kunna vara i samma storleksordning som medeleffekten under låg last. Resultaten visar även att man vid enstaka anläggningar kan producera förhållandevis stora mängder energi utan att spänningen påverkas på ett olämpligt sätt. / A well-functioning energy supply plays an important part in modern society, which today relies upon electricity more than ever before. Variations in voltage levels are a problem which could cause disruptions on the electrical grid. Should the amount of PV plants continue to increase, we could end up with a situation where voltage variations and reverse power flow cause problems to the grid. Sandhult-Sandareds Elektriska ekonomiska förening , the outsourcer of the task that underlies this study, recently installed a PV plant. The interest in these systems has increased among their customers as well. The purpose of this study is to give the company an idea of how much small-scale energy their electrical grid can handle. It has also been in their interest to see which voltage levels may occur in different parts of the grid. The properties of the electrical grid were transferred to and simulated in Matlab SimscapePower Systems. The grid schematics that were provided by the company constitute the blueprint for the grid modeling. The simulations made can be divided into two types; unevenly distributed electricity production, and evenly distributed electricity production. APV plant with varying power output was simulated to illustrate how the voltage level varies with uneven electricity production. In order to see how much evenly distributed electricity production is possible without energy being discharged on the transmission network, the proportion of solar power production was gradually increased. At a specific level of installed solar power, the proportion of consumed power was equal to the produced power. The results indicate that an installment of a 765 kW solar power would not induce any major problems to the grid, provided that the production is reasonably evenly distributed. As a general rule of thumb, the results suggest that the installed power in total well could be equal to the average power during periods of low energy use. The results also show that certain plants may produce relatively large amounts of energy without inducing inappropriate impact on the voltage levels.

The number of photovoltaic (PV) systems increases annually in Sweden and the installation rate increases every year. The Swedish Energy Agency predict more than a doubling of the amount of electricity generated from PV systems by the year 2025, compared with today’s numbers. There are certain challenges that arise when connecting PV systems to the electric grid, concerning quality of various grid parameters, including the voltage. First, there is a risk of voltage variations due to the lack of swing mass in the PV system, to counteract changes. Voltage variations can also occur due to the unpredictability of the power source which is solar radiation. Secondly, there is a risk of increased voltage when the power production from the PV system is maximized while the power demand is low. The purpose of this report was to help network operators to understand how grid-connected PV systems affect grid voltage levels, and what measures may be necessary to strengthen the grid in the face of a continued increase in PV system installation. A residential area in E.ON's low voltage grid in the municipality of Halmstad, Sweden, was studied, where approximately 20% of the customers currently have installed PV systems. The customers were distributed over 5 groups connected to the area’s substation. Measurements were carried out at the substation which showed that the power changed direction on sunny days. Measurements were also carried out at the customer's connection point, which showed voltage increases on sunny days. In addition, future scenarios were simulated where the PV installation rate in the area was increased to investigate the hosting capacity in the area, before grid strengthening measures were necessary to manage the solar installations. The results showed a variation between the groups regarding how well equipped they were for an expansion of PV installations, which was probably due to a combination of the distance to the substation and the number of customers in the group. The simulations showed how the voltage level depended on the distance to the grid station and on the number of PV systems. Network strengthening measures to cope with a future scenario with 100% installation rate were studied. Cable reinforcement was not a sufficient measure for two of the groups, a sectioning of the group was necessary.

Examensarbetet har som mål att ta fram idéer om hur en solcellsanläggning kan se ut för takytorna på Holtab AB. Utvecklingen för att värna om miljön går hastigt framåt och både privatpersoner och företag har börjat att arbete med att göra sin insats för miljön. Holtab är intresserade utav att göra en insats och därför är de intresserade utav solcellstekniken och vill därför ha en undersökning om hur det skulle kunna se ut och fungera. Examensarbetet innehåller undersökningar, analyser, jämförelser och beräkningar och presenterar en idé om hur en solcellsanläggning skulle kunna tillämpas för ett optimalt effektuttag till minimal kostnad.

Skellefteå Kraft är Sveriges femte största elproducent och störst av de kommunägda kraftbolagen. Den främsta produktionen är koncentrerad i norra Sverige och den mesta energin produceras från vind- och vattenkraft. Sommaren 2017 invigde Skellefteå Kraft dess första storskaliga solcellsanläggning, Röjmyran. Solcellsanläggningen har en installerad effekt på 178,2 kW och består av 540 moduler fördelade på fastighetstaket i tre riktningar. Modulerna är seriekopplade om 31 strängar där varje sträng är kopplad till en strängoptimerare som i sin tur lagrar produktionsdata. På södra taket sitter en referenscell som mäter och lagrar globalinstrålningsdata, modultemperatur och omgivningstemperatur. Denna referenscell är av samma teknik som solcellsmodulerna, således ska parametrarna som uppmäts motsvara samma värden som solcellsmodulerna känner av. Fastigheten är ett så kallat industrihotell, och ägs av Skellefteå Industrihus. Anläggningen är kopplad till elnätet och idag säljs all överskottsproduktion till elnätet. Skellefteå Kraft ville ha hjälp med att dimensionera ett batterilager till Röjmyran och vidare utvärdera elproduktionen som varit sedan solcellsanläggningens driftstart, juli 2017. Arbetet med batteridimensioneringen syftade till att undersöka de ekonomiska konsekvenserna som en implementering av ett batterilager i systemet skulle medföra i jämförelse med dagens situation utan batterilager. Batterilagret dimensionerades med hjälp av ett eget konstruerat Excelverktyg där verktyget jämförde den ekonomiska nyttan av tre olika batteritillämpningar. Ena tillämpningen som undersöktes var demand shift, som betyder att batteriet lagrar överskottsenergi för senare användning när behovet uppkommer. På så sätt kan självförsörjningen i fastigheten öka och mindre el behöver således köpas från elnätet. Den andra tillämpningen var trading, som betyder att batteriet laddar upp från elnätet under tidpunkter som elpriserna är låga, och laddar ur under tidpunkter där priserna är höga. Den tredje tillämpningen som undersöktes var peak shaving, som betyder att batteriet laddas upp under natten för att sedan ladda ur när effekten från elnätet uppgår till ett förutbestämt maxvärde. På så sätt minskar effekttopparna och således utgifterna. Arbetet avgränsades till att undersöka nyttan utifrån fastighetsägarens synvinkel då det främsta syftet för Skellefteå Kraft är att öka kunskaper och erfarenhet med batterilager inför kommande projekt. I dimensioneringen undersöktes olika batteritekniker från tre olika fabrikat, med varierande egenskaper och kostnader. Resultatet visade att det var ett nickelmetallhydridbatteri från Nilar, med en kapacitet på 32,4 kWh lagringskapacitet, som gav det högsta nuvärdet. Vidare utvärderades produktionen från två perspektiv, dels genom att undersöka hur strängarna producerat under de månaderna som anläggningen varit i drift och dels genom att beräkna den teoretiska produktionen utifrån globalinstrålningen som varit i anläggningen och jämföra med den verkliga produktionen. Resultatet från strängutvärderingen visade att produktionen under juli och augusti varierade relativt mycket mellan strängarna. Under september och oktober producerade anläggningen likvärdigt i respektive riktning och under november föll snön, vilket ledde till nollproduktion till mitten av april då snön försvann. Att strängproduktionen varierade relativt mycket under juli och augusti kan bero på att anläggningen precis hade sats i drift, vilket kan ha gett upphov till små driftstopp och omstarter av systemet. Vidare undersöktes huruvida anläggningen producerat enligt vad den teoretiskt sett borde ha gjort, med hänsyn till globalinstrålningen som varit i anläggningen. Det var tyvärr bara möjligt att exportera globalinstrålningsdata för 30 dagar bakåt i tiden, vilket ledde till en avgränsad tid för utvärderingen. Referenscellen var placerad på södra takhalvan, vilket avgränsade utredningen till att bara undersöka hur modulerna på södra taket producerat. Resultatet visade att många större fel inträffat under dessa 30 dagar. Uppdateringar av växelriktaren, filtermontage, säkringar som utlöstes och effektreducering var anledningar till de stora förlusterna som uppträdde under de flesta dagar. Detta ledde till att bara två dagar, av 30 dagar, var jämförbara i syfte att identifiera små förluster. Förlusterna förväntades uppgå till 1,5 % på grund av solsträngsoptimerarens verkningsgrad på 98,5 %, men förlusterna uppgick till 2,9 respektive 2,4 %. Detta behöver inte vara något anmärkningsvärt då modultemperaturen påverkar produktionen relativt mycket. För att i framtiden kunna verifiera hela anläggningens produktion, är en rekommendation att även implementera referensceller i modulernas övriga två riktningar.

FN:s klimatpanel IPCC har tagit fram rapporter som visar att de närmaste årens agerande är avgörande för hur klimatförändringarna kommer att se ut. Energianvändningen världen över måste minska och en sektor som har en stor energianvändning är: bostads- och servicesektorn, 39 % av Sveriges totala energianvändning. I den här undersökningen granskades ett projekterat modulhus på 1 650,3 m2 beläget i Alnarp i Malmö, där syftet är att komma med energieffektiviserande åtgärder kopplade mot aktuell BBR. Granskningen av det kommer ske i VIP-Energy, genom simulering och optimering av installationstekniken. Kriterierna som undersöktes är från bedömningssystemet Miljöbyggnad 3.0 där målet på den här undersökningen var att nå GULD, vilket är de med högst krav. Eftersom vi spenderar ca 90 % av vår tid inomhus är det viktigt att inomhusklimatet är av god kvalitet, vilket innebär att en stor energiandel går till den delen. En annan viktig faktor är nyttjandet av solceller på byggnaden och användandet av solceller i Sverige ökar ständigt.   Olika ventilationsaggregat simulerades i IV Produkt Designer G305 och informationen som fåtts från det kunde sedan sättas in i VIP-Energy. Utöver utbyte av ventilationsaggregat granskas även de olika klimatskalen, värmesystem samt olika typer och storlekar på solcellsanläggningen. Energianvändningen för byggnaden jämförs sedan mot målet för Miljöbyggnad GULD på 48 kWh/m2 år. För den specifika byggnaden rekommenderas att välja ventilationsaggregatet Envistar Flex 400 med en solcellsanläggning på 225 m2 på byggnadens söderlutande tak. Om inte fjärrvärme skulle varit ett krav från beställaren hade rekommendationen varit att använda en värmepump istället som värmesystem.

In this project, intended photovoltaic installations on the campus area of Luleå University of Technology are cost–estimated, designed and mapped based on solar power in northern conditions. An increased precipitation of snow and low solar angles are the main factors influencing the energy yield from PV installations in northern conditions. The reduced irradiation during winter results in a power production corresponding to only a few percent of the production during summer. Snow shading can lead to a 30% annual production loss and is strongly correlated to module tilt and placement. The roof surfaces selected for the installations have shown good potential regarding yearly irradiation based on modeling, simulations, solar mapping and photography. The modules selected in the project are monocrystalline moduls in half–cell design from Trina Solar, Longi Solar and Q–cells. Placement has been made in a landscape position with southern orientation. Simulated production for the A–house installation was 260 MWh, B–house 200 MWh, C–house 190 MWh, E–house 310 MWh, F–house 450 MWh and Polstjärnan 80 MWh. Total annual production for the campus has been calculated to approximately 1,5 GWh.  The total cost for the installation of each building was estimated for the A–building 1,4 MSEK; B– and C– building 1,1 MSEK; building 1,7 MSEK; building 2,4 MSEK and Polstjärnan 0,4 MSEK. The total cost for all the installations was estimated to 8,1 MSEK with a payback time estimated at 10 years. The most feasible case in terms of produced solar power in relation to total investment cost is the modules from Q–cells. The priority order for the construction of each installations in descending order is: A–house, F–house, E–house, C–house, B–house and Polstjärnan based on availability and profitability. Simulated production in relation to the buildings’ electricity demand shows that storage and feedback to the electricity grid is not relevant for the roof–mounted installations in the project. To cover the electricity demand with self–produced solar power, additional ground–mounted installations and improved conditions for roof installation in the event of new constructions and renovations are recommended.

För att minska Sveriges klimatpåverkan och nå de nationella miljömålen måste energianvändningen minska. Det finns stor potential att använda energin mer effektivt inom byggsektorn och därför är det av stor vikt att energieffektiviserande åtgärder genomförs på befintliga byggnader. Skolfastigheter AB utförde ett antal energieffektiviserande åtgärder under renoveringen av Berwalds förskola 2014–2016. För att utvärdera denna renovering genomfördes en driftuppföljning genom att studera variationen i el- och värmeförbrukning innan respektive efter renoveringen. Kostnader samt koldioxidemissioner anknutna till förbrukningen analyserades också. Effekten av de olika åtgärderna uppskattades teoretiskt med beräkningar. Utöver detta utfördes även en termografisk undersökning av förskolans tak. Utöver detta undersöktes möjligheten till att anlägga en solcellsanläggning på förskolans tak. Vid dimensionering av solcellsanläggningen användes Tyréns verktyg Solkartan Uppsala 3D. Driftuppföljningen visade att den årliga energiförbrukningen minskat med en betydande andel. Elförbrukningen har sjunkit med ungefär 22 % och värmeförbrukning med ca 18–20 % beroende på beräkningsmodell. Detta har resulterat i att Skolfastigheter AB minskat sina el- såväl som värmekostnader det senaste året trots högre fjärrvärmepriser. Den minskade elförbrukningen har även lett till besparingar av koldioxidemissioner motsvarande ca 20–30 %. Enligt beräkningar av byggnadsdelarnas olika värmeisolerande förmåga före och efter renoveringen hade byte av fönster på Berwalds förskola störst effekt på värmeförbrukningen av de olika energieffektiviserande åtgärderna som utfördes. Det bör tilläggas att osäkerheter och felkällor har inverkat på de beräknade resultaten eftersom antaganden har behövts göras. Slutligen gav den termografiska undersökningen av förskolans tak oväntade resultat. Den visade på att det renoverade taket läckte mer värme jämfört med den del av taket som inte hade renoverats. Det finns osäkerheter i metoden men vi anser ändå att detta är något som bör undersökas vidare för att utesluta eventuella konstruktionsproblem och onödigt värmeläckage genom det renoverade taket.  Den dimensionerade solcellsanläggningen täcker 100 m2 av takytan, kostar 146 000 kr och genererar vid optimala förhållanden en årlig elproduktion av 16 300 kWh. Detta motsvarar drygt 26 % av förskolans elkonsumtion efter renovering och innebär att investeringen är intjänad efter 7 år jämfört med alternativkostnaden att inte investera i solceller. En anläggning av denna storlek lämnar utrymme för en framtida expansion. En dubblering av solcellsanläggning storlek skulle potentiellt sett kunna leda till en halvering av förskolans elkostnader, men det skulle även innebära att anläggningen skulle behöva sälja överskottsel under sommarmånaderna. Lärdomar som Skolfastigheter AB kan ta med sig till framtida projekt är att en förundersökning innan en renovering kan leda till mer exakta och tillförlitliga siffror. Något annat som är relevant för en energieffektivisering utöver de byggtekniska åtgärderna är att informera. Exempelvis genom att informera personalen på förskolan om hur de kan vädra på sådant sätt att mindre värmeförluster görs. Då finns möjlighet till att ytterligare minska energiförbrukningen. Vidare bör den valda maxeffekten på fjärrvärmeavtalet justeras efter en större renovering, då besparingar kostnadsmässigt finns att göra med en bättre anpassad maxeffekt.