XJE

Solcellsprojekt Klosterlyckan 1301 Ett pilotprojekt för solceller på Klostergården i södra Lund. http://www.xje.se/solel/Klosterlyckan-1301.html

Bakgrund

En solcellsanläggning alstrar el från ljus. Den består av flera delar. Ett antal solcellspaneler sitter utomhus och är de enheter som fångar ljuset och omvandlar det till likström (DC). Panelerna sitter monterade med hjälp av någon sorts fäste eller stativ. En växelriktare (även kallad inverter) omvandlar likströmmen till vanlig 230 V växelström (AC). Den placeras vanligen vid befintligt proppskåp och ansluts till detta. Elbehovet i lägenheten täcks då i första hand av egenproducerad el. Räcker inte den till, så tas resten automatiskt från elnätet. Blir det i stället överskott skickas det ut på elnätet. Nätägaren byter gratis elmätaren till en som kan hålla reda på i vilken riktning elenergin går, så att det blir rätt på räkningen. Det är f.n. mest optimalt att producera lika mycket energi som man konsumerar, sett över ett helt år.

Förväxla inte solfångare med solceller. De förra alstrar varmvatten, de senare alstrar el. Båda är normalt svarta eller mörkblå, men det finns solcellspaneler som är i huvudsak genomskinliga.

För ett tag sedan läste jag boken Johans lilla egen el bok: en bok om att göra lite nytta. Den fick mig att inse att solcellsenergi är en mogen teknik som numera även kan vara lönsam. Har man pengar är det bättre att investera dem i en solcellsanläggning än att sätta in dem på banken. Förutom att man får nästan gratis el så gör man även en insats för bättre miljö. För varje producerad kWh solel behövs det motsvarande mindre el från kolkraft i Danmark eller Tyskland, så man minskar sin CO2-belastning på miljön. Och man snabbar på omställningen till förnyelsebar energi. Solcellspaneler innehåller inga gifter eller sällsynta material och det tar mindre än 2 år att producera lika mycket energi som gick åt för tillverkningen (gäller solceller av kisel, den helt dominerande typen, medan en del tunnfilmssolceller innehåller lite giftiga eller sällsynta material). Många använder överblivet material från CPU-tillverkning. De kan producera el i typiskt 40 - 50 år och kräver inget underhåll.

I Sydsvenskan den 18 dec 2012 intervjuas professor Anders Lindroth, Lunds universitet, som forskar om klimatpåverkan: Vad kan enskilda människor göra? Mycket. Om många gör det lilla händer det något. Solenergi är ett exempel, det har nått stora framgångar i Tyskland. De har politiskt sett till att det har fått ett väldigt genomslag och vi skulle kunna ha något liknande i Sverige. Det behövs incitament för att sätta igång, men när några gör det får det spridning.

Om man i Sverige skulle installera solceller på alla de tak som träffas av minst 70 % solinstrålning skulle vi kunna producera 40 TWh/år. Det motsvarar nästan 30 % av dagens elanvändning. Mer än vi kan förvänta oss av framtida vindkraft (30 TWh år 2020). Eller mer än 2/3 av svensk kärnkraft ( 58 TWh år 2011). Dagens energiproducenter säger att en kraftig utbyggnad av förnyelsebar energi kräver dyra investeringar i regleringsutrustning för att balansera den varierande produktionen. Men vi har mycket vattenkraft som fungerar utmäkt för denna funktion med minimala extra investeringar. Och takmonterade solceller är helt tysta, belägger ingen åkermark, är ingen fara för fåglar och lämnar inget farligt avfall efter sig.

I Sverige är det hittills mest villaägare som installerat småskaliga solcellsanläggningar. Men det finns inga tekniska hinder att även göra det för lägenheter och bostadsrätter. Här är som exempel solceller på ett hyreshus i Falun och här ett exempel på flerbostadshus från Landskrona. Våra hus på Klostervallen och Klosterlyckan är speciellt väl lämpade då det finns gott om ytor som kan användas. Alla taken kan användas (men de har en ovanlig konstruktion som kräver utredning för att hitta bästa lösningen). Man kan också sätta solcellspaneler ovan fönstren eller som en förlängning av takskägget, det blir som en markis. De som har inglasat en del av altanen kan sätta genomskinliga solceller på dess tak och väggar. Bostadsrättsföreningen kan ha egna genomskinliga solceller på de glasade entréerna och driva fläktar, pumpar, hissar, belysning i trappor, källare, garage, mm.

Så jag vill nu vara först med solceller i vårt hus. Vi får erfarenhet som kommer till nytta för dem som vill följa efter. Min anläggning avses bli så stor man rimligen kan göra den. Andra kan göra sin lika stor eller bara en delmängd av detta och få en lika lönsam investering.

Jag bor i en bostadsrätt på översta våningen i detta hus. Jag förbrukar idag 3000 kWh/år, tänker skaffa en laddhybridbil (även kallad Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) som jag kör 1000 mil/år med, vilket jag tror drar 1200 - 2000 kWh/år. Det blir totalt 4200 - 5000 kWh/år. Jag vill nettoexportera el. Enligt samtal med Lunds Energi slipper jag extra producentkostnad även om jag är nettoproducent om anläggningen är mindre än 8 kW och de slipper byta ledningar och säkringarna (det ryms 11 kW trefas inom de 16 A jag har). Anläggningen nedan bör producera mellan 6500 och 7700 kWh per år beroende på vilket alternativ jag väljer.

Projektplan

Just nu så ser mitt solcellsprojekt ut som följer. Det finns väldigt många likvärdiga solcellspaneler att välja mellan, kommer att bestämma mig sent i processen. Jag har än så länge ett par olika alternativ för växelriktaren. Även för monteringen av panelerna undersöker jag olika alternativ. Eftersom det inte finns standardfästen för vår typ av tak, så gör jag noggranna beräkningar av vindlaster och hållfasthet så att monteringen blir säker även vid 100-års-orkan.

Solcellspaneler

Majoriteten solcellspaneler idag är c:a 1,0 * 1,7 m stora och väger strax under 20 kg. De består av 60 st seriekopplade solceller av kisel, 15*15 cm stora med en glasruta framför och en plastfilm bakom. Glasrutan är dimensionerad att klara vind, snölast och hagel. Runt panelen finns en aluminiumram som används för att fästa panelen på stativ. Panelerna har vanligen en effekt vid fullt solljus (1000 W/m²) på 250 W och en spänning på c:a 30 V. I skåne kan man anta att en sådan panel ger en årsproduktion på 250 kWh vid optimala förhållanden (rätt lutningsvinkel, inga skuggor, hög verkningsgrad på växelriktaren). Solcellspanelerna kopplas i serie med varandra i en eller flera strängar. Man kommer upp i spänningar över 100 V, typiskt 500 V och det får max bli 1000 V. Det är denna spänning som skickas in till växelriktaren.

Det finns två olika material som är vanliga: monokristallinskt kisel eller polykristallinskt kisel. Förr var mono bättre och dyrare, men idag gäller detta inte alltid. De största skillnaderna mellan dem är att monokristallina är bättre än polykristallina vid liten infallsvinkel eller mulet väder, medan polykristallina är bättre än monokristallina vid varmt väder. Sett över ett år producerar de ungefär lika mycket el. En tredje typ är tunnfilmssolceller, men de är inte så vanliga. På gång är en fjärde typ, nämligen svart kisel. De ger mer el vid mulet väder än de andra typerna.

Den svenska firman Solarus gör paneler som är kombinerade solfångare för varmvattenproduktion och solceller för elproduktion, vilket är fiffigt av flera skäl.

Olika fabrikat och modeller kan ha olika verkningsgrad. Vanligen är den mellan 14 och 22 % och 15 % är allra vanligast. Kostnaden per W brukar öka med ökande verkningsgrad, så det är bara om man har ont om takyta som det är lönt att ha paneler med hög verkningsgrad. Rekordverkningsgrad för solceller är 44,7 % men det gäller en version för koncentrerande, solföljande speglar som förstärker solljuset c:a 300 ggr. Utan förstärkning var tidigare rekordet 35,8 % men det är i lab-miljö, nu är rekordet 46 %. Rekordet för paneler med polykristallinskt kisel är 19,14 % satt av Trina Solar. Vanlig produktion bör snart kunna nå över 21 % utan extra kostnad. Rayton lovar att om några år tillverka solceller 60 % billigare och med 24 % verkningsgrad. Några procent bättre kan man få med en speciell antireflekterande yta. Eller dubbla verkningsgraden med ett våglängdskonverterande skikt. För tunnfilmssolceller är rekordverkningsgraden 22 %, den är dessutom utan Kadmium.

Praktiskt taget alla solcellspaneler har förutom vanlig garanti mot fel även en effektgaranti. Om effekten efter 25 år permanent har sjunkit mer än 20% så kan man få kompensation (förutsatt att bolaget finns kvar då eller att bolaget har tecknat försäkring som täcker detta).

Man kan också råka ut för en reversibel effektförlust. De flesta solcellsmoduler (9 fabrikat av 13 testade i juni 2012) tappar sin prestanda när de är anslutna till en transformatorlös växelriktare (den typ som är vanligast idag) p.g.a. en mekanism kallad potential induced degradation (PID). Bäst är att skaffa solcellsmoduler som inte har fenomenet. Väldigt få nämner något om PID i sina datablad idag. Men här några som gör det: S 220P54 Vision, JA Solar, Suniva Optimus, Suntech, ZNshine Solar, Q.Cells/Hanwha, SunPower, Winacio, JinKO Solar. Fenomenet är reversibelt och kan åtgärdas med en PV Offset Box, men den kostar 4000 kr, så det vill man helst slippa. Jag kommer bara att köpa solcellspaneler som är resistenta mot PID.

Solcellspanelerna bör riktas rakt mot söder och för Lund är optimal lutningsvinkel 38 grader. Men det är inte kritiskt, det finns ett stort område med endast marginell energiförlust. Ett simuleringsprogram för energiutbyte och ekonomi: Solekonomi. Ett annat simuleringsprogram för energiutbyte: PvWatts.

Har fått flera bra bud på under 60000 kr om jag köper en hel pall med 32 st paneler 240-250 W, så det är mitt huvudalternativ. Det räcker till en ganska stor anläggning.

Effektoptimerare

Eftersom solcellspanelerna sitter i serie med varandra blir det alltid samma ström genom alla. Strömmens storlek beror på ljusintensiteten såväl som materialtoleranser. Om en del av en panel har skugga så orkar den inte ge full ström. Men det gör också att strömmen genom alla de andra panelerna i samma sträng ger mindre ström. Så man förlorar effekt inte bara i den skuggade panelen, utan för alla panelerna i strängen. Även en liten skugga på solcellspaneler från t.ex. en flaggstång eller lyktstolpe, ett evakueringsrör eller träd är förödande för energiutbytet.

Det finns en lösning på detta problem. Man kan ansluta en effektoptimerare till varje panel. Med sådana monterade så sjunker inte strömmen vid skuggning, det är bara spänningen som sjunker. Det gör att alla övriga paneler i strängen som inte är skuggade ger full effekt. Har man problem med skuggor kan detta hjälpa till att få ut upp till 25% mer energi ur anläggningen. Även om man inte har skuggor kan effektoptimerare ge c:a 3% mer energi därför att panelerna varierar lite, alla har inte max effekt exakt vid samma ström.

Jag känner till två fabrikat på effektoptimerare: Tigo Maximizer och SolarEdge Power Optimizer. Båda ger förutom ovannämnda effektoptimering även övervakning av prestanda på varje enskild panel. Det är en mycket stor fördel, man kan då lätt upptäcka paneler som blivit felaktiga eller fått oväntad skugga, t.ex. p.g.a. fågelskit. Här är en jämförelse mellan SolarEdge och Tigo. SolarEdge kommer år 2015 även med StorEdge, numera i samarbete med Teslas batterilösning, en lösning som lagrar el för användning även när det är mörkt ( är det lönsamt?).

En kommande effektoptimerare är svenska Optistring. Den har bl.a. fördelen att leverera ut växelström, vilket medför billigare brytare p.g.a. mindre problem med ljusbågar. Det ger också lägre tillverkningskostnad så den avses bli billigare än konkurenterna.

Förutom en optimerare för var annan panel kräver Tigo även en Gateway och en MMU. Total kostnad för 32 paneler lär hamna på c:a 13000 + 4000 kr, således 17000 kr för att få optimering och panelövervakning.

Även SolarEdge kräver utrustning förutom optimerarna vid panelerna. Bäst är att ha en SolarEdge växelriktare. Förutom att växelrikta sköter den kommunikationen med optimerarna. Dessutom är SolarEdges växelriktare c:a 10000 kr billigare än SMAs, som jag annars tänker ha. SolarEdge uppfyller nu kraven för att anslutas till svenska nät. Har man inte SolarEdge växelriktare måste man ha en Safety & Monitoring Interface. Den vet jag inte vad den kostar, dock totalt kommer detta att bli en för dyr lösning. Men med deras växelriktare blir ungefärlig kostnad för 32 paneler nog 17000 - 10000 = 7000 kr extra för att få optimering och panelövervakning. Dessutom har SolarEdge en säkerhetsfunktion som gör att spänningen ut från solcellspanelerna inte blir mer än 1 V per panel när anläggningen inte är i drift, också en stor fördel.

Växelriktare

Det finns både enfas och trefas växelriktare, enfas bara för lägre effekter (Lunds Energi tillåter max 3 kW för enfas). Helst vill man ha trefas och det börjar komma sådana även för lägre effekter. Växelriktare finns både med och utan transformator. De utan har högre verkningsgrad och är numera de vanligaste. Nackdelen är att man inte kan jorda varken solcellspanelernas plus- eller minuspol, och då kan man råka ut för den ovan nämnda effektförlusten p.g.a. PID. Men har man PID-fria solcellspaneler blir det inget problem och man vinner mer energi, så mitt val blir växelriktare utan transformator.

Det är bra om växelriktaren har ett stort inspänningsområde. Klarar den max 1000 V så kan man koppla många paneler i serie. Om den inte kräver så hög spänning för att starta så kan man få ström även vid svagt ljus. En bra växelriktare startar redan under 200 V.

Moderna växelriktare för solcellsanläggningar har en funktion som kallas Maximum Power Point Tracking (MPPT). Det innebär att växelriktaren anpassar strömmen till det värde som gör att panelerna ger maximal effekt. Optimal ström behöver anpassas inte bara efter panelerna utan även efter belysningsstyrkan. Vid blåst och växlande molnighet kan det behövas snabba ändringar. En del växelriktare anpassar sig långsammare än andra, tyvärr finns ingen info i databladen om hur snabba de är. Det är också bra om MPPT fungerar över ett stort spänningsområde.

En del växelriktare kan hantera MPPT för flera strängar, t.ex. 2 eller 3 strängar. Det är bra ifall strängarna inte har samma förutsättningar, t.ex. om panelerna har olika riktning eller en del drabbas av skugga. Då kan varje sträng optimeras för sig, vilket ger mer energi. Om man har effektoptimerare kopplade till panelerna så har man dock inte någon nytta av flera strängar.

Numera har de flesta växelriktare möjlighet att anslutas till Ethernet eller WiFi, antingen direkt eller som option. Den skickar då produktionsdata till en server så att man kan få statistik på elproduktion per timme/dag/månad/år. Har man fått solcellsbidrag är det en skyldighet att under 3 år rapportera in produktionsdata för anläggningen.

Jag tycker mig ha funnit att SMAs trefas växelriktare är de som bäst uppfyller kraven ovan. Om man har SolarEdge effektoptimerare blir dock SolarEdges trefas växelrikatre bästa valet. Men för att välja den krävs att Lunds Energi vill godkänna den. Det vill de inte än, det saknas f.n. viss info om den för att de skall godkänna den.

Montering

Om man har ett vanligt lutande tak klätt med tegel- eller cementpannor eller plåt så finns det gott om monteringsutrustning som fungerar och är hållfasthetsberäknad att stå emot kraftiga stormar. Beroende på takets dimensioner kan man montera panelerna med antingen stående eller liggande orientering. Panelerna fästs mot aluminiumprofiler. Det finns två principer: antingen har alla profilerna samma riktning, eller så har man både vertikala och horisontella profiler. Beroende på takets uppbyggnad kan den ena eller andra varianten vara att föredra. Ett bra dokument om denna typ av montering: Module mounting - General information.

Har man ett platt tak av betong finns också färdig monteringsutrustning för detta. Den vanligaste varianten är att man monterar panelerna på stativ som hålls på plats med tyngden av ballaststen. Dimensioneringstabeller säger hur mycket tyngd som behövs, sen får man kolla att taket tål denna tyngd.

Det är inte aktuellt för detta projekt, men för den som skall bygga nytt eller behöver byta taket kan man spara mycket pengar genom att använda solcellspaneler som takbeläggning i st.f. att först lägga ett tak och sen montera panelerna över det. Man bör använda speciella paneler för detta som klarar extra stor last och ett monteringssytem som är vattentätt. Ett exempel är panel S-Class Vision med monteringssytem Vision Estetique. Soltech har också en lösning: Soltech shingel. Metoden behandlas utförligt i Byggnadsintegrerade solcellsanläggningar. Europeisk Best-Practice. Det finns också många exempel på byggnadsintegrerade solcellslösningar i BIPV PRODUCT OVERVIEW FOR SOLAR FAÇADES AND ROOFS.

Inget av ovanstående monteringssätt fungerar på husen i Klostervallen/Klosterlyckan, mer om detta nedan.

Alternativ där panelerna lutar 20 (eller 30) grader

Har varit på taket och ritat upp exakt storlek för panelerna på den uppstickande trapphusväggen, tagit foto och sedan ritat in profilen för en lämplig ställning. För bästa energiutbyte borde jag ha 38 graders vinkel, men 20 graders vinkel ger bara 4 % mindre utbyte och blir både snyggare och mer lätthanterligt. Observera att taket går från 0° till 5° lutning mitt under stativet. Panelerna kommer inte att synas från gatan.

Så här tänker jag mig att stativet ser ut i profil: stativprofil.jpg. Undre balken är c:a 6 m lång och lutar 2,5°, spetsvinkeln till övre balken är 17,5° så att panelerna lutar 20°, och den är c:a 5,5 m lång. Finns några cm spalt mellan panelerna så att regn rinner ner där och vattnar sukulenterna. Bredvid översta panelen finns en öppning som fungerar som skorsten och släpper ut varm luft. Baksidan är täckt med en korrugerad plastskiva för att minska lyftkraften vid nordlig vind. Den är genomskinlig för att släppa igenom dagsljus till sukulenterna. Nedersta panelen sitter så pass högst över taket att det dels släpper in luft för kylning, men faktiskt minskar det också lyftkraften på stativet (skulle man inte tro, men det är Bernoulli och hans ekvation som är framme). Ett standard triangelstativ nästan som önskat finns här: Schletter FlexXXL.

Sett ovanifrån med någorlunda korrekta dimensioner blir det såhär: ovan-20.jpg Mörkblåa paneler är ena strängen, ljusblåa den andra. Den tomma rutan har ingen panel, där är skuggan kvar längst. Storleken begränsas av att jag vill kunna gå runt på alla sidor, inte vill vara över grannens lägenhet, vill ha distans till trapphusväggen för minsta skugga. Enligt detta Sun path chart program är riktningen till solen såhär hos mig: solriktningskurvor.pdf.

En sträng med 18 paneler är alltid skuggfria och en sträng med 14 paneler har antingen skugga nån timme på morgonen eller större risk för snö på nedre delen. Simulerat med SMAs Sunny Design (hämtat från SMA , Anlageplanung), där jag inte såg möjlighet att ange Lund, utan har valt en kombination av Rostok och Göteborg; har valt en solcellspanel med typiska data: Klosterlyckan_18+14.pdf (gäller för 20° lutning).

Så här ser taket ut underifrån: under taket längsmed och under taket mot altan och under det utskjutande taket . Spant och stolpar har dimensionen 45*120 mm. Stolparna är 1300 mm långa, varav hälften är nedanför spången och därmed ej syns. Takspanten har en c-c-distans på 1200 mm. Ovanpå bräderna i taket ligger en gummiduk och över den växer sukulenterna.

Det vanligaste sättet att förankra solcellsställnigar på ett platt tak är att bara ställa dem på taket och belasta ställningarna med så mycket tyngder att de inte rubbas ens av orkanvindar. Men om jag placerar något tungt på vårt tak kommer förr eller senare grus och småsten ( som de finns gott om i jorden som sukulenterna växer i) att trycka hål på gummiduken från trycket av ställningen (detta har hänt bl.a. i blomlådorna, som också är konstruerade med gummiduk på bräder). Det finns ställnigar som är speciellt gjorda för att kunna ställas på gröna tak: KNUBIX Montagesystem GR och Schletter Vegetated roof support. Men jag tror de är avsedda för sukulenter på betong, inte gummiduk.

Så det är nog säkrast att göra hål i duken för plintar och täta hålen väl. Jag avser att, givetvis med godkännande av bostadsföreningen, hos NCC (som byggt huset) beställa plintar på taket som jag ställer och förankrar ställningen på. Ungefär så här: plintar-o-stativ.jpg (bruna linjer visar takspantens placering, röda cirklar = skruvar genom taket, gröna linjer = triangelstativ, gråa linjer = aluminiumprofiler).

Om man tittar på spanten och stolparna under taket, så bedömer jag att de klarar ganska hög tryckkraft men nästan ingen lyftkraft. Avser därför tynga ner stativet med så stor mängd ballaststen att den inte uppstår lyftande kraft. Tänker också att täppa till nordsidan av stativet, det minskar lyftkraften vid nordanvind. Men hur stora krafter blir det på plintarna vid extrem storm, en 100-års-storm? Den kraftigaste de senaste 100 åren i närheten av Lund var på 40 m/s i vindbyarna, 2-sekunders-värde ( Sturup 1983). SMHI tror inte att klimatuppvärmningen ökar stormstyrkan i framtiden. Boverket anger att man för Lund skall dimensionera för en 10-minuters medelvind på 26 m/s (det motsvarar en byvind på mellan 36 och 42 m/s). Denna multipliceras sedan med ett antal koefficienter för att ta hänsyn till aktuell höjd, turbulens, objekttyp, mm, för att få fram vilka krafter vinden orsakar på aktuellt objekt.

Ett intressant dokument om vindlaster på solceller: Wind Actions on Flat-Roof-Mounted Photovoltaic Panels. Notera att det i stycke 2.1.3 står att genom att sätta på en skiva där bak ändras den lyftande kraften till en tryckande. I stycke 4.2.1 nämns betydelsen av att ha en öppning under nedersta modulen i framkanten, med 3 dm som exempel. Det nämns också här, med 2 dm som exempel: NUMERICAL SIMULATION OF WIND ACTION ON SOLAR PANEL PLACED ON FLAT ROOFS. Fler vindlaststudier: Wind Loads on Rooftop Solar Panel Systems. Den här beskriver allt från bakomliggande teori till praktiska resultat: WIND LOADS ON SOLAR PANEL SYSTEMS ATTACHED TO BUILDING ROOFS.

Boverket anger att man för Lund skall dimensionera för en snölast på 153 kg/m² (1,5 kN/m²), så det får vi förutsätta att NCC gjort. P.g.a. panelernas lutning är det försumbar mängd snö som kan ackumuleras där ställningen finns (se 3.3.4 Snölast i Byggnadsintegrerade solcellsanläggningar), så snölasten kan bytas mot ballast. Ställningen täcker 6*12 m och inom den ytan använder plintarna 12 av 30 stolpar med en stativtriangel per vartannat takspant och två plintar. Utebliven snölast kan då användas för en ställningsbelastning på 12*153/30 = 61 kg/m². Om man har triangelstativ på varje takspant och 2 plintar per spant, så kan man belasta med 20*153/30 = 102 kg/m². Om man dessutom har tre plintar per spant kan man belasta med 153 kg/m².

Om man approximerar solcellspanelerna med figur 7.17 i standarden EN 1991-1-4 och använder tillhörande tabeller tillsammans med svensk tillämpning av den, så får jag maximal lyftkraft till 1,4 kN/m² och skulle behöva 140 kg/m² ballast. Märkligt nog skulle det inte bli mer för 30° lutning. (Men om man inte täcker baksidan så behövs det mer än 200 kg/m². Om man dessutom inte har öppningen nere vid framkanten skulle det behövas mer än 300 kg/m².) Sen bör man göra stativet så storskaligt stabilt att de småskaliga krafterna jämnas ut. Då räcker det med 66 kg/m² ballast vid 20° lutning eller 73 kg/m² vid 30° lutning.

Men figur 7.17 har inte en öppning längst upp som min ställning har. Vid lyftande krafter är trycket där inne i ställningen högre än utanför. Via öppningen kommer en viss tryckutjämning ske, varvid den lyftande kraften minskar. Har inte hittat något exempel där man räknat eller mätt på detta fall, så jag kommer att göra vindtunnelförsök för att mäta hur stor effekten blir. I väntan på resultat av detta antar jag att öppningen där uppe reducerar lyftkraften med 1/3. Då blir ballastbehovet för 20° lutning 44 kg/m² och 48 kg/m² för 30°.

Turbulensen kan också orsaka ett tryck motsvarande 44 kg/m² (för 20°) eller 66 kg/m² (30°). Reducerat med 1/3 blir det 29 kg/m² resp 44 kg/m². Summan 73 kg/m² (för 20°) för ballast + tryck blir mer än snölasten för 12 plintar, men med 20 plintar blir det marginal över. Det behövs alltså ett triangelstativ för varje takspant och med två plintar per spant. Varje plint får vid orkanstorm bära upp toppar på 73*6*12/20 = 263 kg, vid normalt väder blir det 44*6*12/20 = 158 kg. För 30° blir summan 92 kg/m² och det ligger också under snölasten med 20 plintar. Varje plint får då bära upp toppar på 92*6*12/20 = 331 kg, men normalt 173 kg. Varje stolpe lär klara att bära mer än 3000 kg, så vi ligger med god marginal från den gränsen.

Eftersom det inte verkar kostar mer att ha en stativställning för 30° än för 20°, så är 30° bättre. Det ger mer el, speciellt på vinterhalvåret, och snö och smuts glider av lättare. Årsproduktion blir troligen 7700 kWh. Triangelstativen blir så här: stativprofil30.jpg.

På ritningen har jag ett triangelstativ på varannan takspant. Jag vill ha två gängstänger per plint, en vid vardera sidan om takspanten för att inte få vridande moment på spanten eller behöva göra vertikalt hål i spanten. De monteras på ett vinkeljärn som skruvas fast med två bultar i mitten på takspanten (ett horisontellt hål mitt i en regel försvagar den inte). Så här kan vinkelfästet se ut på ena sidan, likadant på andra sidan. Här är plinten i genomskärning. En gummiduk mellan vinkeljärnen och spanten jämnar ut klämkrafterna och ger bra grepp om spanten. Detta montagesätt försvagar inte takspanten och orkar uppta mycket stora krafter, både som tryck- och lyftkrafter. Alla muttrar låses med fjäderbrickor så att de inte lossnar av pulserande krafter. Tätningen bör göras med en bricka och gummiring runt gängstången. Gängstången bör rostskyddas med grundfärg och täckfärg före montering samt ytterligare en omgång efter montering. Som extra säkerhet mot läckage bör man sen ha en gummikon runt gängstången och limmad mot gummiduken. Den skall vara fylld med lämplig fyllning så att det inte kan samlas kondens inuti.

Alternativ där panelerna följer taket ( 0 - 10 graders lutning)

Alternativt kan man montera panelerna med konstant c:a 2 dm avstånd från taket. Då kan det vara så här sett ovanifrån: langs-taket-paneler.jpg. Bruna linjer visar takspantens placering, röda cirklar är stockskruvar, grått är aluminiumprofiler. Ljusblå paneler är en sträng med 0° lutning, mörkblått är en sträng som har 5 - 10 graders lutning.

Det finns öppningar mellan panelerna för att släppa in regn och ljus till sukulenterna så att de inte dör. Det ger också lägre temperatur på panelern, vilket är bra för verkningsgraden. Jag trodde det skulle bli praktiskt taget försumbara krafter på fästena även vid orkan med denna montering. Men turbulens gör att det blir en reduktion av de maximala lyftkrafterna på bara 30 % jämfört med 20-graders-stativ. Detta om man approximerar solcellspanelerna med figur 7.17 och 7.16 i standarden EN 1991-1-4 och använder tillhörande tabeller. Jag får maximal lyftkraft till 1 kN/m², så skulle behöva 100 kg/m² ballast. Kan man göra ställningen storskaligt stabil räcker det med 40 kg/m². Så ballaststen blir behövligt även för detta alternativ Största nackdelen är att snö ligger kvar längre då den inte kan glida av och smuts sköljs inte bort lika effektivt då det regnar. Det kan minska utbytet en aning. Även med detta alternativ blir inte panelerna synliga från gatan. SMAs designprogram ger följande resultat: Klosterlyckan_18+14_0-grad.pdf (gäller för 0 - 10 graders lutning). Årsproduktionen blir troligen 6800 kWh, jämfört med 7500 kWh för alternativet med 20° lutning, störst produktionsbortfall blir det på vinterhalvåret. Men stativ och plintar blir billigare.

Maximalutbyggnad; 8 + 2,5 + 1 kW

Om man börjar med 20/30-graders-alternativet på 8 kW så kan man utöka det med en 5-graders utbyggnad på 3,5 kW, ungefär så här: ovan-20-5.jpg. Ställningen har 32 paneler, 10 paneler följer taket och 4 paneler sitter i takskäggets förlängning. Denna lösning kan användas om nedersta våningen vill ha en solcellsanläggning, det vore inte estetiskt snyggt att placera panelerna på deras utskjutande tak. Där hade panelerna skymt sukulenterna, som är väl synliga och trevliga att se. Paneler där hade hamnat i blickfånget från gatan. Även om det behövs längre kabel för att ta sig ända från bottenvåningen till taket blir förlusterna i den försumbar. Takskäggspanelerna kommer visserligen att synas från gatan, men blir inte iögonenfallande. Övriga paneler kommer inte att synas.

För lägenheterna på våning 2 och 3 kan man placera panelerna på deras utskjutande tak. De kommer i princip att synas från gatan, men helt från sidan så de blir inte iögonenfallande. Man kan fästa dem med stockskruvar, men ännu bättre är att fästa profilerna i ena ändan i takspanten under takrännan och i andra ändan i väggen under fönstren till sovrummet innanför. Då slipper man göra hål i gummiduken.

Skydd

Åskskydd: Enligt en tillförlitlighetsundersökning så är den vanligaste skadan på en solcellsanläggnig att växelriktaren gått sönder p.g.a. transientöverspänning antingen på DC- eller AC-sidan, troligen orsakat av åska. Så jag tänker åskskyddsjorda solcellsställningen och ha överspännigsskydd både på DC-sidan och på nätmatningen. Det är bara 3 m ner till jorden på baksidan av huset. Sen skall plus- och minuskablarna ligga tätt intill varandra hela vägen runt alla panelerna, annars induceras höga spänningar från magnetfältet från en blixt som slår ner i närheten (skadlig överspänning p.g.a. att blixten slår ner i närheten är mycket vanligare än att blixten slår ner i utrustningen).

Personskydd: För att skydda mot personskador behöver man sätta upp varningsskyltar. När det är ljust och man kopplar ihop många paneler kommer spänningen upp i nästan 1000 V och med dödlig strömstyrka även om anläggningen inte är i drift. Har man SolarEdge Power Optimizer blir det dock bara 1 V per panel när utrustningen inte är i drift.

Rostskydd: Stativdelar skall vara av material som inte rostar. Balkar av aluminium och rostfria skruvar och muttrar. De senare bör ändå målas med rostskyddsfärg före användning för att få ett isolationsskikt, annars kan man få elektrokemisk korrosion mellan stål och aluminium.

Effektförlustskydd: Två olika, 25-års-skydd samt PID-skydd. Se solcellspaneler ovan.

Ekonomiskt skydd: Enligt uppgift från mitt försäkringsbolag (Länsförsäkringar) skall min nuvarande hemförsäkring med bostadsrättstillägg räcka till även för min solcellsanläggning, förutsatt att den kostar högst 150000 kr.

Tidplan

Jag befinner mig i en projekteringsfas där jag undersöker olika möjligheter. Bor i bostadsrätt och kommer att söka tillstånd av föreningen att sätta solceller på taket. Först behöver jag räkna på vindlaster och takets hållfasthet, om det är som jag hoppas blir det 32 paneler, annars kan jag behöva banta det. Troligen krävs det sedan två sammanträden i föreningen, ett som tar upp ärendet, sedan kontakt med konsult, sen beslut på nästa möte. Först därefter kan jag söka bygglov (det krävs och Lunds kommun kräver intyg på godkännande från bostadsrättsföreningen, ett ganska rimligt krav). Har begärt kostnadsuppgift för bygglovet och det skall kosta c:a 1800 kr. Behöver också besked från Lunds Energi att tilltänkt växelriktare kan godkännas av dem. Beträffande SolarEdge finns det nu de uppgifter som behövs för att fylla i anslutningsanmälan. Vill dessutom ha skriftligt från dem att de inte debiterar extra för det överskott jag producerar om min anläggning är på max 8 kW. Jag har redan skickat in ansökan till länsstyrelsen om solcellsbidrag, för jag hoppas ju att projektet kommer att realiseras. Om pengarna inte tar slut så blir det 35 % stöd, enligt villkoren från feb 2013.

När jag har alla tillstånd klara går jag ut med officiell offertförfrågan på alla ingående delar till ett antal leverantörer. Förhoppningsvis kan jag köpa allt från en leverantör, men det kan också bli så att jag kan få paketet billigare genom att köpa delar från flera.

Men p.g.a. det speciella tak vi har och därmed krånglig lösning verkar det vara svårt att få någon installatör som kan garantera resultatet. Jag skall därför undersöka en lösning med panelerna monterade på vallen bakom huset.

Kostnader och lönsamhet

En mycket grov preliminär uppskattning är 110000 kr för allt, 72000 kr efter avdraget solcellsstöd. Men om man inte behöver triangelstativen sparar man troligen 10000 kr. En SolarEdge-lösning ser f.n. ut att bli 8000 kr dyrare än en SMA-lösning. Solcellspaneler, 32 st, kostar nu mindre än 60000 kr, men jag väntar mig att de blir billigare senare när jag skall beställa.

Hur snabbt investeringen kommer att ha tjänat in sin kostnad beror mycket på hur elpriset kommer att utvecklas. Hösten 2012 var det ovanligt lågt. Sett tillbaks de senaste åren var det betydligt högre. Experter väntar dessutom att det kommer att stiga 5 % per år i framtiden. Sen beror lönsamheten också av vilket pris man får för den el man säljer. Det finns en utredning om nettodebitering som kan resultera i ökad lönsamhet. Denna utredning har nu resulterat i detta förslag till Skattereduktion för mikroproduktion av förnybar el. Återbetalningstiden hamnar troligen någonstans mellan 6 och 12 år. Men utrustningen kan förväntas hålla i minst 25, troligen 40 år (ett växelriktarbyte efter halva tiden får man dock räkna med). En intressant genomgång av produktionskostnaden för solel finns på Bengts villablog. Ett simuleringsprogram för energiutbyte och ekonomi om man vill räkna med egna data: Solekonomi.

Förslag till lagändring för att främja småskalig produktion av miljövänlig el

-------------
Utredningen om nettodebitering av egen el avser ju att stimulera småskalig produktion av miljövänlig el. Ett onödigt hinder för utbyggnaden är kravet att man inte får producera mer än man förbrukar, annars kan man få extra kostnader (engångskostnad såväl som en årlig avgift) som gör det helt olönsamt. Utredningen bör också titta på denna aspekt alternativt bör lagen ändras genom annat initiativ.

Dagens lagformulering
Ellagen 4 kap. 10§ ( http://www.notisum.se/rnp/sls/lag/19970857.htm):
"En elanvändare som har ett säkringsabonnemang om högst 63 ampere och som producerar el vars inmatning kan ske med en effekt om högst 43,5 kilowatt ska inte betala någon avgift för inmatningen. Detta gäller dock bara om elanvändaren under ett kalenderår har tagit ut mer el från elsystemet än han har matat in på systemet."

Förslag:
"En elanvändare som har ett säkringsabonnemang om högst 63 ampere och som producerar el vars inmatning kan ske med en effekt om högst 43,5 kilowatt ska inte betala någon avgift för inmatningen. Detta gäller dock bara om produktionen inte kräver större säkring eller ledararea än vad som redan finns för konsumtionen."

Denna ändring ger bara fördelar. För producenten att han kan sälja mer el. För nätägaren att mer lokalproducerad el ger mindre överföringsförluster. För Sverige som helhet att omställningen till förnyelsebar energi går fortare. Kan inte komma på något negativt.

I utredningsunderlaget om nettodebitering finns inget om ovanstående problem. Man hänvisar till paragrafen som en möjlig definition av vem som skall kunna nettodebitera. Med föreslagen formulering fungerar den också bra som målgruppsdefinition.

-------------
Ovanstående lagändringsförslag har jag skickat till:
Näringsdepartementet: registrator@enterprise.ministry.se
Svensk solenergi: jan-olof@svensksolenergi.se
Svensk energi: info@svenskenergi.se
Energimyndigheten: registrator@energimyndigheten.se
ev. fler.
Ni som läser detta kan ju också skicka in ändringförslaget, ju fler som gör det desto större sannolikhet att man tar hänsyn till det.

Strafftull på kinesiska solcellspaneler

EU har beslutat att lägga på en strafftull på först 11,8 % och efter 6 aug 47,6 % på kinesiska solcellspaneler för att skydda EU-tillverkade paneler. Läs varför detta är kontra-produktivt för EU och även är negativt för miljön:
Carl B Hamiltons debattinlägg

Dessa båda petitioner protesterade mot strafftullen, men det hjälpte inte:
Petition 1
Petition 2
Förslaget gick igenom trots att 15 av 27 länder röstade emot. Mer info om strafftullen: EU imposes provisional anti-dumping duties on Chinese solar panels.

Förhandlingar har resulterat i en kompromiss, ett minimipris på 5 kr/W : så slipper de strafftullen. Men nu har strafftullen höjts.

Länklistor

De flesta intressanta länkarna finns löpande i texten ovan, men här är några ytterligare länkar.
Några forum om solel: Solcellforum, Egen Solel, Johan Ehrenbergs blogg.
Bengts villablog har intressanta fakta om solceller, där det även finns många länkar till mer info.
Listor över leverantörer av solcellssystem: EgenSolels lista, Bengts lista, Solcellforums lista, Svensk Solenergis lista, Solar Region Skånes lista
Intressant för oss i Lund är att Lunds Energi nu säljer nyckelfärdiga solcellspaket och även köper överskottsel för 1 kr/kWh.
Och riktigt bra att de även har tagit fram en solpotentialkarta där man enkelt kan se vilka tak där det är lönsamt med solceller.
Lite billigare än Lunds Energi är troligen Bauhaus med sina solcellssystem för 4 kW eller 6 kW.
Ännu fler länkar: Solcellsforums länkar.
Ideell förening för att främja solenergi i Skåne: Solar Region Skåne.
Ola Perssons föredrag: Solceller på taket – erfarenheter från en egen installation

År 2014 kommer EXEGER, en svensk firma, att kommersiellt producera genomskinliga solceller som fungerar enligt en ny princip med billigare material som ger lägre kostnad i kr/W. Verkningsgarden vid solljus är något lägre (kräver större yta för samma effekt) men vid molnigt väder är verkningsgraden högre än för kiselbaserade solceller. Här ett dokument som jämför dem: Performance Comparison of a Dye-Sensitized and a Silicon Solar Cell.

De får skynda sig, det kommer en amerikansk konkurrent: SolarWindow   Q&A   video   hemsida

Ännu en kommande konkurent till billiga, genomskinliga, solceller: New Perovskite Solar Cell Breakthrough

År 2015 avser Sol Voltaics, en firma på Ideon i Lund, påbörja produktion av solceller som byggs med nano-trådar och har 25 % högre verkningsgrad än dagens solceller och också vara billigare.

Solceller som är effektiva även vid sned infallsvinkel: Solceller som är perfekt för nordiska vintrar

Intressant forskning om bl.a. solceller: Fraunhofer ISE.
Solcell som även är ett batteri: Ohio State heralds rechargeable solar battery   All-in-one panel cuts battery costs

Ett tvåtimmars föredrag om solenergi med betoning på forskningsutmaningar: Solar Energy 101 | GCEP Symposium 2010
Dokument om solenergiforskning omnämt i videon ovan: Basic Research Needs for Solar Energy Utilization.
Djuplodande kurs om solen, ljus, halvledare, solceller, solcellspaneler, mm,: PVeducation.org.

Kalender

• Klostergårdens solcellsnätverk har f.n. inga planerade möten.