August PV-Cities Guidelines vedr. solceller i fremtidens lavenergibyggeri. Introduktion.

Transkript

1 August 2011 PV-Cities Guidelines vedr. solceller i fremtidens lavenergibyggeri. Introduktion. De nye energiregler i bygningsreglementet, som blev indført i 2006 på basis af EU s bygningsdirektiv, har haft en afgørende betydning for at lavenergiløsninger i nybyggeriet de senere år bliver anvendt mere og mere i praksis, Her har især indførelsen af lavenergiklasse 2 og 1, som er hhv. 25 % og 50 % bedre end de normale energikrav, haft en stor betydning. Dels fordi de udgjorde målsætningen for fremtidigt minimumskrav i hhv. år 2011 og 2016 og dels fordi at en del kommuner er begyndt at stille krav om anvendelsen af disse i henhold til de muligheder, som Planloven lægger op til på dette område. Her i 2011 har det derfor været muligt at beskrive mere end 100 nye byggerier, som mindst lever op til en lavenergiklasse 1 standard, som nu er omformet til den nye lavenergiklasse 2015 standard samtidig med at lavenergiklasse 2 nu er blevet det nye minimumskrav. Som værktøj for udførende arkitekter og ingeniører har endvidere beregningsprogrammet BE06 (nu BE10) også haft stor betydning, fordi det er dette, der anvendes som grundlag for at påvise at man f.eks. lever op til en lavenergiklasse 1 standard. Noget af det virkeligt smarte i de nye energiregler er at der er en bred vifte af muligheder for at dokumentere hvordan man lever op til de nye energikrav, f.eks. om man ønsker at lægge hovedvægten på passivløsninger som anvendelse af isolering, mere energirigtige vinduer og brug af ventilation med varmegenvinding og god lufttæthed, som er den afgørende teknologi i forbindelse med passivhuse, eller man ønsker at anvende aktive solenergiløsninger, som solvarme til varmt vand eller brug af solceller. Hvis man ønsker at gennemføre hurtige analyser vedr. disse løsninger til boligbyggeri, så er det en oplagt mulighed at anvende skitseprogrammet BYG-SOL, som kan downloades sammen med en publikation fra Solar City Copenhagens hjemmeside ( eller Cenergias hjemmeside ( Denne beregning giver samtidigt et hurtigt økonomisk overslag. I praksis har det vist sig, at det er nødvendigt at anvende en bred vifte af løsninger for at komme i mål, hvis man ønsker at realisere en lavenergiklasse 1 byggeri, og der er da også flere eksempler på byggerier, der går så langt som at have solceller med for at komme helt i mål med energirammetallet til lavenergiklasse 1. Men hvis man ser på de 100 byggerier i sin helhed er det dog ikke så almindeligt med solcelleløsningerne. Dette kan undre lidt, da priserne på solceller er faldet meget betydeligt inden for de sidste par år, således at de er ved at være lige så økonomiske som andre energisparetiltag. For at give lidt inspiration til i højere grad at se på muligheden for at bruge solceller, er der i de følgende afsnit medtaget en kort introduktion til området. Det er her vigtigt at være opmærksom på, at der faktisk er massevis af nye produkter indenfor bygningsintegration af solceller, især drevet af den voldsomme udvikling på området i Tyskland og andre lande, som støtter teknologien ved at give en merpris for solcellestrøm i en 20-årig periode. Der er dog også udviklet interessante løsninger på basis af det indtil nu ret begrænsede marked for solceller i Danmark, hvilket allerede kunne dokumenteres I SOLCELLER OG ARKITEKTUR publikationen fra 2005.

2 Afslutningsvis skal det dog fremhæves at der under alle omstændigheder bør være en minimumsstandard for selve byggeriet, og så kan der bruges solceller til at opnå en mere vidtgående standard svarende til lavenergiklasse 2015 eller Eller mere vidtgående til at opnå en 0-energi eller Plusenergi standard. 1. Ydelse fra solcelleanlæg i Danmark. Når der skal ses på hvad der kan opnås af solcelleydelse fra et solcelleanlæg i Danmark, så findes der på et nemt anvendeligt skema, der er velegnet til at lave en hurtig beregning. Og der er også samme sted et lille beregningsprogram, der kan downloades (PV-ydelse). Mere avancerede beregninger kan ske med programmer som PV-SYST. I nedenstående figur er vist hvordan solindfaldet er i Danmark for forskellige overflader. Solindfald i Danmark i kwh/m² mod forskellige flader (baseret på 15 års vejrdata). Lodret Vandret vest syd syd syd Januar Februar Marts April Maj Juni Juli August September Oktober November December År Figur 1.1 Ref.: Peder Vejsig Pedersen, Solenergi & Byøkologi

3 Og herunder er yderligere vist hvad, der opnås pr. måned for et 1 kwp solcelleanlæg (8-10 m²), der vender mod syd med 45 hældning fra vandret. Figur 1.2 BYG-SOL publikation ( Meget kort sagt kan man for et velfungerende og godt placeret solcelleanlæg forvente omkring 900 kwh i solstrømsydelse om året pr. installeret kwp. Det er samtidigt vigtigt at undgå skygger for solcelleanlæg, da selv en lille skygge kan sætte ydelsen for et helt solcellemodul ned til 0 i værste fald. For det her viste solcelleanlæg, var det også et krav at undgå skygger, men alligevel kunne ingeniøren åbenbart ikke undvære et ventilationsafkast, der absolut skulle ud midt i det ellers nydeligt installerede solcellepanel. Dette betød at alle de paneler, der var tættest på ventilationsafkastet måttet laves som såkaldte dummies, fordi de alligevel ikke ville yde noget.

4 Figur 1.3 Rammeløse solcellemoduler monteret på paptag. Ventilationsafkast placeret midt i solcellefelt ses tydeligt og giver store problemer mht. skygge for de nærmeste solcellemoduler, så ydelsen i praksis bliver meget lille. 2. Solceller til boligbyggeri og til erhverv. Boligområdet er i Danmark omfattet af nettoafregningsordningen for solstrøm, således at man kan anvende elnettet som lager og herved kan gemme overskudsproduktion af solstrøm fra sommer til vinter. Der kan dog ikke afregnes mere strøm end svarende til den årlige elregning. For private ejere af enfamilieshuse er det i dag muligt at få installeret solceller med en acceptabel økonomi, så der f.eks. ved brug af rentetilpasningslån kan opnås et tydeligt overskud allerede 1.år, som vil stige i takt med kommende elprisstigninger i fremtiden. Et samlet solcelleanlæg må maksimalt være på 6 kwp, som ca. svarer til m² solcellepaneler. Det består af solceller, som skal monteres på en pæn måde i taget og så en såkaldt omformer eller inverter, der laver solstrømmen om til almindeligt el, inden man kan koble den ind på elsystemet. Desuden skal der bruges en elmåler, der viser hvor meget strøm man får produceret fra solen. Inden man får etableret et solcelleanlæg, skal der søges tilladelse til det i kommunen, som vurderer sagen jvf. lokalplaner etc.

5 Efterfølgende skal der laves en aftale med en leverandør og installatør, og efter installationen, skal anlægget tilmeldes til det lokale netselskab. For etageboliger i Danmark er der i princippet samme mulighed for at etablere nettoafregning af solstrøm som for enfamilieshuse. Her gælder også den maksimale grænse på 6 kwp pr. bolig, og der kan godt ske nettoafregning både i forhold til fælles elforbrug, men også i forhold til de individuelle elforbrug i boligblokken. Til vurdering af hvordan solceller kan indpasses som led i en energirenovering eller til et nybyggeri, er udviklet beregningsprogrammet BYG-SOL, som kan downloades inkl. en publikation dels fra Solar City Copenhagen ( eller Cenergias hjemmeside ( Herunder er vist eksempler på beregninger af boligbyggerier med BYG-SOL programmet. Når det drejer sig om solstrøm til erhvervsformål, så kan man i Danmark ikke anvende reglerne for nettoafregning af solstrøm. Dette betyder at det kun er det øjeblikkelige elforbrug, der vil kunne dækkes med solstrøm og hermed opnå en fornuftig pris, svarende til den almindelige elpris. Overskydende solstrøm kan sendes ind på elnettet, men kun til en pris på 60 øre/kwh de første 10 år og herefter kun til 40 øre/kwh, hvilket ikke er særligt attraktivt.

6 Fig 2.1 Forside af BYG-SOL publikationen, som kan downloades fra Solar City Copenhagen hjemmesiden ( ) samt fra Cenergias hjemmeside (

7 Fig. 2.2 BYG-SOL beregningen for boligbyggeri tager udgangspunkt i den danske energirammeberegning og lavenergiklasserne 2 og 1, hvor lavenergiklasse 1 nu stort set svarer til den nye lavenergiklasse 2015 (fordi dette niveau bliver nyt minimumskrav i pr 2015). Beregningen kan foretages både for nybyggeri og for eksisterende boliger og der indgår udover en energiberegning også en beregning af økonomien, idet der er er lagt økonomital ind i programmet ( som kan ændres i Byggedata-skemaet). Først udregnes energiforbruget for en referencesituation, f.eks. bygningsreglementes krav. Siden kan der laves en beregning for en optimeret løsning f.eks. med valg af bedre isolering, brug af bedre energivinduer, brug af ventilation med varmegenvinding, anvendelse af mere lufttæt byggeri og anvendelse af både solvarme til varmt vand samt solceller.

8 Fig. 2.3 De to beregningseksempler fra BYG-SOL publikationen viser tydeligt hvordan solceller kan gøre en forskel med hensyn til at opnå en positiv økonomi for brugerne. 3. Bygningsindpassede solceller (BIPV) Der er igennem årene etableret mange velfungerende og arkitektonisk optimerede indpasninger af solceller. Gode eksempler herpå kan bl.a. ses i bogen Solceller & Arkitektur. Herunder er der yderligere en række eksempler på indpasning af solceller.

9 Fig. 3.1 Den CO2 neutrale tagbolig fra 2005 med tyndfilm solceller til metaltag, som for første gang i Danmark påviste, at der driftsmæssigt på årsbasis kunne opnås en 0-energi bygning ved hjælp af solceller. Bygningen er i dag placeret ved indgangen til VELUX hovedsæde Fig. 3.2 Københavns Solcellelaug installation fra 2006 monteret på fladt tag, i form af solceller, der er fastgjort til ballast kasser af plastik. Dette er prismæssigt en meget billig installation.

10 Fig. 3.3 Solceller i rytterlys på Arkitektskolens kantine på Holmen i København. Fig. 3.4 Solceller på paptag til Valby Ny Skole fra Solcellerne udgør i dette tilfælde ikke klimaskærmen i taget, og det giver visse udfordringer mht. den fremtidige vedligeholdelse af taget. På den anden side beskytter solcellerne også visse dele af taget mod ældning pga. sollyset.

11 Fig. 3.5 Solceller til Danmarks første passivhus byggeri, Rønnebækhave II i Næstved, der var udført med solceller til at sikre en CO2 neutral varmeforsyning med varmepumpe, hvor solcellerne på årsbasis producerer lige så meget solstrøm, som varmepumpen skal bruge.

12 Fig. 3.6 Tilrettet udgave af den præfabrikerede CO2 neutrale tagbolig udviklet i samarbejde med Rubow Arkitekter og MT Højgård. Det interessante ved denne løsning er at den kan udføres i en lavenergiklasse 0 standard til rammebeløbet, der gælder for almene boliger. Flere informationer herom findes i artikel i medlemsblad for foreningen af Bæredygtige Byer og Bygninger, Fbbb. (

13 Fig. 3.7 Kunstværk med solceller på gavl af Prøvehallen tæt ved Valby station. Kunstværket er udført som et symbol på Valby Solcelleplan, der går ud på at Valby i København i år 2025 skal have % af den samlede elforsyning fra solstrøm, hvilket vil kræve en opsætning af omkring m² solceller. Fig. 3.8 Eksempel på solceller til metaltag system.

14 Fig. 3.9 Solprisme med solceller. Illustration af princip og prototype med både VELUX vinduer til udluftning og dagslys, samt solfangermoduler til varmt vand samt solceller. Indvendigt i Solprismet kan placeres installationselementer, som ventilationsanlæg med varmegenvindingog varmepumpe.

15 Fig Eksempel på forvarmning af frisk luft i forbindelse med solcelle tag. Her med såkaldte Canadiske solvægsplader. Fig Eksempel på solcelle brystninger til byfornyelsen. Når orienteringen er mod syd kan der opnås en ganske fornuftig ydelse.

16 Fig Eksempel på montage system med tyndfilm solceller til polymer folietag.

17 Fig Eksempel på solafskærmning med solceller. Dog ikke udført helt hensigtsmæssigt her, da facaden er orienteret mod vest og betonsøjlerne giver en del skygge, så de inderste solcellemoduler var nødt til at være dummyer. Fig Eksempel på diskret indpasning af solceller inkl. display, der viser ydelsen.

18 Fig Eksempel på prisbillig fladtagsløsning med solceller, der samtidig omsætter en stor del af tagarealet til solcelleareal, da der er en forholdsvis flad hældning og derfor kun er en begrænset effekt fra skygger at tage højde for.

19 Fig Solceller til Valby Ny Skole som led i Valby Solcelleplan. Den forreste installation er en såkaldt PVT solcelleløsning, hvor solcellerne køles med en væskestrøm, som man kender det fra termiske solfangere. I dette tilfælde er ideen at køle solcellerne ved hjælp af en varmepumpe hvilket kan øge ydelsen med op til 10 %, samtidig med at varmepumpen får hentet varme ind til produktion af varmt brugsvand.

20 Fig Solprisme et installationsmodul med solceller. Her i kombination med grønt tag. Fig Solceller bygget ind i grønt tag.

21 Fig Eksempel på solceller til flade tage, hvor solcellerne vender mod hhv. vest og øst og der undgås problemer med skygger samtidig med høj udnyttelse af taget til solcelle anvendelse. Fig En ny type tyndfilm solceller i form af rørregister til flade tage. 4. Solceller i byerne. - Sol i Valby og København International Solar Cities samarbejdet fokuserer specifikt på, at den kombinerede anvendelse af vedvarende energi og energieffektivitet, er afgørende at få implementeret i løbet af de kommende årtier, så grundlaget for CO2 neutrale byer kan sikres. På linje med dette fremhæves det i EU s Energiydelsesdirektiv for byggeri fra 2002 at medlemslandene skal implementere energieffektivt byggeri, samtidig med at man fremmer en øget anvendelse af fjernvarme og lokalt produceret vedvarende energi. Alligevel er der indtil nu kun ganske få byer, der har slået et slag for anvendelse af f.eks. solenergi. I lyset af dette er det væsentligt at fremhæve den kontinuerte støtte fra Københavns Kommune til at slå et slag for anvendelsen af bygningsindpassede solceller, først med opbakning til solcelleplanen for Valby fra år 2000 (se: solcelleplan og visualiseringer: og siden ved etablering af Solar City Copenhagen sekretariatet i 2004.

22 Valby solcelleplan, blev præsenteret I år Målsætningen var at udvikle anvendelsen af solceller til hele byområder for at dække en betydelig del af elforbruget. I Valby er det planen at realisere 30 MWp solceller (ca m2) til at dække 15 % af elforbruget med solstrøm I år Valby solcelleplan, fik opbakning fra et bredt politisk spektrum og satte mange aktiviteter i gang. I 2004 blev arbejdet udvidet til at omfatte hele København i form af Solar City Copenhagen samarbejdet. Fig. 4.1 Logo for Valby Solcelleplan og illustration af hvad de mange solceller i Valby Solcelleplan fylder. Det viste sig at være nødvendigt at udnytte ca. 20 % af de tilgængelige tagarealer for at få plads til m² solceller.

23 Fig. 4.2 Illustration af hvordan 30 MWp solceller vil virke i forhold til det almindelige elforbrug i Valby. Om sommeren ses tydeligt en såkaldt peak shaving effekt, midt på dagen, hvor behovet for elektricitet begrænses betydeligt. SOLENERGI ER EN STOR FORDEL I ELPRODUKTIONEN Udfordringen for elforsyningen har altid været at distribuere elektricitet svarende til det aktuelle behov. Et behov, som veksler meget i løbet af et døgn. Her bliver solstrøm en fordelagtig medspiller. Som man kan læse af grafen i fig. 4.2, giver den solcelleproducerede elektricitet lige netop det boost midt på dagen, som gør at elselskabernes konventionelle produktion kan undgå de store udsving. Grafen er en visualisering af det man med et engelsk udtryk kalder peakshaving. Indenfor produktion af el ved hjælp af solceller er indsatsen i Danmark beskeden, når man sammenligner med andre førende industrinationer. I Tyskland har man sikret så gode incitamentsordninger for solstrøm, at man har opnået et af verdens mest ekspanderende markeder, som allerede i dag har skabt nye arbejdspladser. Samtidig var man allerede i 2009 oppe på en solcellekapacitet per person i Tyskland svarende til 100 W pr. person (ca. 0,4 m²), mens vi i Danmark ligger på 0,5 W pr. person. Gennemsnittet i EU-landene er 7 W pr. person, og der findes nu også lignende støtteordninger til at sikre en god solstrømpris i lande som Frankrig, England, Spanien, Grækenland, Italien, Schweiz, Luxembourg, Belgien og Tjekkiet. Udviklingen går så hurtigt indenfor solcelleområdet, at produktionskapaciteten i verden udvikles med ca. 40 % om året svarende til en fordobling hvert andet år. Igennem en længere årrække er prisen på solstrøm i gennemsnit halveret hvert 7. år.

24 Med billigere solceller kombineret med fremtidige stigninger i prisen på elektricitet regner man med en tilbagebetalingstid på et solcelleanlæg på helt ned til fire år i år Den europæiske solcellefabrikant sammenslutning, EPIA, har i 2008 dokumenteret at det er realistisk at dække 6-12 % af det europæiske elforbrug i år 2020 fra solstrøm. Og i starten af 2009 har den nyetablerede Dansk Solcelleforening fremlagt en strategi for at solceller, så man i henholdsvis i år 2015 og 2020, kan dække 2 % og 5 % af de danske husholdningers elforbrug. Det kan samtidigt fremhæves at anvendelsen af solceller er meget velegnet i Danmark fordi elsystemet allerede er gearet til at modtage el fra vedvarende energi og mindre kraftvarmeanlæg og fordi den lokalt producerede solstrøm betyder at der hermed er strøm, der ikke skal føres frem over store afstande, men faktisk produceres tæt på forbrugerne. Samtidigt hjælper solstrømmen med til at stabilisere elnettet og den passer fint sammen med den udbredte brug af kraftvarme, fordi den giver sit højeste bidrag om dagen og om sommeren. Og netop om sommeren opnås herved et eltilskud i en periode, hvor der ikke er så meget brug for varme fra kraftvarmesystemet. Et af de vigtigste tiltag, der vil være brug for i de kommende år, er at få udviklet solcelleløsninger som totalt kan erstatte tagkonstruktioner, således at der kan laves aftaler om at erstatte traditionelle tagudskiftninger med elproducerende soltage. Som det fremgår, vil den forventede udvikling i solcelle- og elpriser betyde, at vi kun skal få år frem, før der vil være tale om meget økonomisk fordelagtige initiativer og i år 2015 og 2020 vil det være muligt at opnå tilbagebetalingstider på henholdsvis 11 og 8 år. Dette betyder, at det vil være fordelagtigt at vente med hovedparten af investeringen til efter år Men for at opnå de optimale tagintegrerede løsninger, er det afgørende at fortsætte arbejdet med praktisk indførelse af solceller overalt, hvor det er muligt herunder også i Valby og København, så der findes grydeklare danske løsninger, når efterspørgslen boomer.

25 Fig. 4.3 Beregnet udvikling af tilbagebetalingstiden for solceller frem til år FORVENTET UDVIKLING I SOLCELLEØKONOMIEN År Pris for installation af solceller (kr./wp) El-pris ex. Moms Kr./kWh Tilbagebetalingstid (år) , , , ,0 4 Fig. 4.4 Illustration af fremtidige forventninger til solcellepriser, elpriser og tilbagebetalingstid for solceller. Vurderingen af den fremtidige solcelleøkonomi er dels baseret på den forventede udvikling og elpriserne med en stigning på 4 % om året svarende til hvad der har været tilfældet de sidste 20 år samt den Europæiske solcelleproducentforening EPIA s forventninger til prisudviklingen for solceller. Det skal i øvrigt fremhæves at en anden kommune, der har gjort en stor indsats for solenergi er Skive Kommune. Efter i en mangeårig periode at have installeret solvarme på alle kommunens egne bygninger gik man i år 2008 i gang med en større solcelleplan med delvis støtte fra Energinet.dk. Målet var her som minimum at få installeret 1 MWp solceller (ca m²) ligeledes fordelt på kommunens bygninger. Dette mål er snart nået.

26 I Fig. 4.5 er vist installerede solceller på Skivehus Skole, som med mere end m² foreløbig er Danmarks største solcelleanlæg. Foto Skivehus Skole Fig. 4.5 Solceller monteret på Skivehus Skole. Fig. 4.6 Illustration af størrelsesorden af den årlige mængde af solenergi i forhold til andre energikilder i verden og verdens samlede energiforbrug. Som det ses er potentialet enormt, og uden sammenligning den mest betydningsfulde vedvarende energikilde. Det gælder også i Danmark, hvor solceller på et areal, der svarer til Langeland vil kunne dække det samlede behov.

27 Grid parity Source: Fig. 4.7 EPIA, Den Europæiske Solcelle Producent Forening, forventer at solceller også i Danmark vil være fuldt økonomiske uden tilskud allerede i år 2020.