Udvikling af facadeelementer til fleksibel integrering af solcellemoduler Et projekt under Sol 2000A Yderligere oplysninger: EnergiMidt A/S Tietgensvej 2-4 8600 Silkeborg Tlf: 70 15 15 60 Fax: 87 22 87 11 Email: info@energimidt.dk 0
0. Indholdsfortegnelse 1. Indledning...2 2. Formål...3 3. Projektdeltagere...4 4. Bygningen og arkitektoniske valg...5 5. Første prototype...6 6. Anden prototype...6 7. Tredje prototype...7 8. Udnyttelse af varmen bag panelerne...8 9. Endelig løsning...9 10. Anlægget...10 11. Resultater...11 12. Pressemeddelelse...12 1
1. Indledning Sammenligner man solceller med andre facadebeklædninger ser vi i dag kun en relativ lille merudgift i forhold til standardelementer, mens solceller ligefrem kan være billigere end de mere luksuriøse elementtyper. Derfor er det vigtigt at udvikle løsninger, som gør solcellefacader lettere tilgængelige for bygherrer, så de får mulighed for at overveje denne miljøbesparende løsning i forbindelse med byggeprojekter. Udvikling af facadeelementer til fleksibel integrering af solcellemoduler er gennemført under SOL 2000A, der gennem støtte fra Energinet.dk søger at udvikle løsninger, der mindsker eller optimerer energiforbruget i bygninger ved at støtte en række forskellige F&U aktiviteter omkring udvikling og udnyttelse af solceller og relaterede teknologier. Formålet for Udvikling af facadeelementer til fleksibel integrering af solcellemoduler er at udvikle en energibesparende klimaskærm, der kan integreres i facaden på erhvervsbygninger. Energibesparelsen skal opnås gennem el-produktion fra solceller. Der er i projektet fokus på udviklingen af et system, der kan indpasses i eksisterende facadeelementer og på den måde at udvikle en løsning, der kan tilbydes i forbindelse med opførelse og renovering af større byggerier og umiddelbart indgå i et eksisterende produktprogram. Desuden er det undersøgt, om det er muligt at udnytte den varme og dermed bevægelse i luften, der dannes bag solcellefacaden. Løsningen er udviklet til brug på facader på erhvervsbygninger og offentlige institutioner og udnytter solens energi. Der samarbejdes med en større dansk virksomhed om udviklingen samt om muligheden for etablering af dansk produktion af den udviklede standardløsning. 2
2. Formål Formålet med projektet er at mindske meromkostningen ved at investere i en aktiv, energiproducerende klimaskærm i forhold til almindelige facader. Dette skal hjælpe med at udbrede teknologien. En aktiv klimaskærm skal mindske energibehovet i bygninger, herunder CO 2 - forbruget. En billig løsning skal tilskynde virksomheder og offentlige institutioner til at investere i CO 2 -besparende byggematerialer. Udvikling af facadeelementer til fleksibel integrering af solcellemoduler har fortsat arbejdet frem mod et mindsket energi- og dermed CO 2 -forbrug i bygninger ved at benytte bygningsintegrerede PV-elementer. Målet er at skabe en miljørigtig løsning, der på samme tid er en fornuftig investering. Der skal udvikles en teknisk løsning, der skaber optimale forhold for den totale energiproduktion set i forhold til investeringen. Der skal ses på ledningsføringen fra moduler til inverter samt udvikles en optimal ophængstruktur. Systemet søges udviklet og opbygget i kassetter, der kan stables som byggeklodser således, at man undgår en dyr tilpasning og montering til hvert enkelt projekt. Målet er at profilerne skal være så færdige som muligt, når de forlader fabrikken, for at opnå en hurtigere og billigere montage. Der skal opbygges en demoopsætning på en facade for at demonstrere og teste løsningen. 2.1. Relevans Regeringen har et mål om at mindske CO 2 -udledningen. Derfor er der i øjeblikket stor fokus på udviklingen af løsninger, der mindsker bygningers energiforbrug eller øger deres egenproduktion, samt på brugen af vedvarende energityper herunder løsninger, der udnytter solens energi til el- eller varmeproduktion uden udledning af CO 2. Der findes i Danmark et meget stort facadeareal som kan udnytte solens energi til at producere elektricitet. Da der udskiftes eller nybygges et stort antal facader i Danmark og resten af verden hvert år, er der gode muligheder for at mindske CO 2 -udledningen væsentligt med en god økonomisk og arkitektonisk løsning, der kan overbevise bygherrerne om at tænke miljøvenligt. I forbindelse med det nye EU-direktiv om krav til bygningers energimæssige ydeevne er incitamentet for investeringer i solceller steget væsentligt. Derfor forventes en stigende efterspørgsel på bygningsintegrerede løsninger. Dansk industri skal kunne tilbyde løsninger til dette marked. 3
3. Projektdeltagere Deltagerne i projektet er EnergiMidt A/S, som projektansvarlig i Sol 2000A samt Persolit A/S. EnergiMidt har via sin position som lokalt energiselskab arbejdet med udvikling og udbredelsen af solcelleløsninger i Danmark igennem det sidste årti og er en af de største aktører i Danmark indenfor området. Persolit A/S har ligeledes tidligere deltaget i et større solcelleprojekt. Persolit er en større dansk virksomhed der beskæftiger sig med teknisk isolering og andre relaterede byggeopgaver til flere brancher, herunder udførelse af facadebeklædning i forbindelse med nybyggeri og renoveringer. EnergiMidt A/S Søndergade 27 8740 Brædstrup info@energimidt.dk CVR-nr.: 28 33 19 59 Tlf.: +45 7015 1560 Kenn H.B. Frederiksen Persolit A/S Lindøalleen 103 5330 Munkebo persolit@persolit.dk CVR-nr.: 55 70 81 18 Tlf.: +45 65 97 44 50 Jens Andersen 4
4. Bygningen og arkitektoniske valg Da Persolit stod overfor en udskiftning af facaden på en af deres bygninger i Munkebo blev det i etableringsfasen undersøgt, om denne bygning kunne bruges til at teste PV-facademodulerne. Sydsiden af denne blev fundet brugbar til projektet, og da virksomheden samtidig var interesseret i opsætningen, blev denne placering valgt. Det næste skridt var at finde en arkitektonisk løsning, der er tilfredsstillende både mht. størrelsen af anlægget og udseendet af facaden. På baggrund af krav til højden og bredden på modulerne fik Persolit udarbejdet en arkitekttegning med en løsning, baseret på den facadeelementstørrelse vi havde valgt. Ud fra denne tegning var det muligt at bestemme det ønskede antal moduler. Der er opsat 2 paneler over hinanden i en længde af 22 paneler i alt 44 paneler. Dette er et større anlæg end oprindeligt planlagt, men da Persolit har accepteret meromkostninger herved, blev arkitekttegningen godkendt. Derved blev der opsat et lodret anlæg med en samlet effekt på 3.740 Wp på bygningens sydvendte facade. 5
5. Første prototype Solcellepanelerne skal have samme størrelse som de almindelige facademoduler, hvorfor de begrænsninger der ligger i størrelsen på disse også gælder for solcellemodulerne. Derudover er der taget hensyn til ledningsføringen, kabelboksen og at skygger skal undgås. Ud fra de opsatte kriterier blev et solcellemodul valgt, og den første prototype blev fremstillet. Denne består af et almindeligt facademodul med et påsat solcellepanel. Panelet er påsat facademodulet med klemmer, der rækker lidt ind over panelet uden at skygge for cellerne. Der er desuden skåret et hul i modulet til kabelboksen. Løsningen er fuldt brugbar, men lever ikke op til alle de opsatte krav. På et udviklingsmøde blev der diskuteret fordele og ulemper ved løsningen. Her kom det blandt andet frem, at der kunne være problemer med ophobning af regnvand oven på solcellepanelet, da elementet var monteret uden på facadeelementet og derfor ikke var i plan med dette. Derudover er der heller ikke opnået den forventede materialebesparelse, da solcellerne blot er påsat facadeelementet i stedet for at erstatte dele af dette. Det blev bestemt, at der skulle laves en anden prototype, hvor de nye idéer skulle integreres. 6. Anden prototype Den anden prototype består af 4 lister, der tilsammen danner en ramme. Denne metode medfører en stor materialebesparelse, da hele det centrale stykke i facademodulet udskiftes af solcellen. Der skal laves fire små profiler i stedet for én stor, men da disse er væsentligt simplere at fremstille, forbliver produktionstiden stort set uændret. Den nye løsning integrerer panelet mere i facaden, hvormed problemet med ophobning af regnvand forsvinder. Ved at sammensætte modulet af fire stykker i stedet for at bruge et, opstår der en væsentlig stabilitetsforringelse. Denne har vist sig at være så stor, at det ikke er muligt at benytte denne løsning, selv om flere idéer er afprøvet. Derfor startede arbejdet på en tredje prototype. 6
7. Tredje prototype Den tredje prototype består af rammen fra et almindeligt facadeelement. Denne er lavet ved at midten er stanset ud. Metoden skaber en bedre stabilitet end den anden prototype, men med et stort materialespild, da hele midten af panelet ikke benyttes. Det overskydende materiale forventes dog at kunne genanvendes ved en egentlig produktion af panelet. Solcellepanelet er sat ind i rammen indefra og tætnet i kanterne. Derved stabiliserer solcellepanelet rammen, så der opnås stor stabilitet. Løsningen sikrer også, i modsætning til den første prototype, at solcellepanelerne integreres i facaden i stedet for at blive monteret udenpå. Der var en risiko for at kanterne fra rammen dækkede for en del af solcellerne og derved forringede produktionen. Efter opsætningen har det vist sig, at kanterne ikke skygger for modulerne og derved bliver produktionen ikke påvirket negativt af disse. 7.1. Ledningsføringen Der er god plads bag panelerne til ledningsføringen ved en standardopsætning, hvorfor det vil være forholdsvist simpelt at integrere løsningen i de facader, som Persolit sætter op af denne type. På billedet ses ophængsystemet, som solcellepanelerne er udviklet til at passe ind i. Panelerne kan opsættes på en vilkårlig måde i denne facadetype. Af hensyn til ledningsføringen vil det dog være mest hensigtsmæssigt at placere panelerne i nærheden af hinanden. 7
8. Udnyttelse af varmen bag panelerne For at udvikle en optimal energirigtig løsning er det undersøgt, om det er muligt at udnytte opvarmningen og bevægelsen i luften bag panelerne til øget energiproduktion. Til design af den tekniske løsning er Teknologisk Institut inddraget på konsulentbasis. Der blev opstillet en række krav til løsningen, ligesom tekniske data på solcellepaneler m.m. er fremsendt til Teknologisk Institut. Herefter fik Teknologisk Institut til opgave at udregne, hvilke muligheder der lå for øget energiproduktion ved afkøling af cellerne og udnyttelsen af varmen bag panelerne. 8.1. Konklusion fra Teknologisk Institut Til vurdering af temperaturforholdene i solceller ved variation af forskellige fysiske parametre er der udviklet en relativ simpel simuleringsmodel. I sommertilfældet med klart vejr må der accepteres en solcelletemperatur på omkring 55 o C ved lufthastigheder i solcellen på omkring 0,01 m/s. Det kræver lufthastigheder i størrelsesorden 1 m/s, hvis solcelletemperaturen skal bringes ned, hvilket kun kan imødekommes ved mekanisk ventilation og hermed et stort effektforbrug. Problemet om sommeren er udnyttelse af den opvarmede luft ved en lufthastighed i solcellen på ca. 0,01 m/s. I vintertilfældet med klart vejr og fx en ude temperatur på 0 o C får solcellerne en mere moderat temperatur og der kan opnås en acceptabel stigning i lufttemperaturen ved en lufthastighed på omkring 0,01 m/s. Da solcelletemperaturen vanskeligt kan bringes ned, vil det være en fordel at koble flere solceller (fx 3 stk.) i serie således at der i vinterhalvåret kan opnås en fornuftig lufttemperaturstigning i solcellerne. Den bedste udnyttelse af de termiske kræfter opnås hvis den opvarmede luft får lov til at stige opad. 8.2. Kommentarer til undersøgelsen Teknologisk Institut konkluderer, at det om sommeren, hvor der er brug for køling af panelerne, er nødvendigt med mekanisk ventilation for at opnå et flow, der vil skabe tilstrækkelig køling til at det vil påvirke produktionen tilstrækkeligt. Dette kræver et stort energibehov som ikke opvejes af den øgede produktion fra cellerne. Derfor vil dette ikke kunne betale sig. Den største temperaturstigning på luften bag solcellefacaden opstår om sommeren, hvor denne vil kunne udnyttes i en varmepumpe til opvarmning af brugsvand. Varmen er dog svær at udnytte på grund af det lave flow. På grund af de negative resultater med hensyn til at optimere det totale energiudbytte fra systemet er systemet udelukkende optimeret med hensyn til at integrere solceller i en eksisterende facadeløsning. 8
9. Endelig løsning Det endelige anlæg blev installeret på den lodrette, sydvendte facade i Munkebo i januar, 2006. Anlægget har kørt uden problemer ved afslutningen af denne rapport. 9.1. Merpris Med det nye montagebeslag, der benyttes i forbindelse med facadeelementerne, er der ikke en nævneværdig merpris pr. modul til udstansning af hul samt de 4 beslag, der benyttes, i forhold til en standard facade. Mertiden for opsætning af et 4 kw solcelleanlæg er ligeledes meget begrænset, sammenlignet med en standard facade. Der er således tale om et montagesystem, der er nemt og hurtigt at installere, og som umiddelbart passer ind i Persolits eksisterende facadeløsninger og derved kan tilbydes kunderne i fremtidige projekter. Sammenlignes der med en almindelig opsætning af et solcelleanlæg på et standard montagesystem uden på facadebeklædningen, vil der blive sparet 4-5.000 kr./kwp til montagen. Hertil spares også udgifterne til den facadebeklædning, som solcellerne erstatter. For en installation som den der er foretaget i projektet spares facadebeklædning for 750 kr. pr. kvadratmeter eller ca. 23.000 kr. for den gennemførte installation. Dermed kan der spares ca. 40.000 kr. ved at integrere anlægget i en tilsvarende facade i forhold til blot at montere solcellepanelerne uden på facaden. Dette giver en gennemsnitlig besparelse på næsten 1.300 kr./m 2. 9
10. Anlægget Panelerne der benyttes er BP 585L, der har en maksimal effekt på 85 Wp. Som beskrevet er den totale anlægsstørrelse på 3 740 Wp. Der benyttes en Powerlynx inverter af typen PGI 4,5 HV. Denne har mulighed for at have tilkoblet 3 strenge af 14-19 paneler af den benyttede type. For at minimere kabelføringen er de sammensat i strenge af henholdsvis 14, 14 og 16 paneler. Kablerne samles i 3 kabelbokse for at mindske antallet af kabler, der skal føres ind i bygningen til inverteren. Nedenstående illustration beskriver kabelføringen. Komponentliste - 44 solcellepaneler, BP 585L - 1 PowerLynx inverter, PGI 4,5 HV - 6 PV kabler 4x6 mm 2 a 2,5 meter (de røde) til at forbinde panelerne internt i strengene, hvor de sorte ikke kan nå. + 4 PV kabler 4x6 mm 2 a 1 meter (de røde). - 3 PV kabler 4x6 mm 2 a 8 meter (de grønne) til at forbinde strengene til samleboksen - 3 kabler 4x6 mm2 af forskellig længde til at forbinde kableboksene med inverteren inde i huset - 3 kabelbokse (de sorte pile illustrerer de ledninger der sidder på panelerne ved levering) 10
11. Resultater I projektet er ovenstående facadeelement udviklet i et samarbejde mellem EnergiMidt og Persolit. Der er udviklet et arkitektonisk attraktivt produkt, som vil kunne passe i de fleste bygningsdesigns. Montagesystemet er kompatibelt med Persolits eksisterende montagesystemer, så solcellerne let vil kunne integreres i det design som ønskes af kunden. Elementerne kan placeres samlet eller i et hvilket som helst mønster kunden måtte ønske. Løsningen kan indgå som en del af Persolits produktprogram og vil kunne tilbydes i storskala projekter såvel som til mindre installationer. Løsningen kan nemt skaleres til den størrelse som kunden ønsker. Der er opsat en facade i Munkebo, som kan bruges til at demonstrere den udviklede løsning over for potentielle kunder og andre interesserede. 11.1. Solcelleproduktion Solcelleanlægget startede produktionen pr 31. januar 2006. Indtil den 6. juni samme år er der produceret 1026 kwh på anlægget. Der er ikke registreret problemer med driften eller produktionen. 11.2. Formidling Projektet er præsenteret på www.solstroem.dk i forbindelse med fuldførelsen af projektet. Demoopsætningen vil blive brugt til at demonstrere løsningen overfor potentielle kunder samt andre interesserede ved henvendelse til en af projektpartnerne. For yderligere information eller hvis man er interesseret i en lignende opsætning kan en af projektpartnerne kontaktes. Der er den 3. oktober 2006 udsendt en pressemeddelelse om projektet. Pressemeddelelsen er indsat herunder. 11
12. Pressemeddelelse Udsendt 5. oktober 2006: Nye solceller integreres i bygningsfacaden Nye energibesparende solceller, der integreres i bygningers facade, kan blive det store hit i dansk byggeri. Ikke mindst fordi EU s bygningsdirektiv nu skærper kravene til bygningers energieffektivitet. EU s bygningsdirektiv, der skal medvirke til at øge energieffektiviteten i privatboliger, erhvervsbygninger og offentlige institutioner, stiller større krav til bygningers energimæssige effektivitet. Bygningers energiforbrug skal kort sagt holdes nede. Mange kigger derfor nærmere på nogle af de smarte og omkostningseffektive løsninger, der begynder at dukke op på markedet. En oplagt løsning kan for mange være elegante facademoduler med solceller, som dem virksomhederne EnergiMidt og Persolit i fællesskab har fået udviklet. - De nye facademoduler med solceller indgår på æstetisk vis som en integreret del af bygningens arkitektur, helt på linje med velkendte former for facadebeklædning som træ, zink eller marmor. Facademodulerne er derfor også oplagte til større facader på erhvervsbygninger og offentlige institutioner. Og den strøm, som solcellerne laver, indgår jo i bygningens almindelige elforsyning, forklarer Jacob Vestersager Engdal fra det midtjyske energi- og bredbåndsselskab EnergiMidt. I EnergiMidt har man gennem det sidste årti arbejdet med at få udviklet og udbredt solceller i Danmark. EnergiMidt er i dag en af de største solcelleaktører i Danmark, mens man i entreprenørfirmaet Persolit, der har hovedkvarter i Munkebo, har stor erfaring med at opsætte solceller og facadebeklædning. - For os har det været vigtigt, at vi sammen med Persolit fik udviklet en løsning, som gør solceller lettere tilgængelige for bygherrerne så de i højere grad får mulighed for at overveje denne miljøbesparende løsning ved byggeprojekter, fortæller Jacob Vestersager Engdal fra EnergiMidt. Jacob Vestersager Engdal tilføjer, at hvis man sammenligner de nye solcellemoduler med andre typer facadebeklædning, er merudgiften ofte beskeden. Og i forhold til markedets mere eksklusive beklædningselementer kan solcellerne ligefrem være billigere. De enkelte solcellemoduler er opbygget som et standard facademodul. De kan derfor sammensættes ligesom byggeklodser, så man undgår en dyr tilpasning. Målet har samtidig været, at modulerne forlader fabrikken så færdige som overhovedet muligt, og de nye moduler passer derfor perfekt ind i Persolits nuværende produktprogram. Det betyder, at der spares montagetid i forhold til andre typer solceller. Udviklingen af solcellepanelerne er finansieret af EnergiMidt og Persolit med støtte fra Energinet.dk. 12