Potential För Solcellsanvändning I Karlskrona
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Potential för solcellsanvändning i Karlskrona Potential of solar cell use in Karlskrona Författare: Lars Runesson Handledare företag: Sven-Olof Petersson, Miljöstrateg på Miljöstrategiska enheten vid Kommunledningsförvaltningen i Karlskrona kommun. Handledare LNU: Björn Zethraeus & Anna Glarner Examinator LNU: Ulrika Welander Termin, poäng: VT13, 15 hp Kurskod: 2BT01E Sammanfattning Detta arbetets syfte var att inleda en kvantifiering av Karlskrona kommuns potential för solcellsanvändning. För arbetet att kvantifiera en plats potential för solenergiupptag så har en beräkningsmodell utformats. Modellen gör det möjligt att dels beräkna solenergiupptag för en valfri plats på jorden, dels finns även en möjlighet att beräkna livscykelkostnaden för en allmän solcellsanläggning. För validering av framtagna uppgifter från framtagen teorin har metoden fallstudie använts på tre solcellsanläggningar i Blekinge. Med beräkningsmodellen och indata för Karlskrona beräknades att det möjliga solenergiupptaget för en horisontell yta ligger på ca 1100 kWh/(m2*år). Fallstudierna visade på en uppåtgående trend för modulernas verkningsgrad ju nyare anläggning som undersöktes. Solcellsmodulerna i anläggningen senast uppförd, år 2012, hade en verkningsgrad på 15 %. Med instrålad solenergimängd på 1100 kWh/(m2*år) och 15 % verkningsgrad så skulle det då behövas ca 370 ha med solceller för att täcka Karlskrona kommuns behov av el. Enligt fallstudierna utgjordes mer än 90 % av den totala kostnaden för solcellsanläggningarna av anskaffningskostnaden. För den senast uppförda angavs att 100 % kunde kopplas till anskaffningen. Dock ingår inte avvecklingskostnaden i dessa beräkningar eftersom att ingen av fallstudierna hade räknat för detta, därmed är inte livscykelkostnaderna kompletta för fallstudierna. Det kan ändå konstateras att vid felfri drift så behövs inte mer än regelbundna kontroller utföras för en säkrad elproduktion. Intäkter som kan kopplas till solceller är i Sverige idag främst den utblivna kostnad från inköpt el för de kopplade till fastigheter. Enligt fallstudien för den senast uppförda solcellsanläggningen så blev kostnaden per producerad kWh 2,09 kr (livscykelkostnad utan avvecklingskostnader). Om det kan bli en vinst får ställas mot hur mycket den annars inköpta elen skulle ha kostat. III Summary The purpose of this study was to start a quantification of the potential in solar cell use for Karlskrona municipality. For the quantification a model has been developed. The model makes it possible to calculate both the solar energy irradiance of a free chosen place on earth and to calculate the life cycle cost with the solar cells. To validate data obtained from the theory the method case study has been used on three solar cell systems in Blekinge. Karlskronas solar energy irradiance for a horizontal square meter has been calculated to be 1100 kWh/year. The case studies show that along with newer solar cells, higher efficiency can be expected. The one installed in 2012 had an efficiency of 15 %. To cover Karlskronas electricity use with only solar cells with these values above, a surface need was calculated to be roughly 370 ha. According to the case studies more than 90 % of the total cost can be connected to the cost with the acquisition. The case study on the solar cell system installed in 2012 indicated that 100 % of the total cost could be connected to the acquisition. Unfortunately the cost with disassembly is absence for the three case studies and there for these life cycle costs is incomplete. Still it can be said that during a faultless run a solar cell system does not need more than regular checkups for a secure electricity production. Revenues that can be connected to solar cells are in Sweden today primarily the non- cost of purchased electricity. According to the case study for the plant built in 2012 the energy cost per kWh produced was approximately 2.09 kr (without costs for the disassembly). If there can be a gain, have to be compared to the amount of electricity that otherwise would have been bought. IV Abstract Denna rapport ska verka till Karlskrona kommuns kvantifiering av potentialen för solcellsanvändning. Med litterära studier och fallstudieunderlag så har en modell för att beräkna möjligt solenergiupptag samt livscykelkostnader utformats. Med modellen som underlag och i samråd med SMHI så har Karlskronas möjliga solenergiupptag beräknats till ca 1100 kWh/(m2*år) för en horisontell yta. Med en verkningsgrad hos kristallina kiselbaserade solcellsmoduler på 15 % så skulle det därmed behövas en yta av 370 ha för att täcka Karlskrona kommuns elbehov. Livscykelkostnaden med solcellsmodulerna kan enligt fallstudierna till mer än 90 % kopplas till anskaffning. Fallstudierna över den senast uppförda solcellsanläggningen anger en energikostnad på 2,09 kr/kWh vid en uppskattad livstid på 25 år. Dock ingår inte kostnaden för avveckling vid dessa beräkningar vilket gör livscykelkostnaden ofullständig. Solenergi, Solceller, Beräkningsmodell, Livscykelkostnader, Karlskrona. V Förord Detta är ett examensarbete (15 hp) för högskoleingenjörsutbildningen ”Energi- & miljöteknik” på Linnéuniversitetet, LNU, i Växjö. Arbetet har utförts av Lars Runesson på uppdrag av Miljöstrategiska enheten vid Kommunledningsförvaltning i Karlskrona kommun. Jag vill rikta ett tack till mina handledare på Linnéuniversitetet, Björn Zethraeus och Anna Glarner. Jag vill även tacka min handledare på Miljöstrategiska enheten i Karlskrona kommun, Sven-Olof Petersson, för vägledning och chansen jag har fått att studera detta ämne hos er. Ytterligare tack vill jag rikta till de personer som ställt upp för intervjuer i fallstudierna samt övriga som har varit bidragande med råd och tips för arbetet. VI Innehållsförteckning 1. Introduktion ___________________________________________________ 1 1.1 Bakgrund ................................................................................................ 1 1.2 Syfte och mål ......................................................................................... 2 1.3 Avgränsningar ........................................................................................ 2 2. Definitioner och begrepp _________________________________________ 3 3. Solteori _______________________________________________________ 4 3.1 Energi och klimat ................................................................................... 4 3.2 Solenergins ursprung .............................................................................. 6 3.3 Solens instrålning mot jorden................................................................. 7 3.4 Atmosfärisk absorption ........................................................................ 13 3.5 Hur solenergi kan tas tillvara ............................................................... 15 3.6 Solcellens historiska bakgrund ............................................................. 16 3.7 Solceller idag ........................................................................................ 18 3.8 Solcellers omvandling av solenergi till elenergi .................................. 20 3.9 Installation och tillsyn av solcellsanläggningar ................................... 23 4. Ekonomisk teori _______________________________________________ 25 4.1 Livscykelkostnad, vad är det och vad kan det användas till? ............... 25 4.2 Livscykelkostnad, vilka kostnader ingår? ............................................ 25 4.3 Hur görs en livscykelkostnadsanalys? ................................................. 27 4.4 Ekonomiska förutsättningar för investeringskalkylering ..................... 28 5. Metod ________________________________________________________ 30 6. Genomförande ________________________________________________ 31 6.1 Teknisk del ........................................................................................... 31 6.2 Ekonomisk del ...................................................................................... 34 7. Resultat och analys _____________________________________________ 44 8. Diskussion och slutsatser ________________________________________ 47 9. Referenser ____________________________________________________ 49 9.1 Textreferenser ...................................................................................... 49 9.2 Figurreferenser ..................................................................................... 52 10. Bilagor ______________________________________________________ 53 VII 1. Introduktion 1.1 Bakgrund Energikällor med energiflöden till ett system som inte har större bortförsel än tillförsel räknas som förnyelsebara. Utifrån människans perspektiv så räknas solen som en oändlig energikälla och dessutom som en ren sådan då solstrålarna inte för med sig någon förorening. [1] Livet på vår planet är uppbyggt kring solen vilken är den ursprungliga källan till nästan all energi på jorden. Endast den energi utvunnen ur tidvattnets gång, den del av den geotermiska energin som uppkommer av jordens radioaktiva inre samt den kärnkraftsbaserade energin är avvikande i detta fall. [2] Under ett år träffas jorden av solens strålar till en energimängd av cirka 850 000 PWh1 [3] vilket kan jämföras med hela mänsklighetens energianvändning på ca 100 PWh för år 2010 [4]. Det känns därför olustigt att inte göra något för att ta tillvara på solenergin, speciellt i Karlskrona som kan titulera sig som ”Sveriges soligaste stad” enligt SMHI:s mätning år 2012. [5] Med hjälp av en solcell kan elektriska strömmar uppstå under belysning av solstrålar,