Transcript Oystein Holm

multiconsult.no
Solcelleanlegg i norske bygg
- eksempler og vekstpotensial
Øystein Holm
Rådgiver, Siv.ing
multiconsult.no
Multiconsults kjernevirksomhet er rådgivning
og prosjektering
Styring og ledelse
Multifaglig kompetanse i
kombinasjon med
ledelse og styring
Rådgivning
Prosjektering
multiconsult.no
VI ER DER
DU ER
1 500 ansatte
27 kontorer
Hovedkontor i Oslo
Rundt MNOK 2 119 i omsetning
Multiconsult
multiconsult.no
Agenda
• Eksempler på bruk av solceller i bygg
• Vekst er avhengig av lønnsomhet
• Hvordan Multiconsult arbeider med design av solcelleanlegg
- Powerhouse One – Brattørkaia
- Skarpnes boligfelt
4
multiconsult.no
Eksempler på bruk av solceller i bygg
5
multiconsult.no
Operaen (Oslo, 2007)
•
•
•
•
400 m2 vindusfasade 50% solceller
Merkeeffekt 35 kWp
Estimert produksjon 20,6 MWh/år
Systemkostnad 80 kr/Wp
6
multiconsult.no
Oceania (Os, 2011)
•
•
•
•
363 solcellemoduler a 175Wp
dekker 550 m2 fasade
Merkeeffekt: 63,5 kWp
Estimert produksjon: 42 MWh/år
7
multiconsult.no
Høyskolen i Hedmark avd.Evenstad (Evenstad, 2013)
•
•
•
•
276 moduler 455 m2
Merkeeffekt 70 kWp
Estimert produksjon 60 MWh
Systemkostnad 15 kr/Wp
8
Foto: Thor-Christian Tuv
multiconsult.no
Powerhouse Two Kjørbo (Sandvika, 2014)
• 954 moduler fordelt på 3 flate tak på 1556 m2
• Merkeeffekt 312 kWp
• Estimert produksjon 229,3 MWh/år
9
multiconsult.no
Ulik teknologi, klima, vinkel/orientering..
900
800
700
600
Effekt, kWp
500
Produksjon, MWh/år
Spesifikk prod, kWh/kWp
400
Spesifikk kostnad, kr/Wp
Spes.årsprod.kostn, kr/kWh
300
200
100
0
Operaen 2007
Oceania 2011
Evenstad 2013
Kjørbo 2014
10
multiconsult.no
Følg produksjonen selv! www.sunnyportal.com
11
multiconsult.no
Vekst er avhengig av lønnsomhet
- Størrelsen (på markedet) teller!
12
multiconsult.no
Systemkostnader – Norge 2013
Enebolig – 7kW
Næringsbygg - 100 kW
26 NOK/W
18 NOK/W
Foto: Multiconsult / Scatec Solar
Solpark – 1 MW
12 NOK/W
Kilde: Enova, Kostnadsstudie solkraft i
Norge 2013 (Multiconsult)
13
multiconsult.no
Levetid – 25 år
Diskonteringsrente – 5%
Degradering – 0,04 %
14
multiconsult.no
Kostnadsfordeling – 7 kW (kostnader i NOK/W)
Annet; 2,1
Modul; 7,2
Installasjon;
5,8
Total Kostnad:
21 NOK/W (eks. MVA)
BoS; 5,9
15
multiconsult.no
Kostnader Norge vs. Tyskland og Sverige
25
21
NOK / W
20
15
18
15
13
13
12
Norge
12
9
10
Sverige
Tyskland
5
0
7 kW
100 kW
1 MW
Kilder: Kostnadsstudie, Solkraft i Norge 2013 / EuPD Research / IEA PVPS
16
multiconsult.no
Hva skal til for at solceller blir lønnsomt i Norge?
Kostnadsforskjeller Norge vs. Tyskland (10 kW)
25
NOK/W
20
Installasjon
15
Øvrig BoS
Vekselretter
10
Modul
5
0
Norge
Tyskland
17
Energikostnad (LCOE) for PV-anlegg i Norge ved ulike prisscenarier
kr/kWh
multiconsult.no
3,25
Dagens norske prisnivå
3
Dagens tyske prisnivå
Konkurransedyktig – innen rekkevidde
Estimert tysk prisnivå i 2020
2,75
Tromsø
2,5
Bergen
2,25
2
*Alle komponentpriser for
enebolig er inkl. MVA
Trondheim
Oslo
Kristiansand
1,75
Tromsø
Bergen
1,5
Trondheim
Oslo
1,25
Kristiansand
1
Tromsø
Bergen
Trondheim
Oslo
0,75
isnivå strømpris til sluttbrukere inkl. nettleie og avgifter
Kristiansand
0,5
0,25
0
Enebolig (7kWp)
Næringsbygg
(100 kWp)
Bakkemontert
(1000 kWp)
Dagens norske prisnivå
Enebolig (7kWp)
Næringsbygg
(100 kWp)
Dagens tyske prisnivå
Bakkemontert
(1000 kWp)
Enebolig (7 kWp)
Næringsbygg
(100 kWp)
Bakkemontert
(1000 kWp) 18
Estimert tysk prisnivå i 2020
multiconsult.no
Lønnsomhet avhengig av økonomiske forutsetninger
Energikostnad under 1 kr/kWh kan beregnes med dagens priser
LCOE for ulike solcelleanlegg i Oslo, ved ulik levetid og prisnivå
Kr/kWh
2,5
Enebolig i Oslo
2
Næringsbygg i Oslo
1,5
Kraftverk i Oslo
1
0,5
0
Levetid 25 år, forv. pris
Levetid 40 år, forv. pris
Levetid 25 år, laveste pris Levetid 40 år, laveste pris
19
multiconsult.no
Hvordan Multiconsult arbeider med design av
solcelleanlegg - Iterativ designprosess
PV design
Energy
Use
Architect
Iterations
Building
physics
Embodied
Energy
20
multiconsult.no
Gjennomføringsmodell - Inndeling i flere nivåer
Nivå 1
Nivå 2:
Delfaser og
steg
Tidligfase
Regulering
Programmering
Konsept
Skisseprosjekt
Geometri
Detaljeringsfase
Forprosjekt
Detaljprosjekt
Byggefase
Bygging
Driftsfase
Drift
Produksjon
Nivå 3:
Flytdiagram
Nivå 4: Sjekklister
21
multiconsult.no
Gjennomføringsfilosofi
Prosjektutvikling
Kvalitetsnivå 3
100%
Kvalitetsnivå 2
Designkontroll
Kvalitetsnivå 1
Tilhørende sjekklister for alle fag er
gjennomgått og godkjent
Arkitekt
Tid
Ingeniørfag
22
multiconsult.no
Utforske muligheter
- motvirkende interesser – eller sammenfallende?
Energy Need (PV)
Embodied
Energy
Daylight
Shades
• Reduce cooling
multiconsult.no
Viktige forhold for optimal solkraftproduksjon
• Rett flaten mot solen
- Helning: 20 til 40 grader
- Retning: mot sør
• Unngå skygge
- Horisont
- Omkringliggende bygg
- Oppstikkende elementer
- Trær, gatelys, kraftlinjer etc
• Luftsirkulasjon for kjøling
- Motstandstapene øker
med økt driftstemperatur
multiconsult.no
Near Shading Objects
multiconsult.no
Mutual Shading
multiconsult.no
Eksempel 1: Powerhouse One, Brattørkaia
Illustrationer: Snøhetta
multiconsult.no
PH1– Solar Study
multiconsult.no
PH1 – Takutnyttelse
• Vil 2 000 m2 takflate
høste tilstrekkelig
energi?
• Beregninger; Nei!
• Utnytt fasader i tillegg
multiconsult.no
PH1 – Fasade studie
multiconsult.no
PH1 – Fasade studie 2
Fasade basert på standard moduler
multiconsult.no
PH1 – Sluttresultat
- Tak og fasader
Orientation
Tilt
Az.
kWp
MWh
Roof
20
0
408
359
Facade
North
90
131
0
Facade East
90
-136
0
Facade
South
90
-40
143
110
Facade West
90
78
76,9
36
628
505
Sum
multiconsult.no
Eksempel 2: Skarpnes boligfelt - Kristiansand
Illustrasjoner: Rambøll
multiconsult.no
Takvinkel = 32 grader
Takhelling 32°, begrenset effekt på 8 kWp
Antall
Modul
Effekt (kWp) PV areal (m2)
moduler
REC
32
8.00
52.8
SPR
24
8.04
39.1
Asimut -51°
Prod. / PV areal
Prod.
(kWh/år/m2)
(kWh/år)
136
7 193
183
7 172
Asimut -42°
Prod. / PV areal
Prod.
(kWh/år/m2)
(kWh/år)
139
7 346
187
7 330
Asimut 48°
Prod. / PV areal
Prod.
(kWh/år/m2)
(kWh/år)
137
7 246
185
7 227
multiconsult.no
Skarpnes boligfelt Kristiansand: Mål=Nullenergi
Asimut -51°: 1 enebolig
Asimut -42°: 4 enebolig
Asimut 48°: 12 enebolig
Termisk behov
El-spesifikt behov
Kjølebehov
SUM
kWh/m2år
50.9
25.0
0.6
76
ÅRS-COP SOL&VP-SYSTEM
TOTAL ÅRLIG ELBEHOV
El-behov varmesystem
El-spesifikt behov
El-behov kjølsystem
SUM
PV ENEBOLIGER
Per bolig
3.5
kWh/m2år
14.5
25.0
0.0
40
6096 kWh/år
multiconsult.no
Øystein Holm
[email protected]
multiconsult.no
Ekstra slide / flere eksempler
multiconsult.no
Hvorfor..
38
multiconsult.no
Umweltarena
•
•
•
•
•
3S Megaslate
Solar – tile construction
13 different orientations
Tailor made modules
Under construction
multiconsult.no
Monte Rosa Hütte
• 90% energy self sufficient
building
• Wooden structure
• Prefabricated
• 3S – Megaslate PV Module
• Solar Tile construction
• Tailor made
multiconsult.no
World Games Stadium
Taiwan
• Designed by Toyo Ito
• Inspired by a flowing river
(or a dragon, some say..)
• Special made roof
structure for the modules
• The roof is made of 8 844
PV modules
- 1,14 GWh of electricity
- Exported to the grid when not
in use
multiconsult.no
Berlin Hauptbahnhof
• Glass-Glass modules based on c-Si
technology
• Mono crystalline module from
Optisol
• Transparency 38,8%
• East – West orientation
multiconsult.no
Optic Technicum
•
•
•
•
Placed in St. Asaph (GB)
Thin film technology (CIS)
84 kWp
Solar tile contruction
multiconsult.no
The Solar Ark - Sanyo
• Placed in Gifu, Japan
• 630 Wp of Sanyomodules
• Mono crystalline
modules
- Factory rejected..
• Facade integrated with
ventilation
Solar Decathlon – Competition for students..
multiconsult.no
http://www.sdeurope.org/?page_id=779
Tongji University (bamboo)
Virginia Tech
Team Hawaii
Team Norge, NTNU (+hytte)
multiconsult.no
multiconsult.no
Mono- eller multikrystallinske moduler?
195
Prod. / PV areal (kWh/år/m2)
185
175
165
155
145
135
125
115
0
42
45
48
51
90
Asimut (°)
SPR 32°
SPR 20°
REC 32°
REC 20°
47
multiconsult.no
Anbudsprosess
multiconsult.no
Redusert kostnader - modul
- 50%
Annet;
2,1
Installa
sjon;
5,8
Modul;
3,6
BoS;
5,9
21 kr/W
17,4 kr/W
LCOE
Oslo
2,33 kr/kWh
1,62 kr/kWh
49
multiconsult.no
Reduserte kostnader - modul + BoS
- 50%
Annet;
2,1
Installa
sjon;
5,8
Modul;
3,6
BoS;
2,95
21 kr/W
14,45 kr/W
LCOE
Oslo
2,33 kr/kWh
1,37 kr/kWh
- 50%
50
multiconsult.no
Reduserte modul og BoS - kostnader + Økt
virkningsgrad med 30%
- 50%
Annet;
1,6
Modul;
3,6
Installa
sjon;
4,2
21 kr/W
LCOE
Oslo
2,33 kr/kWh
BoS;
2,6
12 kr/W
1,16 kr/kWh
- 56%
51
multiconsult.no
The Building as a Power Plant
“Some painters transform the sun into a yellow spot,
Others transform a yellow spot into the sun”
Pablo Picasso
multiconsult.no
Designing for Shade
multiconsult.no
Façade Integration – Fully Isolated
• The modules act as the
outer layer of the
building
- Water tight
- Wind protection
• Compact Solution
• High module
temperature
- Best suited for thin film
technologies
Courtesy: Schüco
multiconsult.no
Façade Integration - Ventilated
• The modules act as the
outer layer of the
building
• Ventilated facade
- Some water can be
allowed to penetrate as
long as there is a water
tight layer behind.
- Condensation will occur
Courtesy: Schüco
multiconsult.no
Facade Ventilation
multiconsult.no
Window – Wall - Facade
Courtesy: Heliotechniki
Courtesy: Schüco
multiconsult.no
BIPV - Windows
• BIPV-windows are semi-transparent
• High transparancy gives less kWh
• These products are often tailor- made
according to specifications
• Both thin film and c-Si can be used
• Thin film modules can be produced in
different colors
• The mounting system is not
independent of the module
multiconsult.no
Roof Integrated Modules – Solar Tile
• A water tight roof with PV
modules is most often achieved
with the tile-concept
• Based on the same principles
as for normal tiles
• Must have a water tight underlayer due to condensation
• Ventilation necessary
multiconsult.no
Roof Structure for Solar Tiles (Solrif)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Mounting bracket frame
Mounting board
PV-module
Konterlatten
Bar
Counter-batten
Dachverschalung
Traufblech
Bird protection grid
Dachrinne
multiconsult.no
Ventilation for Better Performance
• A cold roof facilitates
reduced module
temperatures and higher
performance
• Cables are more easy to
access during maintenance
• Snow is easier to handle
Performance for a 10 kWp roof
30 deg tilted, south oriented
Oslo
[kWh/kWp]
Free Mounted
Madrid
[kWh/kWp]
1 037
1 567
Integrated with
ventilation
1 008
(3 % loss)
1 510
(4 % loss)
Fully integrated
(no ventilation)
976
(6 % loss)
1 446
(8 % loss)
Based on REC 245 PE
multiconsult.no
Inverters – Needs Space and Generate Heat
• Inverters generate heat and needs
space for ventilation
- A conversion efficiency of 98%
means 2 % loss = heat
- Ex: a 10 kW inverter with a 2% - loss
gives 200 W heat
• Space also needed for
maintenance
• Some inverters ca be placed out
door
• Large inverters must be placed indoor in special rooms with
ventilation
Courtesy: SMA
multiconsult.no
Cables
• Cables needs space
• When the inverter is placed
in-door the cables must
penetrate the wall
- Water tightness
- Thermal bridge
• The distance between the
modules and inverter must
be short
- To reduce ohmic losses
- To reduce cost