UPTEC ES13 033

Examensarbete 30 hpSeptember 2013

Sveriges potential för elproduktion från takmonterade solceller

Teoretisk, teknisk och ekonomisk analys

Sigrid Kamp

Teknisk- naturvetenskaplig fakultet UTH-enheten Besöksadress: Ångströmlaboratoriet Lägerhyddsvägen 1 Hus 4, Plan 0 Postadress: Box 536 751 21 Uppsala Telefon: 018 – 471 30 03 Telefax: 018 – 471 30 00 Hemsida: http://www.teknat.uu.se/student

Abstract

Sveriges potential för elproduktion från takmonterade solceller

The electric potential for roof mounted solar panels inSweden

Sigrid Kamp

The Swedish potential of electricity production from roof mounted solar panels hasbeen determined in three steps: accessing the existing roof top areas, simulating theamount of electricity solar panels can produce on these areas and finally analyzinghow large the necessary economical change is to make the solar cells profitable.

The total existing amount of roof top areas are 319 square kilometers and the areadistribution follows the distribution of people. This leads to an installed power of 47,9GW which are expected to produce 49,0 TWh electricity per year. If the quality ofthe electricity is prioritized the highest the power is reduced to 3,7 GW, generating3,8 TWh yearly, but if the hosting capacity is calculated from Sweden’s total electricityneed, the capacity is 42 TWh per year.

Today, solar panels are not profitable in Sweden for houses, even though there is asubsidy of 35 % of the investment costs, discounted in 25 years. The profitability iscalculated with a cost of capital of 5 %, a price on electricity of 1 SEK/kWh and aninvestment cost of 20 SEK/Wp. With a kept subsidy of 35 %, the price of electricityneeds to rise 30 % to make the systems profitable for houses, and the correspondingincrease without the subsidy is 95 %. Historically the subsidy has decreased as thecosts of solar cells have decreased as well.

For apartment buildings solar panels are profitable with the governmental subsidy ifthe solar systems are at least 3 kWp per house hold. The corresponding priceincrease without the subsidy is 60 %.

ISSN: 1650-8300, UPTEC ES13 033Examinator: Kjell Pernestål, Uppsala UniversitetÄmnesgranskare: Uwe Zimmermann, Uppsala UniversitetHandledare: Anna Nordling, ÅF

Adversus solem ne loquitor

Sammanfattning

Denna rapport har utrett potentialen för elproduktion från takmonterade solceller i Sve-rige. Analysen har skett i tre steg; teoretiskt, tekniskt och ekonomiskt. Den teoretiskaanalysen har handlat om att ta fram befintlig takyta, det tekniska steget vad detta mot-svarar i elproduktion om takytorna beläggs med solceller och om elnäten klarar av dennaeffekt. Slutligen, den ekonomiska analysen har behandlat vad som behöver ske för att sol-celler ska vara lönsamt i ett svenskt klimat.

Sveriges tillgängliga takyta är 319 km2 och fördelningen följer relativt väl befolknings-mängden av naturliga skäl. Om all tillgänglig takyta beläggs med solceller ger det eninstallerad effekt på 47,9 GW och en årlig elproduktion på 49,0 TWh. Om bäst elkvali-tet prioriteras reduceras effekten till 3,7 GW, vilket genererar 3,8 TWh årligen, men ominstallationsgraden beräknas utifrån Sveriges totala energibehov reduceras potentialen en-dast ner till 42 TWh.

Idag är det inte lönsamt med solcellsproducerad el i Sverige för småhus, trots ett statligtstöd på 35 % av installationskostnaden, avräknat på 25 år. Generellt gäller att solcells-systemen har kortare återbetalningstid ju större systemet är, men med en kalkylränta på5 % och ett elpris på 1 kr/kWh är systemen idag inte lönsamma. Med ett fortsatt inve-steringsstöd på 35 % behöver elpriset stiga cirka 30 % för att ett 2 kWp solcellssystemska bli lönsamt för småhus och motsvarande siffra utan stödet är cirka 95 %. Detta underförutsättning att kostnaden för solcellen är 20 kr/Wp. Historiskt kan utläsas att stödet följtkostnadsutvecklingen för solcellerna, där kostnadsminskningen för solcellssystemen ocksåmedfört att stödet minskat.

För flerbostadshus är solceller idag lönsamma med subventioner om systemen är minst3 kWp per hushåll och 2 kWp-systemet behöver en elprisökning på 10 % för att bli lönsamt.Motsvarande prisökning utan stödet är 60 % för samma system.

Författarens tack

Många finns att tacka, utan vars hjälp det här examensarbetet inte hade gått att genom-föra. Min ämnesgranskare på Uppsala universitet, Uwe Zimmermann, har alltid svaratsnabbt på mina frågor, även när jag bett om granskning av lite större slag. Min handledarepå ÅF, Anna Nordling, har under våra avstämningar alltid varit mycket positiv till mittjobb och stärkt mitt självförtroende. Tack även till Joakim Widén på Uppsala universitetför att du svarat på alla mina många frågor.

Tack till alla på Heat & Power på ÅF, ni har verkligen förgyllt min tid och det harinte gått en enda dag utan att jag skrattat tillsammans med er!

Jag vill även passa på att tacka min familj för allt stöd jag fått under hela min studietid.Tack pappa för att du alltid har pushat mig till nya höjder och tack mamma för att du alltidvarit stolt över mig, även när jag inte nått så högt. Hedvig, Gösta och Olle, ni är bara bäst!

Tack till alla mina vänner på universitetet, vad hade de senaste åren varit utan er?

Till sist vill jag tacka en person som väckte mitt intresse för matte och fysik för 10 årsedan, utan vars engagemang jag inte blivit ingenjör överhuvudtaget. Tack Bosse Rydja,för att du ledde in mig på rätt spår!

TACK!

Sigrid KampStockholm, september 2013

i

Innehåll

1 Inledning 11.1 Bakgrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Syfte och mål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Huvudsaklig metod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4 Avgränsningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Teori 42.1 Solcellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.1.1 Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1.2 Uppbyggnad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 Produktion av el . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2.1 Verkningsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.3 Skuggning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.4 Orientering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3 Teoretisk potential - Utredning av befintlig takyta 103.1 Inledning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2 Metod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2.1 Statistik från SCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2.2 Reduktion av takyta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.2.3 Avgränsningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.3 Bruttoytor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.3.1 Småhus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.3.2 Flerbostadshus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3.3 Industri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.3.4 Lantbruk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.3.5 Fritidshus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.3.6 Lokaler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.3.7 Sammanfattning total takyta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.4 Reduktion av takytor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.4.1 Orientering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.4.2 Hinder på tak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.4.3 Skuggning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.4.4 Snö . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.4.5 Smuts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.4.6 Byggnadshistoriska faktorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.4.7 Fritidshus anslutna till elnätet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

ii

3.4.8 Sammanfattning reduktioner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.5 Nettoytor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.6 Fördelning av takytor i Sverige . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4 Teknisk potential - Produktion av el och elnätets begränsningar 264.1 Inledning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264.2 Metod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.2.1 Solinstrålning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264.2.2 Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.3 Uppbyggnad av solcellssystemet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.3.1 Solcellernas tekniska specifikationer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.3.2 Växelriktare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.4 Simulering i HOMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.5 Resultat - Sveriges potential för el producerad från solceller . . . . . . . . . 304.6 Elnätets uppbyggnad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.6.1 Påverkan av distribuerad elproduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.6.2 Resultat - Total installerad effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.6.3 Storskalig reglering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.6.4 Elnätets begränsning på solelpotentialen . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.7 Sammanfattning av produktion av el . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

5 Ekonomisk potential - Lönsamhet 415.1 Inledning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415.2 Intäkter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.2.1 Egenkonsumtion respektive försäljning av el till nätet . . . . . . . . . 415.2.2 Elcertifikat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435.2.3 Statligt investeringsstöd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.2.4 ROT-avdrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5.3 Kostnader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465.3.1 Prisutveckling för solceller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465.3.2 Leverantörer av solcellssystem i Sverige . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.4 Lönsamhet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.4.1 Elprisets utveckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.4.2 Nettodebitering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.5 Ekonomiska fallstudier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495.5.1 Basfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495.5.2 Varierade parametrar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515.5.3 Resultat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

6 Diskussion 566.1 Teoretisk potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

6.1.1 Definition av komplementbyggnader och ospecificerade byggnader . . 566.1.2 Reduktionsfaktorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566.1.3 Jämförelse med tidigare studie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586.1.4 Fasadmontering och parker av solceller . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

6.2 Teknisk potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596.2.1 Data för solinstrålning, temperatur och last . . . . . . . . . . . . . . 59

iii

6.2.2 Maximalt installerad effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606.2.3 Reglerkapacitet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606.2.4 Missmatchning mellan produktion och konsumtion . . . . . . . . . . 60

6.3 Ekonomisk potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616.3.1 Valda parametervärden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616.3.2 Kombinerade utfall av förändrade parametrar för lönsamhet . . . . . 616.3.3 Verkningsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

7 Rekommenderade vidare studier 637.1 Takvinkel och orientering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637.2 Korrelation mellan solenergi och vindkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637.3 Design av elnätet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637.4 Installerad effekt på industrier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

A Bilagor 69A.1 Total markyta för småhus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69A.2 Ospecificerade bostadsytor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70A.3 Fritidsytor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71A.4 Bruttoytor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72A.5 Reduktioner för bruttoytor till nettoytor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72A.6 Total nettoyta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74A.7 Fördelning av nettoytorna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75A.8 Väderstationer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76A.9 Installerad effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77A.10 Producerad el . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78A.11 Byggnadsenheter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79A.12 Företagens solcellspaket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

iv

Kapitel 1

Inledning

1.1 Bakgrund

ÅF är ett mycket brett teknikkonsultföretag med många projekt med flertalet olika sam-arbetspartners. ÅF planerar allt från vägarbeten till vattenrening och framtidens energi-frågor. Tillsammans med IVA har ÅF, ABB, Siemens, Fortum, Greenpeace, KTH m.fl.under 2012 och 2013 deltagit i projektet Ett energieffektivt Samhälle 2050 med ett tydligtmål: att år 2050 ha 50 % effektivare energianvändning. Projektet verkar i enlighet medIVA:s stadgar att främja tekniska och ekonomiska vetenskaper och näringslivets utveck-ling (IVA, 2013). Projektet Ett energieffektivt Samhälle 2050 har arbetat efter ramverketatt säkerställa långsiktig energiförsörjning, minska klimatpåverkan, öka energieffektivite-ten och bidra till god konkurrenskraft för näringslivet.

IVA har gjort energimässiga vägval varav energieffektivisering är en av dem och det ärgenom detta val som projektet Ett energieffektivt Samhälle 2050 skapats. Projektet harflertalet undergrupper som verkar för olika delar av projektets syften. Förutom arbets-gruppen Smarta energisystem, där ÅF bland annat bidrar med en projektledare, finnsindustri, transporter, skogs- och jordbruk, tjänstesektorn samt affärsmöjligheter och af-färsmodeller. Alla grupper har syftet att ta fram vilka möjliga lösningar som finns idagoch på sikt för att skapa ett energieffektivare Sverige, både tekniskt och strategiskt.

Detta examensarbete utförs som en del av arbetet i Smarta energisystem, där ny teknikoch energieffektiviseringsmöjligheter är premierat. Produktion av el är i Sverige främstdominerat av kärnkraft och vattenkraft samt ett par TWh vindkraft årligen, men endast0,01 % av elproduktionen kommer från solceller. Att söka efter alternativa energikällor somkan vara en del av ett hållbart samhälle prioriteras allt högre på den globala marknadenoch flertalet regeringsbeslut för att stimulera marknaden för förnybar energi har tagits iSverige. Utvecklingen av solceller har från 2005 då den installerade effekten var mindreän 1 MW, stigit till 24 MW i slutet av 2012, varav cirka 8 MW installerades under år2012 (Palmblad and Bargi, 2013). Solceller tar en allt mer betydande roll på den svenskaenergimarknaden och en utredning av hur mycket el som kan produceras av solceller i Sve-rige är därför relevant. Examensarbetets fokus har varit att ta fram hur stor potentialenär för takmonterade solceller i Sverige och hur mycket av Sveriges energibehov som kantillgodoses av solceller.

1

1.2 Syfte och mål

Syftet är att ta reda på hur mycket solceller kan bidra till att ställa om Sverige till etthållbarare energisystem, d.v.s. hur stor andel av Sveriges totala energibehov som kankomma från solceller. Att använda finita resurser är på sikt inte hållbart och därför behö-ver förnybara resurser sättas in. Detta medför att det svenska energisystemet designas ochdimensioneras efter de energislag som kan användas över lång tid framöver samt ytterligaredesign för att klara av den varierbara energiproduktionen.

Målet är att ta fram hur mycket el som kan produceras från solceller i Sverige underett år. Mer specifikt innebär detta att bestämma befintlig takyta, hur mycket el dettagenererar om takytan beläggs med solceller, hur mycket varierbar el näten klarar av samtvad som krävs för att solceller ska vara ekonomiskt lönsamma.

1.3 Huvudsaklig metod

Sveriges potential för solel har tagits fram i flertalet aspekter och upplägget på rapportenär därför tredelat: teoretisk potential, teknisk potential och slutligen ekonomisk potential.

För den teoretiska potentialen har Sveriges totala bruttotakyta fastställts med hjälp avstatistik och nödvändiga antaganden. Ytan har reducerats till följd av olika faktorer, t.ex.hinder på taken, och hypotetiskt belagts med solceller.

För den tekniska potentialen har framställning av el simulerats i programmet HOMER.Global solinstrålning, omgivande temperatur och installerad effekt används som indata ochtill att få fram medeluteffekten från solcellerna varje timme under året. Detta har sedanintegrerats över årets alla timmar för att få fram årsproduktionen, enligt ekvation 1.1.

E =

� 8760

0Phdt (1.1)

där Ph är medeluteffekten för varje timme.

Elnätets begränsningar har analyserats genom litteraturstudier och har begränsat dentidigare framtagna teoretiska potentialen.

Den ekonomiska potentialen har analyserats genom litteraturstudier kombinerat med tidi-gare simuleringar. Framtida lönsamhetsscenarier har analyserats genom fallstudier.

Noggrannare beskrivningar av hur framtagning av potentialen tagits fram går att läsaunder respektive avsnitt.

1.4 Avgränsningar

En potential kan beräknas på otaliga sätt: tekniskt, ekonomiskt, miljömässigt, socialt,resursmässigt etc. Denna rapport har endast behandlat solelpotentialen ur tekniska och

2

ekonomiska perspektiv. Även inom dessa synvinklar har ett antal avgränsningar varit nöd-vändiga och de generella avgränsningar som gjorts är:

• Solelpotentialen har endast behandlat solceller monterade på takytor och såledesinte inkluderat solceller på fasader eller parker av solceller på marken.

• Endast kiselsolceller har behandlats då dessa är de som är kommersiella i Sverigeidag.

• För elnätens begränsningar har ingen korrelation med andra intermittenta energislag,t.ex. vindkraft tagits hänsyn till.

• Inga alternativ för lagring har undersökts, utan endast nätanslutna solceller därelnätet agerar buffert för obalans mellan produktion och konsumtion.

De specifika avgränsningar som gjorts för de olika delarna av rapporten presenteras nog-grannare under varje avsnitt.

3

Kapitel 2

Teori

2.1 Solcellen

2.1.1 Funktion

Solcellen utnyttjar kvantmekaniska egenskaper och funktioner för omvandling av solensljus till likströmsel. Denna kvantmekaniska händelse illustreras i figur 2.1.

Figur 2.1: Valensband, bandgap och ledningsband (van Zeghbroeck, 2011).

Figur 2.1 illustrerar de olika energinivåerna som finns i halvledarmaterialet där produktio-nen av el har sin början. Valensbandet, Ev, är den energinivå som normalt sett har i stortsett fullsatta tillstånd av elektroner vid rumstemperatur och i mörker. Ledningsbandet,Ec, är tvärtom, den energinivå som i samma förhållanden normalt har nästan helt tommatillstånd. Skillnaden i energi mellan valens- och ledningsbandet kallas bandgap, Eg, ochhur stort bandgapet är beror på vilket material som avses. För kisel är bandgapet 1,1 eV,vilket är den energi fotonerna har vid en våglängd på cirka 1100 nm. För att det infal-lande ljuset ska kunna generera ström i solcellen måste ljuset ha minst lika mycket energisom bandgapet (Nelson, 2004). Denna del av solens ljus kommer tillföra elektronerna i va-lensbandet tillräckligt mycket energi för att exciteras upp till ledningsbandet. Ljuset med

4

lägre energi kommer däremot inte att påverka elektronerna alls, eftersom att elektronernaendast kan anta diskreta energinivåer. För de fotoner med mer energi än bandgapet, d.v.s.ljuset med kortare våglängd än 1100 nm, kommer den ytterligare energin att avges somvärmeförluster.

Då ljus med tillräcklig energi exciterar en elektron bildas ett elektronhålpar. Elektronenlämnar valensbandet och tas upp av ledningsbandet där den kan röra sig fritt. Även detpositiva hålet som blir kvar i valensbandet kan röra sig fritt i valensbandets energinivå.Elektronen leds till en framkontakt där den kan kopplas till en yttre krets. Till sist rekom-binerar elektronen med hålet och processen kan börja om igen.

För solcellen är både spänningen och strömmen beroende av bandgapet. Ett stort bandgapger en högre spänningsnivå, eftersom elektronernas potential blir större då de måste över-komma ett stort bandgap. Strömmen är direkt proportionell mot hur många exciteradeelektroner solcellen genererar och gynnas därmed av ett lägre bandgap. Kisel, med ett re-lativt lågt bandgap, premierar bildandet av stor ström relativt att spänningen över cellenär hög. För att öka spänningen i systemet seriekopplas solcellerna till moduler. Detta ökarspänningen additivt, men håller nere strömmen på samma nivå som den lägsta i serien, ienlighet med Kirchhoffs strömlag, ekvation 2.1.

�Iin =

�Iut (2.1)

där Iin är strömmarna in i noden och Iut är strömmarna ut ur noden.

2.1.2 Uppbyggnad

Solceller består av en bakkontakt, en bas, en emitter, en framkontakt och ett antireflexla-ger. De har olika egenskaper som gynnar produktionen av elektronhålpar och leder ström.Fram och bakkontakterna ska ha god ledningsförmåga och framkontakten ska dessutomvara transparent för att ljusen ska nå ner i solcellen. Detta är en avvägning då konduk-tiviteten är bättre ju tjockare lagret är, medan celler för ljusgenomsläpp gynnas av ettså tunt lager som möjligt (Edoff, 2012). För att kunna utnyttja strömmen som bildas avelektronhålparen ska paret bildas i basen och elektronen potentialhöjs upp till emitternoch ut i den yttre kretsen där den kan användas.

Denna rapport behandlar polykristallint kisel, d.v.s. solceller av kisel som skapats av flerakristaller. Polykristallint kisel är billigare att tillverka än monokristallint kisel för att detär lättare att använda flera kristaller och pressa samman dem i en cell än att endast ha enkristall. Den negativa aspekten med de polykristallina cellerna är att de har något lägreverkningsgrad. En schematisk bild över en solcell redovisas i figur 2.2.

5

Figur 2.2: En solcell i genomskärning (PV Education, 2013a).

Solens ljus bildar ett elektronhålpar i basen och elektronen rör sig sedan upp genom emit-tern och framkontakten till den yttre kretsen. Strömmen, d.v.s. elektronerna kommer tillbakkontakten och rekombinerar slutligen med hålen i basen.

2.2 Produktion av el

I simuleringsprogrammet som använts ekvation 2.2 för att beräkna uteffekten från solcel-lerna (HOMER, 2013).

Put = Y fGr

GT,STC

[1 + α(Tc − Tc,STC ] (2.2)

där Put är uteffekten från solcellerna, Y är märkeffekten vid standardförhållanden, f är för-sämringsgraden, GT är global solinstrålning på solcellen för det aktuella tidssteget, GT,STC

är solinstrålningen vid standardförhållanden, α är temperaturkoefficienten i %/◦C, Tc ärtemperaturen på solcellen vid det aktuella tidssteget och Tc,STC är celltemperaturen vidstandardförhållanden.

För att beräkna producerad elektricitet har effekten integrerats över årets 8760 timmar.

2.2.1 Verkningsgrad

Verkningsgraden för en solcell beräknas enligt ekvation 2.3.

6

η =VmpImp

Pin

(2.3)

där mp står för maxpunkt, d.v.s. den spänning och ström solcellen har då störst effektlevereras och Pin är den instrålningseffekt solen levererar till solcellen. Fill factor är ettannat begrepp för att uttrycka solcellens kvalité. Begreppet definieras enligt ekvation 2.4.

FF =VmpImp

VOCISC=

Pmp

VOCISC(2.4)

där FF är fill factorn, VOC är tomgångsspänningen och ISC är kortslutningsströmmen. Fillfactorn uttrycker hur stor effekt som levereras vid maxpunkten, utifrån tomgångsspänningoch kortslutningsström, d.v.s. den teoretiska maxeffekten solcellen kan leverera. Dettaillustreras i figur 2.3.

Figur 2.3: IV-kurva där spänningen, strömmen och effekten relateras (National Instru-ments, 2012).

I figur 2.3 redovisas en IV-kurva, d.v.s. en graf över hur ström och spänning hör ihop i ensolcell. Optimalt vore att ha en konstant ström, lika stor som kortslutningsströmmen, framtill maxpunkten och därefter ett direkt strömfall till noll. Detta skulle skapa en rektangulärgraf, i enlighet med den streckade i figuren. Detta skulle ge FF=1, men är inte praktisktmöjligt. Strömmen och spänningen är beroende av varandra och påverkar uteffekten. Denfärgade rutan, visar hur stor effekten är i maxpunkten och den streckade rutan visar hurstor den teoretiska maxeffekten är. Fill factorn är arean av den färgade rutan genom areanav den streckade.

STC

Solcellers verkningsgrad uppmäts i laboratorier under strikta förhållanden för att de olikateknikerna ska kunna jämföras med varandra. Detta kallas Standard Test Conditions, eller

7

förkortat STC och innebär 1000 W/m2 solinstrålning, en celltemperatur på 25◦C och ettAM1,5-spektrum. AM1,5 står för Air Mass 1,5 och betyder den av solspektra som är kvarefter att ha gått igenom 1,5 gånger atmosfärens tjocklek. Hur mycket av atmosfären sombehöver passeras beror på solens infallande vinkel och därmed var solcellerna är geografisktplacerad på jorden. AM1,5 är nära de verkliga förhållandena för Europa.

STC-verkningsgraden för polykristallina kiselceller är runt 15 %, medan solceller som be-står av flera material och därmed kan absorbera ljus av fler våglängder, kan ha mer ändubbelt så höga verkningsgrader (Zimmermann, 2012).

Temperaturkoefficienten α

Även temperaturen påverkar solcellens uteffekt. För kiselsolceller gäller att kortslutnings-strömmen ISC påverkas svagt positivt av ökad temperatur då ledningsförmågan hos mate-rialet ökar, medan tomgångsspänningen VOC minskar i större utsträckning (PV Education,2013b). Effekten av temperaturförändringen kan ses i figur 2.4.

Figur 2.4: Solcellers påverkan av temperatur (PV Education, 2013b).

Ökad celltemperatur ger lägre spänning och svagt ökad ström. Slutresultatet blir att ut-effekten minskar med ökad temperatur för kiselsolceller, i storleksordningen 0,4-0,5 %mindre verkningsgrad per ökad grad Celcius.

NOCT

NOCT står för Nominal Operating Cell Temperature och betyder den temperatur somsolcellen har vid förhållandena 800 W/m2, lufttemperatur 20◦C, vindhastighet 1 m/s ochen öppen baksida, vilken kan kylas av luften omkring solcellen (PV Education, 2013c).NOCT används främst för att ta reda på vilken verklig temperatur en solcell har vidspecifika omgivande förhållanden ger en bättre uppfattning av hur mycket verkningsgraden

8

påverkas när solcellen är i bruk. Detta är ett komplement till STC-verkningsgraden somendast tar hänsyn till temperaturen själva cellen har och inte omgivande temperatur.

2.3 Skuggning

Skuggning är mycket viktigt att ha med i beräkningar av producerad el från solceller,då det har stor inverkan på den effekt som modulen levererar. Om en hel cell i modulenskuggas kommer uteffekten från hela den seriekopplade strängen gå ner till 0 W. Däremotkan flertalet celler i samma sträng skuggas delvis och ändå leverera effekt, även om denmest skuggade cellen som producerar minst ström kommer vara bestämmande för effektenför hela strängen (Scull, 2011). Figur 2.5 visar tre fall som har samma nedsättning i effektför solmodulen.

Figur 2.5: Tre olika fall av skuggning som ger samma uteffekt (Wholesale Solar, 2013).

Många olika fall av skuggning kan ge samma påverkan på uteffekten och det är därförviktigt att installera solcellerna på ett optimalt sätt för att undvika skuggning i så storutsträckning som möjligt.

Skuggning är den största faktorn till att inte ha för många solceller kopplade i serie,då cellen med lägst ström blir bestämmande för hela strängen. Om för många celler ärseriekopplade kommer således uteffekten minska betydligt om endast en eller ett fåtal sol-celler är skuggade. Förlusterna ökar dock med strömstyrkan enligt Ohms lag och därförgörs en avvägning mellan att ha hög spänning och låg ström, mot risken att skuggningmedför en lägre uteffekt.

2.4 Orientering

Solcellernas riktning spelar stor roll för mängden el som produceras. För norra halvklo-tet ger en sydvänd solcell högst totalproduktion och norrvända lägst. Skillnaden i totalproduktion mellan de olika väderstrecken är beroende av hur vinklade solcellerna är. Försolceller med 30◦lutning ger en solcell vänd mot väster endast 60 % av vad samma cellhade levererat under ett år om den istället varit vänd mot söder (Enström, 1983). Oriente-ringens betydelse beror på att vinkeln på det infallande ljuset som träffar solcellen ändras

9

med var solen står och därmed ändras även uteffekten från solcellen till elnätet. För attmaximera produktion av el bör således solcellen riktas så att solcellen ligger vinkelrättmot solen då den står som högst, vilket för Sverige sker rakt sydvänt och med en lutningpå cirka 42◦.

10

Kapitel 3

Teoretisk potential - Utredning avbefintlig takyta

3.1 Inledning

För att få fram den teoretiska maxeffekten solceller som kan installeras på taken i Sveri-ge har de befintliga takytorna tagits fram. Hur taken är orienterade, formade och vilkenlutning de har är av betydelse för vilken vinkel och därmed med vilken intensitet solenkommer att träffa solcellen med under olika tidpunkter på dagen. Då dessa inparametrarär byggnadsspecifika har potentialen delats upp efter byggnadstyp och analyserats var försig. De olika byggnadstyperna är småhus, flerbostadshus, industri, lantbruk, fritidshus ochlokaler.

Hela Sveriges befintliga takytor kan inte beläggas med solceller och alla ytor är hellerinte lämpliga för solcellsinstallationer. De faktorer som begränsar ytorna är takorientering,intern och extern skuggning, hinder på taken, smuts, snö samt kulturhistoria och intresse-konflikter. Den teoretiska potentialen definieras här som den totala mängden takyta somkan beläggas med solceller.

3.2 Metod

3.2.1 Statistik från SCB

För att ta reda på hur stor takyta som finns tillgänglig har SCB:s databas använts somgrund. Där finns specificerat bl.a. hur många lägenheter som finns i Sverige och hur storbebyggd markyta som finns i varje län, uppdelat på byggnadstyp. Den bebyggda markytanligger till grund för framtagning av den befintliga takytan och har beräknats enligt ekvation3.1.

takyta =markyta

cos(ϕ)(3.1)

där ϕ är vinkeln mellan taket och horisontalplanet.

11

3.2.2 Reduktion av takyta

För att reducera bruttoytan till den realistiska tillgängliga ytan har både absoluta ochrelativa reduktioner gjorts. Religiösa byggnader har inte inkluderats och inte heller debyggnader där taket fyller en funktion som inte går att kombinera med solceller, t.ex.växthus. Dessa absoluta reduktioner har subtraherats direkt från bruttoytan, före de rela-tiva reduktionerna.

Reduktioner till följd av snö, smuts, skuggning och hinder har behandlats som relativareduktioner. Dessa relativa reduktioner resulterar i lägre levererad effekt från solcellernaoch behandlas matematiskt som mindre tillgänglig yta i samma storleksordning som effek-ten väntas minska. På samma sätt behandlas reduktioner till följd av byggnadshistoriskavärden för bostadshus.

3.2.3 Avgränsningar

I SCB:s databas finns data över bebyggd markyta för olika byggnadstyper och län. Dettahar behövt kompletteras med antaganden om orientering, takvinkel och utformning påtaken för att kunna fastställa hur solceller skulle monteras på taken och vilken infalls-vinkel solen får på cellen under dagen och året. Den senaste gången utseendet på Sverigesbostadsbestånd uppdaterades var 1980 och sedan dess har endast antalet byggnader inomvarje byggnadskategori och län uppdaterats, samt dess upptagna markyta. Eftersom tak-vinklar, orienteringar och utformningar inte kartlagts sedan 1980 antas de följa sammamönster nu som då (Enström, 1983). Detta motiveras med att takten för nybyggnation avbyggnader varit låg sedan 1980 och att fördelningen av takvinklar och orienteringar därförinte bör ha ändrats i stor utsträckning (Kjellsson, 1999).

Att använda ekvation 3.1 för att bestämma hur stort taket är medför antaganden omatt taket är slätt och obrutet. Denna förenkling motiveras med att sadeltaken är den ab-solut vanligaste typen av tak för bostadshus och bostadshus står för den största andelenav taken i Sverige. Reduktioner till följd av hinder inkluderar även avdrag för eventuellaavvikelser från sadeltaken, t.ex. balkonger eller fönsterkupor.

Inga tillägg till befintlig takyta har gjorts för takytor som skjuter ut utanför husväggen,då det inte finns statistik över hur stora överhängen är för byggnader. Inte heller avdragför eventuella mellanrum mellan solcellerna har inkluderats då detta till stor del beror påtakens utformning och antalet solceller som hypotetiskt installerats.

Solceller kan integreras i byggnadsfasader, men har inte inkluderats i denna rapport dådet kräver mer information om hur byggnader är placerade i förhållande till varandra föratt få reda på skuggning. Inte heller parker av solceller i marknivå har inkluderats då detstår i eventuell konflikt med andra intressen för markanvändning och kräver mer detaljeradinformation om specifika marker. Den totala potentialen för solproducerad el är såledesstörre än vad denna rapport visar.

Endast solcellssystem anslutna till elnätet har behandlats då utvecklingen i Sverige pekarpå en allt större andel nätanslutna solceller relativt fristående system samt att bidragensom går att få gäller nätanslutna solcellssystem.

12

3.3 Bruttoytor

3.3.1 Småhus

Småhus definieras som villor, radhus, parhus etc. (Skatteverket, 2013). År 2011 fanns dettotalt 2 353 752 taxerade småhus, inklusive fritidsbostäder, i Sverige (Walestad and Verha-ge, 2012). Sedan den senaste Folk- och bostadsräkningen 1990, då en omfattande utredningöver bostadsbeståndet i Sverige gjordes, finns tydlig statistik över beståndet av lägenheteri småhus för varje år fram till 2011 (SCB, 2012b). Detta ska skiljas från utformningen avbyggnader som inte har uppdaterats sedan 1980, Folk- och Bostadsräkningen har endastkartlagt antalet enheter, inte utformningen av dem. Utvecklingen av antalet lägenheter ismåhus, absolut och procentuellt, kan ses i figur 3.1a och 3.1b.

(a) Antal lägenheter i småhus. (b) Relativ förändring av antalet lägenheter.

Figur 3.1: Utvecklingen av antalet lägenheter i småhus från 1990 till 2012.

Antalet lägenheter i småhus har ökat mycket litet de senaste 20 åren. 2009 skedde en tydlignedgång på drygt 2 % som beror på att beräkningsmetoderna förändrades något, men iövrigt har ökningen legat stabilt på mindre än 0,5 % per år. Detta talar dock inte om hurmånga småhus som har byggts under dessa år, men med rätt antaganden kan trenden förantal lägenheter i småhus relateras till det totala antalet småhus. För att dra slutsatsenatt även antalet småhus följer utvecklingen av lägenheter antas att storleken på småhusenoch därmed hur många lägenheter som byggs i varje hus är densamma som 1990. Stämmerdetta följer antal småhus samma relativa förändring som antal lägenheter i småhus ochdärmed kan konstateras att utvecklingen av beståndet för småhus gått mycket långsamt.

Även om förhållandet lägenheter per småhus ökat relativt mycket ger detta inte speci-ellt stort fel då byggnadstaken varit så låg och den största delen av småhusbeståndetbyggts före 1990 då de finns väldokumenterade.

Utformning av tak

I Sverige har olika trender kommit och gått för utformning av hus och vilken typ av taksom ska konstrueras. De olika taktyperna redovisas i figur 3.2.

13

Figur 3.2: Taktyper från vänster: motfallstak, mansardtak, platt tak, sadeltak och pulpet-tak (Ekmans specialisolering AB, 2013).

Sadeltaket har dominerat i Sverige sedan länge och 1980 var 85 % av taken utformade somsadeltak. De har haft smått varierande vinkel, men medeltaklutningen bland sadeltakenvar 31◦1980. De brutna sadeltaken, mansardtak, har två olika vinklar, men medellutningenmellan dessa två vinklar är 30◦ (Enström, 1983). För pulpettaken är lutningen betydligtlägre, endast 6◦ och de inåtlutande taken har en vinkel på cirka 4◦ (Nygren, 2003). Dåsadeltaken har en tydlig dominans och därmed har en avgörande roll för resultatet räknasalla tak med en tiltvinkel, d.v.s. vinkeln mellan taket och horisontalplanet, på mindre än10◦ som platta. Detta motiveras med att den ökade noggrannheten ger försumbart bättreresultat och övriga antaganden har större betydelse för resultaten. De platta taken utgörendast 9 % av den totala takytan, varav 5 % har 6◦ respektive 4◦ luting och felet frånantagandet om 9 % platta tak väntas därmed bli litet. Fördelningen av takytor för små-husen sammanfattas i tabell 3.1.

Tabell 3.1: Fördelningen av takvinklar för småhus, indelat efter taktyp.

Taktyp Takvinkel [◦] Relativ storleksyta [%]Sadeltak 31 85Mansardtak 30 6Pulpettak 6 4Platt tak 0 2Motfallstak 4 1Övrigt 0 2

Vid nybyggnation av småhus idag är det fortfarande vanligast med sadeltak, där vinkelnpå taket varierar beroende på antal våningsplan och smak (Villa Varm, 2013). Då bådevinklar mindre än och större än 30◦ är vanligt anses vinkelfördelningen från 1980 vararimlig. Denna fördelning ger en medellutning för tak på småhus på 31◦ för de 91 % somär vinklade, samt 9 % som är plana och således har lutningen 0◦.

Renoveringar, ombyggnationer och tillbyggnader kan ha ändrat takvinkeln på husen sedande byggdes och räknades med i Enströms rapport från 1983, men dessa eventuella föränd-ringar av hur taken är utformade är inget som tagits hänsyn till då sadeltaken fortfarandeär dominanta vid nybyggnation av hus. 2011 tog småhusen upp 286 610 297 m2 markytai Sverige, inklusive biytor som garage och andra kalla utrymmen (SCB, 2013). Hur dessaytor är fördelade på typ av småhus och län, redovisas i bilaga A.1.

14

Komplementbyggnader

Komplementbyggnader definieras som alla typer av fristående byggnader som hör till enannan byggnad, t.ex. friggebodar, industrilager och växthus (Otterbjörk, 2013). Även dessaska räknas in i potentialen för total takyta och reduceras till hur stor yta som kan beläggasmed solceller. Då uppgifter saknas om utformning på komplementbyggnader antas de följaorienteringen för småhus och ha sadeltak med taklutningen 30◦. Komplementbyggnadernatog år 2011 upp 328 090 540 m2 markyta (SCB, 2013).

Resultat - Småhus, komplementbyggnader

Efter en pålagd faktor för takvinkeln enligt ekvation 3.1 sammanställs den totala takytanfrån småhus till 347 km2, med medeltaklutningen 31◦ för 91 % av småhusen och lutningen0◦ för resterande 9 %. För komplementbyggnaderna blir de totala takytorna 379 km2 med30◦ takvinkel. Totalt genererar detta 726 km2 takyta.

3.3.2 Flerbostadshus

2011 fanns det 2 521 157 lägenheter i flerbostadshus i Sverige (SCB, 2012b), med en totalbebyggd markyta på 69 058 081 m2 (SCB, 2013). Taken för flerbostadshus är ofta mycketväl lämpade för solceller då de är höga och därmed har mindre hinder för solinstrålningen iform av natur eller andra byggnader. Utformningen av tak på flerbostadshus har sett olikaut i olika tider och beroende på antal våningar i fastigheten. De högre av flerbostadshusenhar generellt platta eller nästan platta tak och utgör cirka 30 % av det totala antalet fastig-heter av denna typ. Resterande flerbostadshus är vanligen mer vinklade och fördelningenav taklutningar från 1980 redovisas i tabell 3.2.

15

Tabell 3.2: Fördelningen av takvinklar för flerbostadshus.

Taktyp Takvinkel [◦] Relativ storleksyta [%]Sadeltak 24 67Mansardtak 28 3Pulpettak 5 8Platt tak 0 14Motfallstak 7 6Övrigt 0 2

70 % av taken är lutade mer än 10◦, med en medellutning på 24◦. Resterande 30 % avtaken är platta eller nästan platta och hanteras på samma sätt som för småhusen. För attberäkna tillgänglig takyta har således 70 % av taken beräknats med en taklutning på 24◦och 30 % av taken räknats som horisontella.

Ospecificerade byggnader

Förutom små- och flerbostadshus finns även så kallade ospecificerade bostadshus. De ärsådana byggnader där det antingen saknas uppgifter om utformning eller att de inte fallerin under övriga bostadskategorier. De ospecificerade byggnaderna upptar 37 383 555 m2

markyta (SCB, 2013). Eftersom de saknar ytterligare information antas de vara viktatfördelade efter upptagen markyta mellan små- och flerbostadshusen och att följa fördel-ningen inom respektive byggnadskategori. Beräkning av medelvärdesviktningen kan ses ibilaga A.2.

Resultat - Flerbostadshus, ospecificerade byggnader

Den totala tillgängliga takarean för flerbostadshus var 2011 84,2 km2, varav 70 % medlutningen 24◦ och 30 % horisontella tak.

Takarean för de ospecificerade bostadsbyggnaderna bestäms till 43 km2, varav 35 km2

räknas till småhus och 8 km2 till flerbostadshus.

3.3.3 Industri

Det finns 159 853 industribyggnader i Sverige, uppdelat på framför allt lagerbyggnader,bensinmackar, maskinindustrier, reparationsbostäder etc. (Walestad and Verhage, 2012).

Industribyggnaderna tar upp 101 990 853 m2 markyta, vilket ger 638 m2 per industri-byggnad (SCB, 2013). Denna kvot är betydligt större än för bostadshusen, men då det ärvanligt att industribyggnader är betydligt större än bostadshus anses detta rimligt.

Information om takvinkel för industrier finns inte, men då många industrier, t.ex. bensin-stationer eller värmeverk, har platta tak anses alla industritak vara platta. Att anta atttaken är platta har både positiva och negativa effekter på resultatet. De platta taken antasmonteras med solceller som har 30 ◦ lutning, vilket ger ett gynnsammare resultat då dennavinkel ligger närmre den ultimata tiltvinkeln för solceller i Sverige. Att orienteringen av

16

taken inte behöver inkluderas är en av de positiva effekterna. Detta beror på att plattatak inte påverkas av vilken orientering byggnaden har. För de platta taken försvinnerdock takyta då hänsyn måste tas till internskuggning mellan solcellerna och radavståndetger således en negativ effekt på resultatet. Dessa både positiva och negativa effekter påuteffekten bör göra antagandet rimligt.

Resultat - Industribyggnader

Med platta tak blir tillgänglig takyta lika stor som bebyggd markyta, d.v.s. 102 km2, medtakvinkeln 0◦.

3.3.4 Lantbruk

Det fanns 373 079 st taxerade lantbruksfastigheter 2011. Av dessa är 225 855 st bebyggda,14 300 st ligger i kategorin byggnader med ett värde under 50 000 kr och 2 839 st ärväxt- eller djurstall (Walestad and Verhage, 2012). Bostadshusen som ligger på jordbruks-mark inkluderas i tidigare beräkningar av bostadshusen och ska således inte inkluderasäven i dessa beräkningar. Till lantbrukskategorin hör endast ekonomibyggnaderna, d.v.s.de byggnader som hör till lantbruket, men inte tillhör bostadshusen.

Det finns 159 898 fastigheter med en biutrymmesyta, d.v.s. en ekonomibyggnad (SCB,2012a). Ekonomibyggnaderna tar 7 013 294 m2 markyta i anspråk, vilket innebär 44 m2

per byggnad (SCB, 2013). Detta kan jämföras med genomsnittsstorleken för biutrymmes-ytorna på 42 m2 för år 2000 och framåt (SCB, 2012a). Då avvikelsen endast är 2 m2 kanmarkytan anses rimlig för att endast inräkna själva byggnaderna och inte ytterligare t.ex.altaner eller dylikt.

Resultat - Lantbruk, ekonomibyggnader

För ekonomibyggnader är sadeltaken den vanligaste takutformningen och alla ekonomi-byggnadstak antas därför vara av sadeltyp, med samma medellutning som för småhusen,31◦. Detta ger en beräknad takyta på cirka 8,2 km2 för ekonomibyggnaderna enligt ekva-tion 3.1.

3.3.5 Fritidshus

Det finns 596 000 fritidsbostäder i Sverige (Hellberg and Nilsson, 2012b). 54 000 fastigheterär mindre än 30 m2, 501 000 st är 30-120 m2, 37 000 st är 121-200 m2 och 5 000 st är störreän 200 m2. För att uppskatta den totala takytan för fritidshusen antas jämn fördelninggälla och därmed kan medelvärdet i varje intervall räknas som schablon för fritidshuseni det specifika storleksintervallet. Fritidshus mindre än 30 m2 antas vara jämnt fördeladekring 20 m2 då andelen fritidshus under 10 m2 anses vara försumbart få. De större än 200m2 antas ha ett medelvärde på 250 m2. För de största fritidshusen, de som är större än 200m2 antas att byggnaderna har 1,5 våningar per byggnad. Tydliga tabeller med beräkningarkring fritidsbostadsytan finns i bilaga A.3.

Av de 596 000 fritidshusen är 411 000 st utformade som småhus (Walestad and Verhage,2012), men eftersom information om övrig utformning saknas antas även övriga fritidshus

17

följa småhusens takutformning. Trots detta antagande om utformning har inte fritidshu-sen inkluderats i kategorin småhus, då fritidshus ska reduceras till följd av andra skäl änsmåhusen, vilket specificeras i avsnitt 3.4.7. Den horisontella ytan för fritidshusen är 45km2 och efter tillägg enligt ekvation 3.1 beräknas takytorna till totalt 52 km2.

Resultat - Fritidshus

Den totala bruttoytan för fritidshus är 52 km2, med takvinkeln 30◦.

3.3.6 Lokaler

De lokaler som hanteras i denna rapport är hotell, restauranger, elevhem, kontor ochförvaltning, livsmedelshandel, övrig handel, vård, skola, idrottsanläggningar, kyrkor ochkapell, teater, konserthus och biografer, varmgarage samt övriga lokaler (Hellberg andNilsson, 2012a). Totalt upptar de en markyta på 96 613 803 m2 (SCB, 2013).

Det händer att lokaler ligger i befintliga byggnader, t.ex. restauranter eller frisörer i bo-stadshus och diskussion om huruvida bebyggd lokalyta verkligen medför ett tak att instal-lera solceller på har därmed lyfts. Dock antas i denna rapport att de lokaler som ligger ibostadshus inräknas i just bostadshus och att de lokaler som är självstående och därmedhar ett tak är de som beskrivits i det opublicerade materialet från SCB (Moström, 2013).Detta gör att den bebyggda markyta som använts som bas endast gäller fristående lokaleroch inte de som inkluderats i bostadshus. Dessa antaganden ger mest missvisande resultatom lokalytorna som ligger i bostadshus även inräknas i lokalytor och därmed räknas dub-belt i statistiken. Ingen information om detta har kunnat hittas varför antagandet ansesgällande.

Lokaler varierar mycket i utformning och syftestypiskt utseende. Trots att många olikatyper av byggnader tillsammans klassas som lokaler finns en dominerande tiltvinkel på 28◦för 61 % av lokalernas tak (Enström, 1983). Lokaler har även en relativt stor andel plattatak. En fördelning av hur taken är lutade redovisas i tabell 3.3.

Tabell 3.3: Fördelningen av takvinklar för lokaler.

Taktyp Takvinkel [◦] Relativ storleksyta [%]Sadeltak 28 61Mansardtak 19 7Pulpettak 9 5Platt tak 0 19Motfallstak 3 4Övrigt 0 4

Andelen tak med större vinkel än 10◦ är 68 %, vilket är lågt relativt de andra byggnads-typerna. Dessa tak har medellutningen 27◦. De resterande taken utgör 32 % och har entakvinkel mellan 0◦ och 9◦ och hanteras därmed som platta tak.

18

Resultat - Lokaler

Den totala tillgängliga takytan på lokalbyggnader beräknas till 114 km2, där 68 % av takenhar sadeltak av lutningen 27◦ och resterande 32 % av taken har platta tak.

3.3.7 Sammanfattning total takyta

Varje byggnadstyps tillgängliga takyta finns sammanställt i tabell 3.4. Sammantaget ärSveriges tillgängliga takyta cirka 1 091 km2. Specificerade beräkningar för bruttoytornaåterfinns i bilaga A.4.

Tabell 3.4: Bruttoyta specificerat efter byggnadstyp.

Småhus F.b.hus Industri Lantbruk Fritidshus LokalerBruttotak- 780 93 102 8 52 114yta [km2]

3.4 Reduktion av takytor

Inte all tillgänglig yta går att använda eller kommer att leverera maxeffekt under alladagens timmar även vid optimala instrålningsförhållanden. Det finns många olika sortersreduktioner som inverkar på hur stor del av den framräknade takytan som kan ansesrealistisk att installera solceller på. Reduktioner uppkommer då ytan ockuperas av någotannat, som fönster, skorstenar etc. eller då byggnadens syfte inte gör den lämplig försolceller. I detta avsnitt har de olika begränsande faktorerna definierats och analyserats.

3.4.1 Orientering

Hur takytorna är väderstrecksmässigt orienterade är den enskilt största begränsande fak-torn för hur mycket takyta som är tillgängligt för solelproduktion. Inte alla riktningar avtak är lämpliga, norrvända tak får betydligt mindre ljus än södervända, där skillnadenberor på hur vilken tiltvinkel taket har. Endast lutade tak från väst, via syd till ost, haranvänts. Detta val av orientering ger i de sämsta orienteringsfallen en effektreducering till60 % av vad samma taklutning skulle gett i en södervänd orientering (Enström, 1983). Förlutade tak kommer således endast hälften av takytan att användas i beräkningarna.

För platta tak gäller att solcellerna kommer att installeras lutade på ställningar, parallelltnågon av med byggnadens väggar och riktas mot den fasad som är mest sydvänd. Dettager att hela takytan kan användas ur ett orienteringsperspektiv, d.v.s. ingen del av taketär riktat mot norr. Solcellerna kommer då att i det minst gynnsamma fallet vara riktade45◦ från söder, vilket tydliggörs i figur 3.3 som visar de båda extremfallen för orienteringenav platta tak.

19

Figur 3.3: Den vänstra byggnaden motsvarar den för taken sämsta orienteringen och denhögra byggnaden den mest gynnsamma. Pilen visar riktningen för norr.

Byggnadsskissen till vänster visar att solcellerna riktas antingen mot sydväst eller motsydost i det sämsta orienteringsscenariot. Den högra byggnadsskissen visar det mest gynn-samma fallet, då solcellerna kan riktas rakt mot söder.

Lutningen för solcellerna på de platta taken är satt till 30◦ och radavståndet är 2,5 gångerså långt som solcellens höjd (Noord and Ärlebeck, 2011). Detta radavstånd är en tumregelför att i tillräckligt stor utsträckning undvika intern skuggning mellan solcellsmodulernaoch gäller för 30◦ lutning av solcellerna. Anledningen till att inte luta solcellerna optimaltför svenska förhållanden, d.v.s. 42◦, är att internskuggningen spelar allt större roll ju mersolcellerna lutas. Det gör att radavståndet måste öka, vilket resulterar i färre installeradesolceller per meter tak. 30◦ är den brantast rekommenderade lutningen för solceller påplatta tak (Noord and Ärlebeck, 2011). Detta avstånd är dock mellan den främre solcells-radens bakre kant till den bakre solcellsradens främre kant. En förklarande skiss kan ses ifigur 3.4. Avståndet mellan två identiska punkter på två på varandra följande rader är 3,4gånger solmodulens höjd och andelen takyta som används för solceller är 40 %.

Figur 3.4: Avståndet mellan den främre solcellsradens baksida och den bakre solcellsradensframsida är 2,5 gånger solmodulhöjden (Noord and Ärlebeck, 2011).

Hur orienteringen av byggnaderna såg ut 1980 redovisas i tabell 3.5 (Enström, 1983). Fråntabellen kan utläsas att orienteringen är relativt jämnt fördelad över alla väderstreck,med något mer nordsydlig orientering av taken för småhusen och något mer östvästligorientering av taken för flerfamiljshusen och lokalerna.

20

Tabell 3.5: Orientering av takytor för tre olika byggnadstyper 1980.

Byggnadstyp, relativa takytor [%] NV-NO NO-SO SO-SV SV-NVSmåhus 26 24 26 24Flerbostadshus 24 26 24 26Lokaler 23 27 23 27

Senare uppdaterad data över orientering av hus har inte hittats och all nybyggnation antasdärför ske i en jämn fördelning över väderstrecken, d.v.s. 25 % i varje väderstrecksintervall.Inte heller data över resterande byggnadstyper har hittats och antas därför följa sammamönster. Detta bör ge liten avvikelse på grund av den låga tillväxten av byggnader sedan1980-talet.

3.4.2 Hinder på tak

Hinder som finns på tak utgör två problem: de ockuperar plats som annars hade kunnatbeläggas med solceller och de skuggar celler som är installerade i anslutning till hindret.Vid en felaktig installation kan ett hinder skugga en hel cell och därmed omöjliggöraelproduktion i hela den strängen. Beroende på om hindren är samlade eller utspriddakommer de att ha olika effektnedsättning på grund av skuggningen. Utspridda hinder kanha en negativ effekt upp till tre gånger så stor som om de är samlade, eftersom det blirsvårare att få plats nog för solcellerna samt att skuggningen blir mer utspridd och därmedfår större negativ effekt (Kjellsson, 1999). Bebyggelsens ålder har ingen entydig påverkanpå hur hindren är fördelade på taken, men det finns mönster som beror på vilken typ avbyggnad det är. Den relativa förlusten beroende på typ av byggnad redovisas i tabell 3.6.

Tabell 3.6: De byggnadstypsspecifika, relativa förlusterna från hinder på tak.

Byggnadstyp Relativ förlust[%]Småhus 10Flerbostadshus 20Industri 20Lantbruk 5Fritidshus 10Lokaler 20

Lokaler, flerbostadshus och industrier har högst reduktioner till följd av hinder på taken ochlantbruk har lägst. Dessa fördelningar anses rimliga då industrier och lokaler ofta utnyttjartakens yta till rördragning etc. och att ekonomibyggnaderna oftast inte har kompliceradeventilationssystem eller dylikt som tar plats på taken.

3.4.3 Skuggning

Många olika faktorer kan orsaka skuggning på solcellerna, där natur, intilliggande byggna-der samt fastsittande saker på taket är några exempel. I flertalet av fallen med skuggningär det svårt att göra något åt saken och en analys av hur stor inverkan skuggning har

21

är därför nödvändig. För intilliggande byggnader som skärmar av solinstrålningen är detviktigt att analysera var solen når taken under vilken tid på dagen och året. Detta är ettbetydligt större problem för solceller monterade på fasader, men flerbostadshus som liggeri närheten av lokaler eller andra byggnader av lägre höjd kan ge mycket begränsad ytasom är lämplig för solceller hos de intilliggande byggnaderna.

Även högt växande natur kan ge en begränsning i hur mycket solinstrålning som nårtaken. Ett träd med en stor trädkrona kan ha stor inverkan på effekten från solcellernaom skuggningen faller så att hela celler blir skuggade. Storleken av naturens begränsandeeffekt för solceller är svårt att avgöra då den varierar med årstider, nedklippning och mednaturlig variation i naturens bestånd och tillväxt.

En studie från Schweiz har undersökt hur mycket av uteffekten som reduceras till följdav skuggning (Kjellsson, 1999). Resultaten från studien bör kunna relateras till Sverigesklimat då Schweiz, liksom Sverige har de flesta av sina byggnader i stadsförhållanden.Sverige är mer glesbefolkat än Schweiz, vilket gör att fler byggnader i Sverige än i Schweizligger med större avstånd till varandra och därmed kan påverka resultatet, men resultatenpåverkas även av att Sverige ligger på nordligare breddgrad och därmed har en annanvinkel på solinstrålningen. Detta bör dock inte vara en avgörande skillnad, då de flestabyggnaderna och därmed den dominerande takytan ligger i städer. Resultatet från studienredovisas i tabell 3.7.

Tabell 3.7: De byggnadstypsspecifika, relativa förlusterna från skuggning.

Byggnadstyp Relativ förlust[%]Småhus 10Flerbostadshus 15Industri 10Lantbruk 10Fritidshus 10Lokaler 20

Lokaler och flerbostadshus har högre andel skuggning än resterande hus. Detta berortroligtvis på att dessa typer av byggnader står tätare och därmed skuggas av varandra.Lokaler är generellt sätt lägre än flerbostadshus och har således större risk att skuggas avintilliggande byggnader.

3.4.4 Snö

Andelen skuggning från snö varierar kraftigt med vindstyrka, geografiskt läge, lutningpå solcellerna, temperatur och skötsel. Detta gör att det geografiska läget, framföralltlatituden, för var cellerna befinner sig i Sverige har betydelse för hur mycket snö somkommer att täcka cellerna på vintern. Solinstrålningen över denna tid på året är generelltlåg i Sverige och i norra Sverige där solinstrålningen är låg är snömängden större än i södraSverige där solinstrålningen är något högre. Eftersom andelen solljus är låg på vintern ihela Sverige har en reduktion på 5 % av den totala årsproduktionen använts. Snömängdenhar antagits vara jämnt fördelad över Sverige (Enström, 1983). Denna förenkling anses inte

22

ha betydande effekt på resultatet just eftersom de månader då snömängden är betydandeendast är en liten del av den totala solinstrålningen.

3.4.5 Smuts

De största problemen med smuts gäller för solceller i starkt förorenade områden. Sverige ärrelativt väl förskonat mot luftföroreningar, men i stadsområden, där de flesta takytor finnsär effektnedsättningen inte försumbar. Pollen är svårt att tvätta bort och har betydandeeffektnedsättande egenskaper för solcellerna. Under ett försök som utfördes på en mindreförsöksanläggning resulterade smuts på solceller, inklusive pollen, 3-5 % reducering av denlevererade effekten (Enström, 1983). I brist på mer utbredda studier av smutsens inverkanpå den levererade effekten har 5 % reduktion antagits i denna rapport.

3.4.6 Byggnadshistoriska faktorer

Lokaler

Inte alla lokaler lämpar sig för installation av solceller. Kyrkor och andra religiösa bygg-nader har ett kulturhistoriskt värde och det är inte rimligt att anta att solceller kommeratt installeras på dem. Dock är inte alla kyrkor estetiskt värdefulla, men alla religiösa bygg-nader har exkluderats. Då de antas att endast ha ett våningsplan blir den borträknadetakytan lika stor som den i religiösa byggnader uppvärmda golvytan, så när som på atttaket är lutat därmed även behöver räkna bort cosinusfaktorn, enligt ekvation 3.1.

Flertalet lokaler är däremot mycket lämpliga som bas för solceller, däribland idrottsanlägg-ningar, skolor och kontor. Alla lokaler utom religiösa byggnader har antagits vara lämpligaför solcellsinstallation.

Bostäder

Under en undersökning av bostadshusen i slutet av 70-talet uppdagades att 20 % av bo-stadshusen hade ett kulturhistoriskt värde och att hälften av dessa inte skulle beröras alls(Enström, 1983). I denna rapport har 10 % av bostadshusens takyta därför räknats bort.Att siffran 10 % fortfarande är gällande motiveras med att utbyggnadstakten för bostädervarit mycket låg och att de flesta av de byggnader som anses vara av kulturhistoriskt vär-de är äldre byggnader. Således bör vara ungefär lika många nu som för 35 år sedan, medviss differens i att vissa av husen tillkommit som byggnadshistoriskt värdefulla och andrarivits på grund av ålder eller förändrad syn på byggnaden. Även fritidshus faller underreduktionen 10 %.

Förutom de ovanstående byggnaderna bör även nämnas att det för komplementbyggnaderinte är rimligt att installera solceller på växthus då ljusinsläppet genom taket är nödvän-digt för byggnadens verksamhet. 2008 utgjordes 2 370 000 m2 utgjordes av uppvärmdaoch 287 750 m2 av ouppvärmda växthus (Christensen and Larsson, 2010). Växthus antasatt bara ha ett våningsplan och subtraheras på samma sätt som de religiösa byggnaderna.

23

Övriga byggnadstyper

För industri och lantbruk kan antas att inga reduktioner för byggnadshistoriska värdenbehöver göras. De flesta industrier har fokus på att använda byggnader som är praktisktlämpade för den bedrivna verksamheten. Det medför att andelen byggnader som använtsi tidig industri, som kan anses ha ett industrihistoriskt värde och därmed ej beläggas medsolceller är försumbart. Även lantbruk anses ha en försumbar andel byggnader kultur-historiskt värde då de är bruks- respektive privata byggnader.

3.4.7 Fritidshus anslutna till elnätet

Endast 92 % av fritidshusen var år 2001 anslutna till elnätet (Munkhammar and Eriksson,2002) och detta antas vara gällande fortfarande och jämnt fördelat över beståndet avfritidshus. Endast 92 % av den framräknade takarean anses därmed tillhöra potentialenför solel.

3.4.8 Sammanfattning reduktioner

Det finns både relativa och absoluta reduktioner av den befintliga takytan. För att geen rättvis bild av nettoytan har de absoluta reduktionerna, d.v.s. avdrag för växthus ismåhuskategorin och avdrag för religiösa byggnader bland lokaler, gjorts före de relativareduktionerna. De absoluta avdragen redovisas i tabell 3.8 och de relativa i tabell 3.9.

Tabell 3.8: Absoluta reduktioner, specificerat efter byggnad och reduktionstyp.

Reduktionsfaktor Småhus Lokaler[km2]Byggnadshistoriska 0 3,1faktorerVäxthus 79 0

24

Tabell 3.9: Relativa reduktioner, specificerat efter byggnad och reduktionstyp.

Reduktions- Småhus Flerbostads- Industri Lantbruk Fritids- Lokalerfaktorer [%] hus hus

Skuggning 10 93 10 10 10 20Radavstånds-reducering 60 60 60 0 0 0

Hinder 10 20 20 5 10 20

Snö 5 5 5 5 5 5

Smuts 5 5 5 5 5 5Byggnads-historia 10 10 0 0 10 0

Orientering 50 50 0 50 50 50Elnäts-anslutning 0 0 0 0 8 0

Alla reduktioner i tabell 3.9 ska inte appliceras på alla takytor i alla byggnadstyper. Endast68 % av lokalerna har lutade tak, vilka reduceras med 50 % till följd av orientering, medande resterande 32 % istället reduceras till följd av avstånd mellan raderna av solceller föratt undvika intern skuggning. Småhus har reduktioner för att växthus inte lämpar sig försolcellsinstallationer. En genomgående beskrivning av vilka belopp takytorna reduceratsmed återfinns i bilaga A.5.

3.5 Nettoytor

För att räkna ut nettoytorna från bruttoytor och reduktionsfaktorer har ekvation 3.2använts för de platta taken och ekvation 3.3 för de lutade.

Anetto,platt =j�cj(Abrutto − cabsolut)

= cskuggcradavstchindercsnocsmutscbygg.hist.cel(Abrutto − cvaxthuscreligion)

(3.2)

Anetto,lutad =j�cj(Abrutto − cabsolut)

= cskuggcorientchindercsnocsmutscbygg.hist.cel(Abruttocvaxthuscreligion)

(3.3)

25

där cj är den faktor bruttoytan reduceras med för varje enskild parameter och de övrigac-faktorerna hänvisas till tabell 3.9.

Resultatet för hur stora nettoytorna blir redovisas i tabell 3.10 och hur de är fördelademellan platta och lutade tak redovisas i bilaga A.6.

Tabell 3.10: Nettotakyta, specificerat efter byggnadstyp.

Småhus Flerbostads- Industri Lantbruk Fritids- Lokalerhus hus

Nettoyta[km2] 247 23 20 3 28 18

Tabell 3.10 visar en tydlig dominans för småhusens takytor, motsvarande 70 % av de totalanettotakytorna. Detta visar även att de antaganden som gjorts för småhusen kommer hastörst inverkan på det totala resultatet för solelproduktion.

3.6 Fördelning av takytor i Sverige

För att ta fram hur mycket el som kan produceras i Sverige har den geografiska fördel-ningen av takytorna i Sverige bestämts. Det finns statistik över hur mycket markyta varjebyggnadskategori tar i anspråk uppdelat på län, förutom för fritidshus där endast antalenheter finns beskrivet för varje län (SCB, 2013; Hellberg and Nilsson, 2012b). Siffrornaför fritidshusens fördelning gäller för 2012, men anses vara representativt även för 2011.

Antaganden om att Sverige inte har några geografiskt skilda trender i taklutningar ellerorienteringar var nödvändigt att göra för alla byggnadskategorier, d.v.s. att byggnadernaär utformade på samma sätt, oavsett var i landet de placerade. För fritidshus har ävenantagits att storleksfördelningen är jämn över landet. Fritidshusen står för en relativt litendel av den totala takytan vilket gör att detta antagande inte bör ha stor effekt på slut-resultatet.

En tabell med hur ytorna för småhus, flerbostadshus, lantbruk, industri och lokaler samthur enheter av fritidshus är fördelade i Sveriges län finns i bilaga A.7. Komplement-byggnaderna har antagits följa småhusens fördelning, både till antal och storlek. De ospe-cificerade byggnaderna har antagits följa fördelningen av småhus och flerbostadshus enligtden tidigare viktade fördelningen.

26

Kapitel 4

Teknisk potential - Produktion av eloch elnätets begränsningar

4.1 Inledning

Flera parametrar har bestämts för att kunna ta fram hur mycket el som potentiellt kangenereras av solen i Sverige. Den befintliga nettoytan är fastställd till totalt 319 km2. Dettahar matchats mot hur ytorna är orienterade, vinklade samt mot solinstrålningen för denaktuella platsen. En utredning om hur solinstrålningen ser ut över Sverige har gjorts ochbeskrivs tillsammans med hur mycket el detta genererar.

4.2 Metod

4.2.1 Solinstrålning

Solinstrålningen är den mest kritiska av parametrarna för produktion av el från solceller.För att få fram en rättvis bild över hur intensiv solinstrålningen är har data över globalsolinstrålning från 12 väderstationer runt om i Sverige från 1999 till 2012 analyserats.Medelvärdet för varje specifik timme på året från dessa 14 år har bestämts och med hjälpav dessa medelvärden har ett normalår skapats för solinstrålningen i varje väderstation.Detta för att undvika årliga avvikelser.

Varje län och tillhörande byggnadsytor har kopplats samman med en väderstation, därvalet fallit på den väderstation som ligger närmast, oftast inom länet. I några län finns detflera stationer, samtidigt som det i andra län inte ligger någon väderstation alls. I falletmed flera väderstationer valdes den station som låg närmast det område med störst befolk-ning, t.ex. valdes Umeås väderstation över Luleås, då Umeå har större befolkningsmängdoch därmed större andel av länets byggnader. Då ingen väderstation finns i länet tilldela-des den närmsta möjliga station från närliggande län. Väderstationerna med tillhörandekoordinater och tillfallande län återfinns i bilaga A.8.

I tidigare studier för Sveriges solelpotential har färre väderstationer fått representera stör-re områden, men detta har inte ansetts tillräckligt noggrant. Medelinstrålningen i Sverigevarierar både med breddgrader, då dagen är olika lång i olika delar av Sverige, och med

27

längdgrader på grund av vädertrender. Denna noggrannhet anses därför vara nödvändig föratt spegla verkligheten. Detta återspeglas i figur 4.1 där Stockholm har högre solinstrålningän Lund mitt i sommaren trots den högre breddgraden.

Figur 4.1: Månadsvisa instrålningsdata för Kiruna, Stockholm och Lund.

4.2.2 Temperatur

För att bestämma påverkan på grund av temperatur på uteffekten har temperaturdata för2005 till 2012 analyserats (STRÅNG, 2013). Även här har normalår bestämts för varje spe-cifik plats genom att ta medelvärdet för varje timme. Det finns inte statistiskt säkerställddata för temperatur vid alla väderstationer, då de mätningar som gjorts och redovisatsfrån SMHI visat sig vara ofullständiga. Då data endast uppmätts var tredje timme harföregående värde antagits gälla fram till nästa mätvärde och där mätvärden saknats ellervarit felaktiga har dessa värden inte räknats med, utan de övriga årens mätvärden har fåttbilda normalåret.

En analys gjordes för att ta fram hur stor påverkan temperaturen har på solceller i drifti Sverige. Detta för att säkerställa att temperaturpåverkan var tillräckligt stor för attinkluderas, trots vissa bristande data. Testet utfördes för Kiruna, Borlänge och Lund med1 kW märkeffekt, riktat mot söder och en lutning på 30◦. Resultat från denna undersökningredovisas i tabell 4.1.

28

Tabell 4.1: Temperaturens påverkan på uteffekten för tre orter i Sverige.

Kiruna Borlänge LundInklusive temperatur-effekter [kWh/år] 696 791 886Exklusive temperatur-effekter [kWh/år] 660 771 880Relativförändring [%] +5,5 % + 2,6 % + 0,6 %

Hur stor inverkan temperaturen har på uteffekten från solcellerna beror på var i Sverigede är placerade. För Kiruna är skillnaden 5,5 %, medan det i Lund endast skiljer 0,6 %.För att ge en bättre bild av solcellernas betydelse har därför temperaturen inkluderats ialla beräkningar. Detta anses ge en så rättvis bild av Sveriges verkliga solcellspotentialsom möjligt.

4.3 Uppbyggnad av solcellssystemet

Vid installation av solceller mot distributionsnätet behövs förutom solpanelerna ävenväxelriktare som omvandlar likström till växelström med elnätets frekvens. Även en el-mätare som kan hantera flöden i båda riktningarna behövs. En schematisk bild över sol-cellssystemet kan ses i figur 4.2.

Figur 4.2: Solceller i system med elnätet.

Elen genereras i solcellerna som är installerade på taket på byggnaden och leds vidare tillen elmätare som registrerar hur mycket el som genereras. Vid överproduktion matas denel som inte kan konsumeras lokalt ut på distributionsnätet. Då produktionen inte räckertill levererar elnätet den effekt till byggnaden som krävs.

4.3.1 Solcellernas tekniska specifikationer

Solcellerna är av polykristallint kisel med STC-verkningsgraden 15 % (Andersson, 2013).De tekniska specifikationerna presenteras i tabell 4.2.

29

Tabell 4.2: Solcellernas tekniska specifikation (Andersson, 2013).

Teknisk specifikation VärdeMärkeffekt [Wp] 245STC-Verkningsgrad [%] 15,0Temperaturkoefficient [%/◦C] -0,45NOCT [◦C] 46Höjd [m] 1,65Bredd [m] 0,99Area [m2] 1,63

Ur tabell 4.2 har beräknats att den installerade effekten är 150 W/m2. Detta kombineratmed den totala tillgängliga nettoytan ger den installerade toppeffekten hela Sverige. Deinstallerade effekterna för de olika väderstationerna och takvinklarna finns i bilaga A.9.

4.3.2 Växelriktare

Vilken växelriktare som är lämplig att ha beror på vilken effekt som ska installeras idet specifika systemet. Växelriktaren måste kunna hantera hela effekten som levereras ivarje ögonblick från solcellerna. Det går att bygga system med en växelriktare för ett heltsystem, eller flera som hanterar delar av uteffekten. För de tre system som analyserats ilönsamhetskalkylen gäller specifikationerna i tabell 4.3.

Tabell 4.3: Växelriktarnas tekniska specifikation (Nilsson, 2013).

Växelriktareffekt [kW] 2,2 3 5Kostnad [kr] 8000 9250 14375Garanterad livslängd [år] 12 12 12

4.4 Simulering i HOMER

HOMER, Hybrid Optimization Model for Electric Renewables, är ett program som simu-lerar både nätanslutna och fristående, distribuerade kraftsystem och framför allt systemmed förnybara energikällor. I HOMER kan ett antal parametrar varieras och programmettar då fram det optimala systemet för produktion av el, kortast återbetalningstid ellerstörst vinst. Det går även att simulera flera fall i samma körning vilket gör att under-sökningar som ”Hur mycket behöver elpriset gå upp för att solceller ska vara lönsamt utansubventioner” kan undersökas.

Global solinstrålning och temperaturdata på timbasis för varje län har använts som indatai HOMER. Systemet har byggts upp länsvis med en viss installerad effekt som motsvarartakytan i länet, en växelriktare och ett starkt nät. Det har tillsammans med tilt- och azi-mutvinklar gett ett ungefärligt resultat till hur många kWh byggnadsintegrerade solcellerpå tak kan ge i Sverige. Då programmet inte kan hantera en jämn orientering mellan två

30

väderstreck har ytan delats upp i fem lika stora delar riktade rakt västligt, sydväst, syd,sydost respektive rakt ostligt. Detta antal vinklar anses ge ett tillräckligt noggrant resultat(Widén, 2013). Varje läns specifika elproduktion redovisas i bilaga A.10.

4.5 Resultat - Sveriges potential för el producerad från sol-celler

För takmonterade solceller i Sverige är potentialen för 2011 års byggnader 47,9 GW, vilketgenererar cirka 49,0 TWh el per år. Detta är den teoretiska potentialen för producerad elfrån solceller på de byggnader som fanns i Sverige år 2011. I denna siffra har ingen hänsyntagits till begränsningar från elnätet, utan all möjligt producerad el har inkluderats.

4.6 Elnätets uppbyggnad

Elnätet i Sverige är uppbyggt på fyra olika spänningsnivåer: stamnätet med 400 kV,regionalnät med spänning på 40-130 kV, mellanspänningsnätet på 10-20 kV och lokalalågspänningsnät på 400 V (E.ON, 2013). En skiss över Sveriges olika spänningsnivåer ochelnätets uppbyggnad kan ses i figur 4.3.

Figur 4.3: Sveriges olika spänningsnivåer i elnätet från produktion till konsumtion (E.ON,2013).

31

Idag är Sveriges elnät designat för att ha en central producerande enhet och vidare trans-formation till mellan- och lågspänningsnäten där den huvudsakliga konsumtionen sker. Ilågspänningsnäten sker i det designade fallet endast flöde av el i en riktning, där spänningendärmed faller över varje konsumerande enhet. Spänningen vid transformatorn från mellan-spänningsnätet är vanligtvis något högre än den nominella spänningen för att säkerställaatt spänningsfallet över distributionsnätet inte faller lägre än den undre tillåtna gränsen(Widén et al., 2010).

Med distribuerad elgenerering förändras detta flöde då flöden även kan ske från låg-spänningsnätet till mellanspänningsnätet. Detta skapar en nödvändig förändring i designenav distributionsnäten för att möta de tekniska kraven.

Den möjliga installerade effekten distributionsnätet kan hantera utan att kraven på le-veranssäkerhet eller spänningskvalitet riskeras, beror på hur nätet ser ut och även hur deproducerade enheterna är distribuerade över nätet, samt över nätets olika faser (Cobbenet al., 2008). Då produktionen av el är lägre än behovet kan elen konsumeras lokalt, vilketmedför att spänningsnivån på nätet är mer konstant över distributionsnätet än i falletutan distribuerad elgenerering. Detta gynnar slutanvändarna på förgreningen av elnätetsom inte längre påverkas av att spänningsnivån sjunkit på tidigare enheter.

För hushåll gäller att produktion av solel och konsumtion missmatchar i relativt höggrad beroende på att mest solel produceras mitt på dagen då de boende i allmänhet ärpå arbetet eller i skolan. Dagens största konsumtionstopp infaller på kvällen, men även påmorgonen är konsumtionen högre än resten av dagen. Denna missmatchning illustreras ifigur 4.4 där med en typisk uteffekt för en klar dag simulerats i HOMER och i figur 4.5där lastmönster för ett fjärrvärmeuppvärmt hushåll redovisas (Vattenfall, 2013d).

Figur 4.4: Typisk produktion över en klar vårdag i Stockholmsregionen.

Då produktionen är högre än konsumtionen, vanligen mitt på dagen för hushåll, kommerdistributionsnätet att leverera el till mellanspänningsnätet, via transformatorn. Figurerna4.4 och 4.5 visar tydligt att topparna i solelproduktionen och konsumtionen i hushålletinträffar vid olika tidpunkter. Produktionen har sin topp mitt på dagen, medan konsum-tionen är som högst runt 9 på morgonen och 19 på kvällen.

32

Figur 4.5: Konsumtionsmönster för konsumtion av el under en vårdag i Sverige (Nord-PoolSpot, 2013a).

4.6.1 Påverkan av distribuerad elproduktion

Distribuerad elgenerering har både positiva och negativa effekter på elnätet. Vid låg in-stallationsgrad, där den producerade elen konsumeras lokalt, förbättras nätstabilitetenoch spänningsfall över förgreningarna av distributionsnätet motverkas, vilket minskar deelektriska förlusterna (Widén et al., 2010). En märkeffekt på 0,5 kW per hushåll och desspåverkan på elnätet redovisas i figur 4.6.

Figur 4.6: Låglastsituation för 0,5 kW installerad solcellseffekt per hushåll (Widén, 2012).

Figur 4.6 visar hur spänningen förändras över 10 noder i lågspänningsnätet. Spänningsfalletsom kan utläsas i den lägre kurvan, där inga solceller är installerade, undviks helt förelnätet vid låglastscenariot, den övre kurvan. Dessutom är spänningsnivån inte nära den

33

övre gränsen för spänningens tillåtna värde för installationsgraden 0,5 Wp per hushåll.Detta innebär att denna installationsgrad därmed har positiva effekter på elnätet och attelkvaliteten är högre än vid standardfallet utan solceller. Vidare i figur 4.7 kan ses hurspänningsfallet i distributionsnätet, vid ett höglastscenario inte kan undvikas trots 3 kWper hushåll installerad effekt. Dock minskar spänningsfallet relativt basfallet utan solceller.De båda kurvorna för spänningsfallet utan solceller skiljer sig mellan figur 4.6 och 4.7 vilketberor på att lasten är mycket högre i höglastscenariot än i låglastscenariot. Detta medfören större spänningsminskning i figur 4.7.

34

Figur 4.7: Höglastfall för 3 kWp per hushåll (Widén, 2012).

Ett av argumenten mot att ha en stor andel förnybar el i Sveriges energisystem är attmånga av de förnybara alternativen är svåra att förutsäga. Snabba fluktuationer i pro-duktionen från en enhet behöver kompenseras från en annan för att inte obalans mellanproduktion och konsumtion ska uppstå. Då det blir obalans på nätet påverkas frekvensensom generatorerna roterar med, där högre produktion relativt konsumtion ger en frekvens-ökning och tvärtom. Att hela tiden producera exakt den mängd el som konsumeras är intemöjligt, men det finns viss robusthet i systemet och 10 % frekvens- och spänningsavvikel-ser går bra utan att konsumenterna påverkas (Widén et al., 2010). I figur 4.8 ses flera olikainstallerade effekter vid låglast. I det största systemet går spänningsnivån upp över 5 %över den nominella spänningen. Detta har ingen skadlig effekt på apparaturen och konsu-menterna, men är satt som gräns för tillåten överspänning för att ha kvar marginalen till10 % avvikelse från det nominella värdet.

35

Figur 4.8: Låglastsituation med tre olika effekter (Widén, 2012).

För distribuerad solel är det största problemet överproduktion av el vid låglast (Widénet al., 2010). Då konsumtionen är låg och produktionen hög kommer spänningen på distri-butionsnätet att öka och flödet av el kommer att ske i motsatt riktning från den designade.Vid ett alltför högt flöde kan både apparatur kopplat till elnätet och transformatorer mel-lan låg- och mellanspänningsnätet att skadas och detta sätter begränsningar för hur storeffekt som kan installeras.

Hur mycket distributionsnätet kan hantera beror på flertalet faktorer: topografin på nätet,hur välfördelad den installerade effekten är, dimensioner på kablar etc. Generellt gäller attdet är bättre för spänningsnivåerna om effekten är väl fördelad över nätet och även attväxelriktarna är jämnt distribuerade över de olika faserna. Detta gör att det blir så småavvikelser som möjligt från perfekta sinusvågor för växelströmmen (Cobben et al., 2008).För att säkerställa hur mycket installerad effekt ett specifikt nät kan hantera bör såledesen modell över det aktuella elnätet byggas upp med korrekta enheter, hur de är koppladetill varandra samt hur lastmönstret ser ut för varje enhet.

4.6.2 Resultat - Total installerad effekt

Den totala effektpotentialen för takmonterade solceller i Sverige är 47,9 GW, specificeratefter väderstation och takvinkel enligt bilaga A.9.

Solcellsmodulerna antas installeras i ett system med en växelriktare och uppkoppling motelnätet med en systemverkningsgrad på 12 % (Andersson, 2013). I en undersökning somgjorts i Stockholms skärgård har kristallina kiselsolcellers effekt undersökt under 25 år föratt se hur uteffekten påverkas av lång drift. Av de 20 celler som var med i studien hade19 en minskad uteffekt på mindre än 2 % efter experimenttiden (Hedström and Palmblad,

36

2006). Den sista cellen hade en effektminskning som avvek mycket från de övriga, nernästan 50 % och tros ha varit utsatt för yttre skada. Denna specifika cell anses vara enavvikelse från det normala och räknas inte in som en förväntad effektförändring. De övrigasolcellernas minskning på maximalt 2 % under 25 år medför en årlig minskning på 0,08 %och effektminskningen på grund av ålder har därmed ansetts vara försumbar.

4.6.3 Storskalig reglering

Debatten om hur mycket förnybar el Sverige kan hantera handlar ofta om vilken regler-kapacitet som krävs för att säkerställa tillgången på el vid alla tidpunkter. En allmän upp-fattning är att det krävs samma effekt reglerkraft som installerad intermittent energikälla,men med den geografiska spridningen av energikällorna är risken att produktionstopparnaeller dalarna infaller vid samma tidpunkt försumbar. För vindkraften kräver en ökning av10 % vindkraft endast 2-8 % av den installerade effekten i extra reglerkraft (Holttinenand Hirvonen, 2005). För distribuerad elgenerering är ett större problem att garanteraelkvalitet och leveranssäkerhet än bristande reglerkapacitet.

Internationella elnät

Sverige har ett växelströmsnät som hänger ihop helt med flera omgivande länder. Det gårdessutom likströmskablar till ytterligare länder runt Östersjön. Att vårt elnät hänger ihopmed andra länder gör att vi inte själva kan bestämma över vår elproduktion och konsumtionutan att omgivande länder påverkas. Hur elnätet är uppbyggt i Norden redovisas i figur4.9.

37

Figur 4.9: Det nordiska transmissionsnätet (ViaVästerbotten, 2013).

Det svenska elnätet är direkt sammanbundet med Finland, Norge och Själland i Danmark.Hela detta system har samma frekvens och påverkas direkt av förändringar någonstans pånåtet. Även likströmsledningarna till Norge, Finland, Polen, Danmark och Tyskland kanskönjas. Dessa används för att t.ex. sälja el till kontinenten när det är billigt att producerael och köpa el när det är billigare än att producera den själv. Ett exempel på detta skullekunna vara att köpa el på natten när elen är billig, för att slippa använda vattenkraftenoch att sälja elen producerad av vattenkraften på dagen för att slippa använda fossilabränslen på dagtid.

4.6.4 Elnätets begränsning på solelpotentialen

Elnätets begränsande effekt kan analyseras två sätt: att titta på installerad effekt perhushåll eller att räkna på det totala energisystemet och räkna hur stor andel av Sverigesenergiproduktion som kan komma från solceller (Walla et al., 2013). Det första har föravsikt att skapa så hög elkvalitet som möjligt och minska förlusterna på elnätet. Detandra syftar till att maximera den installerade effekten från solceller. Båda metoderna haranvänts för att kunna analysera rimligheten i resultaten.

38

Installerad effekt per hushåll

Som tidigare beräknats har Sverige en årlig solelpotential på cirka 49 TWh. Energisystemdesignade för distribuerad elproduktion kan installera relativt stor effekt solceller, upp till3,2 kWp per hushåll, vilket skulle motsvara 25 % av Sveriges totala potential (Cobbenet al., 2008). För Sverige appliceras solceller på det redan befintliga elnätet och då detinte är designat för att hantera flöden av el i två riktningar kommer elnätets utseendebegränsa effekten som kan installeras. Elproduktion upp till 1 kWp per hushåll ger enligtWidén et al. (Widén et al., 2010) mycket liten överproduktion, eftersom den produceradeelen konsumeras lokalt. Denna installationsgrad är mest gynnsam för elnätet och är såledesden effekt per hushåll som rekommenderas om elkvalitet värderas högst. Om krav finnspå minimal överproduktion kommer en relativt liten del av den tekniska potentialen attutnyttjas, eftersom produktion och konsumtion missmatchar på säsongsbasis. Vintertidkommer produktionen att vara betydligt lägre än behovet av el, framför allt i områdenmed eluppvärmning. En märkeffekt på 2 kWp per hushåll genererar överspänningar vidflertalet simuleringar. Om reversibla flöden av el ska tillåtas måste transformatorns effekttas med i beaktande för att undvika skadligt stora flöden (Cobben et al., 2008). Då behö-ver dessutom påverkan på mellanspänningsnätet att analyseras. För alla olika fall gälleratt leveranssäkerheten inte får riskeras och att spännings- och frekvensnivåer måste liggainom tillåtna intervall.

Det ska tilläggas att dessa system endast är simulerade och för att ta fram en bra effektnivåpå ett verkligt nät bör fältstudier göras. Kabelförlusterna är som minst runt installations-graden 1 kWp per hushåll, tack vare den jämna spänningsnivån på distributionsnätet. Vidstörre installationsgrad ökar förlusterna och blir snabbt högre än förlusterna vid basfalletutan solceller (Paatero and Lund, 2007).

För att beräkna den effekt som är mest lämplig ur elnätets perspektiv har ekvation 4.1använts.

P = kQ (4.1)där P är den totala installerade effekten, k är antalet hushåll eller fastigheter för varjebyggnadstyp och Q är installationseffekt per hushåll, i kWp per hushåll.

Om endast 1 kWp solceller per hushåll installeras kommer 3,7 GW installeras i hela Sverigeoch detta genererar cirka 4,0 TWh per år, eller 7,3 % av den totala kapaciteten. Utnyttjan-degraden av varje byggnadstyp, d.v.s. hur stor andel av den byggnadstypsspecifika takytansom beläggs med solceller vid 1 kWp per hushåll redovisas i tabell 4.4. Antalet hushåll,specificerat efter län och byggnadstyp återfinns i bilaga A.11.

Tabell 4.4: Nyttjandegrad av takyta vid installation av 1 kWp per hushåll efter byggnads-typ.

Byggnadstyp Småhus F.b.hus Industri Lantbruk Fritidshus LokalerUtnyttjandegrad 5 % 52 % 4 % 0 % 9% 2 %

För flerbostadshus har varje lägenhet räknats som ett eget hushåll. Detta är förklaringen

39

till att en relativt stor andel av den totala potentialen för flerbostadshusen används, dådet är många hushåll som delar på takytan. Ju mindre takyta per hushåll, desto närmreden tekniska potentialen visar resultatet. För lantbruksfastigheterna, där bostadshusenantagits inkluderas i småhusen, finns inga hushåll. Detta följer på tidigare antaganden omatt lantbruksfastigheter endast inkluderar ekonomibyggnader och inte bostadshusen. In-dustrier och lokaler har låg utnyttjandegrad då de ofta har större byggnader än de övrigakategorierna, vilket gör att de förlorar större yta och möjlig installerad effekt om endast1 kWp ska installeras per fastighet. Fritidshus är generellt mindre än småhus och dettamedför en större utnyttjandegrad vid 1 kWp per hushåll än för resterande småhus.

Då märkeffekten på 1 kWp per hushåll sätts som en övre gräns blir potentialen lägreeftersom det då inte går att utnyttja hela potentialen från t.ex. industrier eller andra hög-konsumerande, stora enheter. Industriernas möjlighet att hantera större effekter är störreän hushållens, då de bättre matchar konsumtionen med produktionen. Inga tidigare analy-ser av industriers kapacitet har hittats och hushållens begränsning antas därför gälla ävenför övriga byggnadstyper. Då 1 kWp installeras per hushåll blir Sveriges totala potential3,8 TWh.

Jämförelse med Sveriges totala elproduktion

I Sverige producerades 2011 cirka 140 TWh el (Energimyndigheten, 2012a). Beroende påvilken typ av nät som analyseras och huruvida spänningsnivåer eller strömkapacitet i nätensätts som begränsande faktor kan olika stor mängd solceller installeras (Walla et al., 2013).

Både spänning och strömnivåer sätter begränsningar i elnätet. Kablarna i elnätet är de-signade för ett visst maxflöde och vid för höga strömmar ökar förlusterna med den ökadetemperaturen, enligt Ohms lag. Detta skapar större brandrisk för kablarna. Då strömmensätts som begränsande faktor på kapaciteten för den installerade effekten är stadsnätenmer begränsande än landsbygdsnäten (Walla et al., 2013). Detta beror troligen på attantal byggnadsenheter är många fler i stadsnäten och att effekten av sammanfallande last-mönster för flera enheter blir mer negativ än för landsbygdsnäten. Den acceptabla nivånför installerad effekt är 30 % av Sveriges totala elproduktion för stadsnäten.

För acceptabla spänningsnivåer är förhållandet omvänt. I stadsnäten uppmäts inga över-spänningar då konsumtionen är mycket hög och avvikelser från den förväntade konsumtio-nen sprids på många byggnadsenheter (Walla et al., 2013). Lastmönstret varierar i störreskala på landsbygden där färre enheter är kopplade till näten och överspänningar är där-med lättare att uppnå. Landsbygdsnätens kapacitet då överspänningar på max 10 % avden nominella spänningen sätts som gräns medför att den acceptabla kapacitetsnivån försolceller blir 60 % av den totala elproduktionen.

Då både kablarnas dimensioner för att undvika för stora flöden och spänningsnivåer inomtillåtna värden är viktigt för att säkerställa elkvaliteten och leveranssäkerhet har den hår-dast satta gränsen för solel ansetts vara mest rimlig. Detta betyder att Sveriges potential avinstallation av solceller är 30 % av Sveriges produktion, d.v.s. cirka 42 TWh årligen. Dettamotsvarar 86 % av den totala tekniska potentialen för takmonterade solceller i Sverige.

40

4.7 Sammanfattning av produktion av el

Sveriges totala potential för el producerad av takmonterade solceller utgörs av 49,0 TWhper år, vilket motsvarar drygt en tredjedel av Sveriges årliga elbehov. Denna installeradeeffekt är dock inte möjlig att installera på det befintliga elnätet då elkvalitet och leverans-säkerhet är krav som inte kan bortses ifrån. Vid gränsen 30 % av Sveriges totala elbehovger detta 42 TWh i producerad solel årligen, 86 % av den totala potentialen. Om elkva-liteten sätts i första rummet och den installerade mängden solel ska motsvara det somger bäst effekter på elnätet kommer endast 7,8 % av den totala potentialen att utnyttjas,d.v.s. 3,8 TWh.

41

Kapitel 5

Ekonomisk potential - Lönsamhet

5.1 Inledning

Det är många faktorer som spelar in i ekonomiskt lönsamhet för solceller. Grunden förlönsamheten är att investeringskostnaden för systemet ska vara mindre än den uteblivnakostnaden för inköpt el och intäkter från eventuell försäljning. Detta avsnitt behandlar defaktorer som påverkar intäkter och kostnader, utvecklingen av dessa de senaste åren samtvilka andra faktorer som påverkar lönsamheten för solcellssystem.

5.2 Intäkter

Den största enskilda faktorn för hur mycket el som produceras och därmed slipper köpasin är solinstrålningen. Hur cellerna är orienterade och med vilken vinkel de är lutade ärdärför viktigt för den totala producerade elen för systemet. Om en stor del av byggnadenstakyta ska användas är det svårt att påverka dessa förutsättningar. Finns möjligheten bördock solcellerna placeras med hänsyn till var det är störst solinstrålning och en orien-tering så att produktionen och konsumtionen matchar. Förutom optimal placering finnsett antal hjälpmedel för att öka lönsamheten i solcellerna. Elcertifikat för producenterna,statligt investeringsstöd och eventuell nettodebitering är tre sätt att få bättre betalt förden producerade elen eller lägre kostnader för systemet.

5.2.1 Egenkonsumtion respektive försäljning av el till nätet

Idag köper Vattenfall överskottsel från sina kunder för Nordpools spotpris minus 4 öre perkWh förutsatt att huvudsäkringen är maximalt 63 A och att den installerade effekten ärmaximalt 43,5 kW (Vattenfall, 2013g). Denna effekt motsvarar cirka 293 m2 solpaneler,vilket är större än de vanliga solcellssystem som installeras på bostadshus.

El som köpts från nätet innehåller ett flertal avgiftsposter. Elhandelsföretagen köper elenfrån NordPool till spotpris som legat mellan 13 och 92 öre per kWh de senaste åren (Nord-PoolSpot, 2013b). De har sedan lagt till en påläggsavgift, en avgift för att betala elcerti-fikaten, energiskatt och slutligen 25 % moms på totala kostnaden (Vattenfall, 2013a,b,f;UmeåEnergi, 2013). Hur elpriset räknas fram kan ses i ekvation 5.1.

S = moms · energiskatt(spotpris+ avgift+ elcertifikatavgift) (5.1)

42

där energiskatten på 35 % först läggs till företagets avgifter och momsen på 25 % läggstill allra sist, eftersom moms även räknas på energiskatten.

Förutom priset på själva elen finns dessutom fasta avgifter för nät och anslutning, mendessa påverkas inte av egenproducerad el. Hur de rörliga kostnaderna är procentuellt för-delade redovisas i figur 5.1.

Figur 5.1: Elprisets olika avgiftsposter.

Spotpriset, energiskatten och momsen står för nästan hela priset kunden betalar. Värdetav den egenproducerade elen räknas olika för om den konsumeras lokalt eller skickas ut pånätet. Då den konsumeras lokalt är den värd besparingen från att köpa in el från nätet.Detta betyder att alla rörliga kostnader för elen uteblir och endast de fasta avgifternakvarstår. Om systemet överproducerar innebär det att den sålda kWh är värd det företagetbetalar för den. Då försäljningspriset är lägre än vad konsumenterna betalar för elen ärdet mest lönsamt att använda så mycket av elen som möjligt för eget bruk. Skillnader ipriset visas i tabell 5.1.

Tabell 5.1: Kostnadsexempel för att köpa el från respektive sälja el till nätet (Vattenfall,2013a,b,f; UmeåEnergi, 2013).

Köpa el från nätet Kostnad [öre/kWh] Sälja el till nätet Intäkt [öre/kWh]Spotpris 31,9 4 öre lägre än spotpriset 27,9Företagets påslag 1,4Elcertifikat 2,5 20Energiskatt 19,4Moms 13,8Totalt 69,0 47,9

Tabell 5.1 visar att det är mer än dubbelt så lönsamt att konsumera elen själv relativt att

43

sälja den till elnätet om försäljning av elcertifikat inte inkluderas och betydligt bättre omelcertifikatförsäljning inkluderas. Skillnaden i intäkter och utgifter beror på alla ytterli-gare påläggsavgifter och skatter som tillkommer spotpriset från NordPool. Att skillnadeni försäljning och köp av elcertifikat är så stor beror på att konsumenterna delar på dettotala priset som elhandelsföretagen betalat för ett elcertifikat. Om ett elhandelsföretagbehöver köpa 10 % elcertifikat innebär det som konsument att 10 % av kostnaden för ettelcertifikat tilläggs elpriset per MWh.

Det finns ett antal bivillkor till att få vara elnätsleverantör utan att betala de avgiftersom annars hör till. Märkeffekten får maximalt vara 43,5 kW och huvudsäkringen får varapå maximalt 63 A (Fortum, 2013a). Vissa företag har villkor att elen som produceras måstevara förnybar och att mikroproducenten är en nettokonsument, d.v.s. att konsumtionenär större än produktionen på årsbasis. Elnätsbolagen är skyldiga att stå för kostnaden avmätaren som kan mäta elflöden åt två håll så länge det är en nettokonsument med enhuvudsäkring på maximalt 63 A (Energimyndigheten, 2012b).

5.2.2 Elcertifikat

Elcertifikatsystemet är ett marknadsbaserat stödsystem och det idag starkaste incitamen-tet till att investera i förnybar elproduktion för elproducenter. Systemets syfte är att ökaandelen förnybar el i Sveriges energisystem på ett effektivt sätt och generera 25 TWh merförnybar el mellan 2002 och 2020. Sedan 1 januari 2012 anslöts även Norges energisystemtill elcertifikatsystemet, vilket är anledningen till att ytterligare 13,2 TWh från 2012 till2020 ska produceras (Lublin and Nilsson, 2012). Sammanslagningen har lett till att fleraktörer finns med på marknaden vilket ökar konkurrensen och får ner priserna på certi-fikaten, något som gynnar slutkunden. Den förnybara elen produceras således där det ärmest ekonomiskt lönsamt vid varje tillfälle och kostnaderna för producenten är så låga sommöjligt.

Varje producerad MWh förnybar el ger ett elcertifikat till producenten. Denna säljs sedantill elhandelsföretagen som är tvungna att köpa en viss mängd elcertifikat, baserat på hurstor kvotplikt företaget har. Kvoten bestäms av hur stor företagets omsättning är av el-försäljning samt hur stor Sveriges totala produktion av förnybar el är (Vattenfall, 2013c),(Lublin and Nilsson, 2012). Att ha en bestämd mängd elcertifikat som elhandelsföretagenmåste köpa är ett sätt att styra efterfrågan på elcertifikaten och kvotplikten bör alltid varaså pass hög att elproducenterna har ett incitament att investera i förnybar energi.

Avgiften för elcertifikaten räknas in i det pris som konsumenterna betalar för den slut-giltiga elen och har under 2013 varierat mellan 2,50 öre per kWh och 3,38 öre per kWh(Vattenfall, 2013b). Elcertifikatsystemet gynnar framför allt elproducenterna som upp-muntras att öka sin andel förnybar el genom att de får en ytterligare inkomst från förny-bar el relativt el producerad från fossila energikällor. De slutliga konsumenterna märkerav elcertifikatsystemet som ett tillägg i priset, motsvarande cirka 2 % av det totala elpriset.

Systemet med elcertifikat har gällt sedan 2003 och fram till 2011 har andelen förnybarel i elcertifikatsystemet stigit från 5,2 % till 19,1 %. Detta bör hållas isär från den totalamängden förnybar el producerad i Sverige, då elcertifikatsystemet endast gäller nypro-

44

duktion och anläggningar upp till 15 års ålder. De flesta av Sveriges vattenkraftverk ärbetydligt äldre än 15 år och har därför inte rätt till elcertifikat. Dock kan vattenkrafts-anläggningar inräknas om driften återtas efter en ombyggnation, om kapaciteten ökats ianläggningen eller om certifikaten behövs för att anläggningen ska vara fortsatt lönsamtrots motarbetande myndighetsbeslut (Lublin and Nilsson, 2012). Detta kan förklara denrelativt höga siffran på 19,1 %, då kärnkraft och vattenkraft står för nästan 90 % av Sve-riges elproduktion och delar av vattenkraften därmed måste ingå i elcertifikatsystemet föratt kunna ge siffran 19,1 %.

Vindkraften är det enskilda energislag som haft den största procentuella utvecklingensedan systemet med elcertifikat började. 2003 kom 0,5 % av Sveriges elproduktion frånvindkraft, medan 6,1 % av elen producerades från vindkraft 2011 (Energimyndigheten,2012a).

Även privatpersoner kan ansöka om att få sälja elcertifikat. Dock finns det ett tak på40 000 kr för att få sälja certifikaten skattefritt, men detta motsvarar mycket mer pro-ducerad el än vad solceller monterade på ett vanligt hushåll kan producera under ett år(Stridh, 2013). I lagen om skatt på energi står följande:

”2 § Elektrisk kraft är inte skattepliktig om den:

1. framställts i Sverige i ett vindkraftverk av en producentsom inte yrkesmässigt levererar elektrisk kraft,

2. i annat fall framställts i Sverige av en producent som förfogaröver en installerad generatoreffekt av mindre än 100 kilowattoch som inte yrkesmässigt levererar elektrisk kraft.” (SFS 1994:1776, 1994).

Vid försäljning av elcertifikat kan produktionen räknas antingen på brutto- eller netto-produktion. Om nettoproduktion ska ligga till grund för försäljningen betalar nätägarenkostnaden för den nya mätaren, men producenten får betala en rapporteringskostnad föratt nätägaren skickar information till Svenska Kraftnät. Om bruttoproduktion ligger somgrund tillkommer även kostnaden för mätaren (Hedström, 2013).

5.2.3 Statligt investeringsstöd

Det finns även bidrag att söka specifikt för solcellsanläggningar. Detta för att stimulerasolcellsmarknaden och öka andelen solcellsproducerad el i Sveriges energisystem. Solcellerfår allt större betydelse för omställningen till ett förnybart samhälle och det statliga bidra-get är ett sätt att underlätta för marknaden. Det statliga stödet ligger under förordning2009:689 om statligt stöd till solceller och är ett investeringsstöd för material och instal-lation (SFS 2012:971, 2012).

Grundvision

Riksdagen har beslutat om statliga stöd till solcellsanläggningar med följande motivering:

”att användningen av solcellssystem och antalet aktörer som

45

hanterar sådana system ska öka i Sverige,

att systemkostnaderna ska sänkas och

att den årliga elproduktionen från solceller ska öka medminst 2,5 gigawattimmar under stödperioden” (SFS 2012:971, 2012).

Utveckling av stödet

Sedan 2005 har det statliga stödet funnits att söka för nätanslutna system av solceller.I första skedet var endast installationer på offentliga byggnader berättigade stöd, mendetta blev startskottet för solcellssystem anslutna till elnätet (Sandén, 2007). Före 2005dominerade fristående system helt marknaden eftersom det ofta var ett billigare alter-nativ att generera sin egen el än att behöva dra elkabel till byggnader långt ifrån elnätet(Energimyndigheten, 2012c). Det fanns dessutom områden där det inte var möjligt attdra elkabel, till exempel till båtar och isolerade öar. Med stödet ändrades dock dennabalans mellan fristående och nätanslutna system då lönsamhet kunde skapas även förnätanslutna system. Sedan dess har de nätanslutna solcellssystemen tagit allt större platspå marknaden och i slutet av 2012 var cirka 75 % av solcellssystemen anslutna till elnätet(Palmblad and Bargi, 2013). Utvecklingen av solcellssystem i Sverige redovisas i figur 5.2.

Figur 5.2: Total och årlig utveckling av installerade solcellssystem (Palmblad and Bargi,2013).

Mellan maj 2005 och december 2008 kunde upp till 70 % av investeringskostnaden försolcellssystem på offentliga byggnader reduceras med hjälp av det statliga stödet. Dockunder klausulen att den totala investeringen var maximalt 5 miljoner kr per byggnad(Sandén, 2007). Detta syns som en tydlig ökning av antalet installerade nätanslutna sol-cellssystem mellan 2005 och 2008 i figur 5.2, varefter installationstakten minskade dåstödet försvann efter 2008. 1 juli 2009 återinfördes stödsystemet och ändrades till att in-kludera alla nätanslutna solcellssystem, både till alla övriga byggnadstyper och till ickebyggnadsmonterade solcellssystem. Detta satte ny fart på marknaden och takten för ny-installationer ökade igen. Storleken på stöden minskade dock till max 60 % av kostnadenför material och installation eller 2 miljoner kr totalt (Palmblad, 2009). Stödsystemet var

46

planerat att löpa ut 31 december 2011, men gällde fram till 31 januari 2013 i reviderad ver-sion med 45 % reduceringar och endast upp till 1,5 miljoner kr (Energimyndigheten, 2013).

Den senaste ändringen trädde i kraft 1 februari 2013 och innebar en ytterligare minsk-ning av stödet. Idag gäller att 35 % av material- och installationskostnader kan reducerasmed det statliga stödet, upp till 1,2 miljoner kr eller 37 kr exklusive moms per installe-rad W. Stödet gäller fortfarande alla typer av nätanslutna system, oavsett byggnadstypeller om de monteras på annat sätt, så länge installationen är klar före 31 december 2016.Anledningen till att stödet minskat succesivt är att kostnaderna för solceller sjunkit mar-kant de senaste åren. Hur kostnaden i Sverige sjunkit sedan 2005 fram till slutet av 2012redovisas i figur 5.3.

Figur 5.3: Prisutvecklingen på solceller i Sverige från 2005 då de första statliga stödeninfördes och framåt (Palmblad and Bargi, 2013).

Det finns ett tak på 107,5 miljoner kr per år för det statliga stödet idag. Dessa pengar ärfördelade länsvis och varje län har därmed ansvar för att fördela bidraget till de sökande(Energimyndigheten, 2013).

5.2.4 ROT-avdrag

Då reduceringar för installationen inkluderas i det statliga stödet kan det inte kombinerasmed ROT-avdraget, trots att solcellssystem annars faller under villkoren för ROT-avdrag(SFS 2012:971, 2012). Inget ytterligare stödsystem kan kombineras med det statliga stödetdå det ska täcka alla områden av investeringen.

5.3 Kostnader

5.3.1 Prisutveckling för solceller

Kostnaden för solceller har sjunkit på senare år. Hur utvecklingen sett ut globalt kan sesi figur 5.4.

47

Figur 5.4: Kostnadsutveckling för solcellspaneler från 1977 till 2013 (Clean Technica, 2013).

Kostnaderna för solceller har minskat drastiskt från starten av solceller på marknaden1977. Exakt hur mycket ett system kostar idag per installerad watt går inte att specificeragenerellt utan beror på hur stort systemet är, vilken typ av solceller det är, vilken leverantörsom väljs etc.

5.3.2 Leverantörer av solcellssystem i Sverige

I Sverige finns ett antal leverantörer som säljer solceller, både lokalt i närheten av företagetsplacering och nationellt. Vissa av dem står även för installation och ordnar uppkopplingmot elnätet så att köparen inte behöver göra något mer än att betala. I denna rapport hartre företag analyserats, där de har gemensamt att de sköter hela förloppet från beställningtill att systemet är uppkopplat mot elnätet och levererar el. Fortum, Vattenfall och Mälar-energi levererar alla solcellssystem i Stockholmsområdet och deras olika prissättning försina skilda effektsystem redovisas i bilaga A.12.

Priset per installerad watt märkeffekt varierar mellan 20,0 kr/Wp och 35,5 kr/Wp för de oli-ka företagen, där Mälarenergi har det lägsta priset. Både Fortum och Vattenfall tar ansvar

48

för att eventuella ytterligare kostnader redan är täckta av deras paketpriser. Mälarenergimeddelar att eventuella extrakostnader kan uppstå i samband med takmontering, t.ex. föreventuella ställningar för att luta solceller på platta tak och att köparen bekostar dessa(Hedström, 2013).

Gemensamt för alla tre leverantörerna är att allt från material till installation ingår ipriset, samt en system- och effektgaranti på 25 år (Vattenfall, 2013e; Fortum, 2013b; Mä-larenergi, 2013). Alla leverantörer har dessutom ett lägre pris per installerad effekt förstörre system och alla alternativ hamnar under 37 000 kr per kWp, vilket gör dem berät-tigade till det statliga stödet.

5.4 Lönsamhet

Huruvida en solcellsanläggning är lönsam eller inte beror på många faktorer som påverkarkostnaderna och intäkterna. Utvecklingen av elpriset kommer att ha en stor betydelse förhur mycket el som sparas genom det egna systemet och nettodebitering stärker mikro-producenternas ställning på marknaden.

5.4.1 Elprisets utveckling

En producerad kWhs värde beror på vad den hade kostat att köpa från elnätet, alternativtvad den kan säljas för om den inte konsumeras lokalt, i enlighet med avsnitt 5.2.1. Detär därför intressant att titta på hur elpriset fluktuerat de senaste 25 åren för att se omdet är möjligt att prognostisera hur det kommer att se ut i framtiden. Nordpools spotprispå månadsbasis för 1999 till 2012 redovisas i figur 5.5. Siffrorna har modifierats för attinflationens påverkan på vad en krona är värd inte ska snedvrida utseendet på figuren.Elpriset i figur 5.5 redovisas i 2012 års värden.

Figur 5.5: NordPools spotpris med månadsmedelvärden för 1999 till 2012 (NordPoolSpot,2013c).

49

Elpriser är mycket varierande, med stora differenser vissa år och mindre skillnader andra.En uppåtgående trend i priset större än inflationens påverkan kan anas mellan 1999 och2009. Därefter avstannade ökningen och 2011 till 2012 har elpriserna istället gått ner.Förutom förändringar i priset på grund av naturlig variation på marknaden finns det andrafaktorer som kan influera t.ex. införda elcertifikat, ändrade skattesatser etc. El tar en alltstörre maktposition i vårt energisystem (Energimyndigheten, 2012a) och att förutsäga hurelpriset kommer utvecklas i framtiden, både för medelvärden och årliga fluktuationer, ärnäst intill omöjligt för en hel garantitid för en solcellsanläggning.

5.4.2 Nettodebitering

Nettodebitering innebär att el som matas ut på nätet vid överproduktion kan kvittas motel som senare behöver köpas in då produktionen inte är tillräcklig för hushållets behov.Detta är ett sätt att stärka egenproducenternas ställning på elmarknaden då hushållenslipper betala mellanskillnaden mellan den intäkt de får in från såld el och det de betalarför den köpta elen. I Sverige är elen oftast billigast på sommaren då det finns gott ommöjligheter för egen solel och dyrast på vintern då behovet är som störst och solcellernaproducerar minst. Hushållens missmatchning i konsumtion relativt produktion på bådesäsongsbasis och daglig basis gör att nettodebitering skulle gynna de svenska hushållen.

Regeringen beslutade i juni 2013 om införandet av nettodebitering på den svenska markna-den. Beslutet ger dock ett resultat som inte riktigt är så lätt som att kvitta överproduktionmot inköp då detta skulle hamna i konflikt med direktivet om mervärdesskatt, utan kom-mer istället att påverka skatten. Direktivet föreslår en skattelättnad för producenterna avsolel som ska motsvara det producenten hade tjänat på nettodebiteringssystemet (SOU2013:46, 2013). Ekonomiskt bör detta alternativ inte skilja sig från nettodebitering, vilketdärmed borde få önskad effekt om ökad mikroproduktion av el. Nettodebitering har i andraländer hjälpt marknaden att få ytterligare robusthet och konkurrenskraft gentemot övrigakraftslag just på grund av konsumenternas ökade ekonomiska ställning.

5.5 Ekonomiska fallstudier

5.5.1 Basfall

Solceller är idag inte lönsamt i Sverige utan investeringsstöd och bara i vissa fall även medstödet. Det är därför intressant att se vad som krävs för att lönsamhet ska uppnås ochskapa en stabilare grund för solcellsmarknaden. Lönsamhetskalkylen utgår från ett bas-fall för bostäder, där varje parameter har varierats enskilt medan övriga parametrar hållskonstanta. Resultaten har analyserats med nuvärdesmetoden, räknat på solcellernas ga-ranterade livslängd, 25 år. Kostnaden varierar med storleken på systemet och endast denbilligaste leverantören, Mälarenergi, har analyserats. De tre effektstorlekar Mälarenergierbjuder har inkluderats och jämförts, både för småhus och flerbostadshus. I investerings-kostnaden ingår då allt material till solcellssystemet, inklusive paneler, växelriktare ochen ny elmätare(Nilsson, 2013). Det statliga stödet har inkluderats för dagens situation dådet är det bästa scenariot i dagsläget, men för vidare analys har stödet exkluderats för attse hur självständigt solcellssystemet är. Kostnaden för ställningar som behövs i sambandmed installation av solceller på platta tak har inte inkluderats då information om eventuell

50

inkludering i paketpriset saknas. Inte heller uppgifter om vad de kostar för konsumentenatt installera själv har hittats.

Lönsamhetskalkylen har gjorts på småhus och flerbostadshus i Stockholms län. Place-ringen är vald då det är ett tätbefolkat område med stora takytor på en liten geografiskyta. Instrålnings- och temperaturdata bör stämma väl överens över hela länet och lokalaavvikelser undviks därmed. Den producerade mängden el för varje system är räknat påsödervänta tak med en vinkel på 30◦, samt för system vända mot väst och öst för att se hurökad egenkonsumtion respektive en högre totalproduktion påverkar lönsamheten. Dock ärdet sydvända systemet utgångspunkt för kalkylen. Nuvärdet har beräknats enligt ekvation5.2.

N = −I +25�

n=0

(ikn + jkn)− k12l (5.2)

där N är nuvärdet, I är investeringskostnaden, i är de årliga intäkterna från elen som säljstill elnätet, k är kalkylräntefaktorn, j är de årliga intäkterna från elen som konsumeraslokalt och l är kostnaden för den ytterligare växelriktaren som behöver köpas in efter 12 år.Om nuvärdet är positivt är investeringen lönsam. Att det behöver köpas en ny växelriktareefter 12 år gör att grafen kommer få en nedgång vid år 13 som motsvarar kostnaden förden nya växelriktaren.

Då subventioner inkluderats i beräkningarna har utseendet på ekvation 5.2 förändratsnågot. Investeringskostnaden har endast inkluderats till 65 %, medan övriga parameter-värden hålls oförändrade. För basfallet, i hur Sverige ser ut idag, har det statliga stödetinkluderats, vilket har skapat ett nuvärde som ligger relativt nära noll, men fortfarandepå den negativa sidan. Då parametervärden ändrats har stödet exkluderats och de övrigaparametervärdena, i och j i ekvation 5.2, har varierats. Detta redovisas matematiskt iekvation 5.3.

N = −0.65I +25�

n=0

(ikn + jkn)− k12l (5.3)

De värden som har använts i basfallet för lönsamhetsberäkningar för små- och flerbostads-husen redovisas i tabell 5.2 Alla priser är inklusive moms.

Tabell 5.2: Basfallets specifikationer och parametervärden.

System- Elpris Grund- Växelriktar- Installerad Årlig prod. Kalkyl-storlek [kr/kWh] storlek kostnad [kr] effekt [kWp] el [kWh] räntaLiten 1,0 49 990 10 600 2 2 290 5 %Mellan 1,0 64 900 11 500 3 3 440 5 %Stor 1,0 99 900 15 200 5 5 730 5 %

Mälarenergi erbjuder tre solcellssystem av storlekarna 2 kWp, 3 kWp och 5 kWp, med mot-svarande storlekar på växelriktarna (Nilsson, 2013). Elpriset är hämtat från Vattenfall, förelområde 3 som Stockholms län tillhör. Detta pris är 50 % rörligt och 50 % fast kostnad

51

för privatpersoner och hamnar inom ett rimligt värde för vad el kostar idag. Kalkylräntanför solcellssystem sätts vanligen till 5 % i beräkningar av lönsamhet (Karlberg, 2012).Den årliga producerade elen är framräknad med HOMER för södervända system med 30◦lutning av panelerna i Stockholm.

Andelen egenkonsumtion har stor betydelse, vilket motiverar att analysera både småhusoch flerbostadshus. I flerbostadshusen har antagits att all el konsumeras lokalt vid varjetillfälle då många hushåll är anslutna till ett relativt litet solcellssystem. För småhusen harproduktion ställts mot lastdata för ett fjärrvärmevärmt småhus för varje timme. Då pro-duktionen varit större än konsumtionen har den överflödiga elen antagits säljas till elnätetenligt tabell 5.1, i avsnitt 5.2.1 (Ejeklint, 2013; Vattenfall, 2013d). I denna beräkning harelcertifikat sålts på nettobasis, d.v.s. att elcertifikat endast säljs vid de tillfällen då pro-duktionen inte kan konsumeras lokalt. Solcellssystemen för småhus har antagits att inte fånettodebiteras. Om nettodebitering tillåts innebär det att ingen el kommer att säljas tillelnätet, utan kvittas mot ett annat tillfälle. Därmed sammanfaller lönsamhetsberäkning-arna för små- och flerbostadshus.

Den ekonomiska balansen för småhus och flerbostadshus kan ses i figurerna 5.6a och 5.6b.

(a) Ekonomisk balans för småhus. (b) Ekonomisk balans för flerbostadshus.

Figur 5.6: Basfall för små- och flerbostadshus.

För småhus är inget av systemen lönsamma, trots 35 % investeringsstöd, även om för-lusterna för alla tre systemen är relativt små och därmed kräver små förändringar föratt nå lönsamhet med 35 % investeringsstöd. De två större systemen för flerbostadshusär lönsamma idag och har en återbetalningstid på cirka 19 år. Den plötsliga nedgångeni graferna vid år 13 beror på att ytterligare en växelriktare kommer behöva köpas undersolcellernas livslängd (Nilsson, 2013).

5.5.2 Varierade parametrar

Statligt stöd

Det statliga stödet har varierat under de år det varit infört och alla tester har därför utförtspå system utan det statliga stödet. Om kostnaden för solceller minskar även fortsättnings-vis är det mycket troligt att stödet fortsätter att minska och eftersom fluktuationerna skerså fort är det mest intressant att analysera solcellers lönsamhet utan subventioner.

52

Elpris

Som beskrivet under avsnitt 5.4.1 varierar elpriset mycket och är svårt att prediktera. Dåsänkt elpris ytterligare försämrar lönsamheten för solceller har detta inte inkluderats, utanendast en ökning av elpriset har varit intressant att analysera. Elpriset har antagits ökamed 50 % respektive med 100 % i ett steg och vara konstant under solcellens hela livstid.Den sålda elen, som beror av spotpriset har skalats upp med samma procentsats.

Kostnadsutvecklingen i Sverige

Eftersom priserna på solceller minskar stadigt har analyserats hur mycket den totala in-vesteringskostnaden behöver minska för att systemet ska vara lönsamt utan subventioner.Denna parameter har således minskats tills återbetalningstiden blivit kortare än 25 år förde olika systemstorlekarna.

5.5.3 Resultat

Elpris

Resultatet från 50 % respektive 100 % ökat elpris på lönsamheten redovisas i tabell 5.3.Inget statligt stöd är inkluderat.

Tabell 5.3: Lönsamhetskalkyl med avseende på elpris. Vid lönsamhet anges återbetalnings-tid.

Elpris Småhus Flerbostadshus2 kWp 3 kWp 5 kWp 2 kWp 3 kWp 5 kWp

+ 50 % Ej lönsamt Ej lönsamt Ej lönsamt Ej lönsamt 22 år 19 år+ 100 % 23 år 21 år 21 år 18 år 13 år 11 år

Då elpriset ökas med bara 50 % är det endast 3 kWp och 5 kWp-systemen för flerbostads-husen som är lönsamma på 25 års sikt. För småhusen är inget system lönsamt vid 50 %ökat elpris, men alla system är lönsamma vid ett dubblerat elpris, med återbetalningstidermellan 21 och 23 år. Flerbostadshusens system är även de lönsamma vid dubbelt elpris,med återbetalningstider på 11 till 18 år.

Investeringskostnad

Investeringskostnaden står för en mycket stor del av den totala kostnaden för solcells-system eftersom de är underhållsfria (Edoff, 2012). Den enda ytterligare kostnaden ärden växelriktare som behöver köpas efter 12 år av solcellernas garanterade livslängd. Hurkostnaden för solceller utvecklas är därför av yttersta vikt för lönsamheten hos systemet.Tabell 5.4 visar hur många procent den totala investeringen behöver minska för att nå enåterbetalningstid på 25 år.Den nödvändiga minskningen av investeringskostnaden varierar mycket mellan de olikasystemen. Generellt kräver de större systemen mindre minskning av kostnader för attnå lönsamhet eftersom de är billigare per installerad märkeffekt och därmed är närmrelönsamhet. Anledningen till att den nödvändiga minskningen för småhus vid 3 kWp är

53

Tabell 5.4: Nödvändig minskning av investeringskostnaden för att skapa lönsamhet utansubventioner.

Investeringskostnad Småhus FlerbostadshusSystemstorlek 2 kWp 3 kWp 5 kWp 2 kWp 3 kWp 5 kWp

Nödvändig minskning 50 % 46 % 45 % 42 % 31 % 22 %

mindre än den för 5 kWp är att växelriktaren för det mindre av de två systemen är billigareper installerad effekt (Nilsson, 2013).

Försäljning till elnätet respektive egenkonsumtion

Då system riktas mot väst eller öst istället för sydligt minskar den totala produktionen,men den matchas bättre mot konsumtionsmönster för hushåll. Detta gäller endast småhus,då flerbostadshus, som angivet tidigare i avsnitt 5.5.2, antas konsumera all producerad eloavsett solcellernas orientering och därmed tjänar mest på att har sydvända system ochmaximera produktionen.

Systemstorleken har betydelse för hur mycket av elen som kan konsumeras lokalt ochhur mycket som säljs till nätet. Ett stort system som skickar ut mycket el på nätet harmer att vinna på att orienteringen är rätt än ett litet system där i stort sett all el konsu-meras lokalt. Data för producerad el, egenkonsumtion etc. vid en installerad märkeffekt på2 kWp per hushåll redovisas i tabell 5.5, där all produktionsdata är simulerad i HOMER.

Tabell 5.5: Elproduktion, egenkonsumtion och total såld el till elnätet, m.a.p. orienteringför 2 kWp.

Orientering, Total prod. Egenkons. Såld el Relativ2 kWp [kWh/år] [kWh/år] [kWh/år] egenkons.Östvänt 1 910 1 590 320 83 %Sydvänt 2 290 1 820 470 79 %Västvänt 1 920 1 570 350 82 %

Den totala produktionen är högst för södervända tak, men matchningen mellan produktionoch konsumtion är större för de ost och västliga systemen. Alla tre fallen har en procentuellegenkonsumtion på cirka 80 %, vilket tyder på att överproduktionen är relativt låg försystemet. De tre systemens ekonomiska balans återfås i figur 5.7.

54

Figur 5.7: Hög andel egenkonsumtions lönsamhet kontra en högre totalproduktion ochlägre andel egenkonsumerad el.

Det sydvända systemet är minst olönsamt, vilket visar att den högre totalproduktionenhar större betydelse för lönsamheten än att ha mer egenkonsumtion. Ost- och västsystemenär i stort sett identiska. Motsvarande analys av 5 kWp-systemet redovisas i tabell 5.6 ochfigur 5.8.

Tabell 5.6: Elproduktion, egenkonsumtion och total såld el till elnätet, m.a.p. orienteringför 5 kWp.

Orientering, Total prod. Egenkons. Såld el Relativ5 kWp [kWh/år] [kWh/år] [kWh/år] egenkons.Östvänt 4 770 2 710 2 060 57 %Sydvänt 5 730 2 980 2 750 52 %Västvänt 4 810 2 680 2 130 56 %

Tabell 5.6 visar liknande resultat som för det mindre systemet, men med något störreskillnad mellan det sydvända systemet och dem vända mot ost och väst.

55

Figur 5.8: Hög andel egenkonsumtions lönsamhet kontra en högre totalproduktion ochlägre andel egenkonsumerad el.

Även för det största systemet på 5 kWp är det bättre att ha sydvända solceller, då denhögre totalproduktionen väger tyngre än att konsumera den producerade elen lokalt. Dennabalans kan komma att förändras om skillnaden mellan att köpa och sälja el blir större,eftersom den egenkonsumerade elen kommer vara värd mer då än den är idag.

56

Kapitel 6

Diskussion

6.1 Teoretisk potential

6.1.1 Definition av komplementbyggnader och ospecificerade byggnader

Kategorin komplementbyggnader definierades som småhus med 30◦ taklutning och orien-tering enligt småhusen. Då komplementbyggnaderna utgör en så stor andel av den totalabebyggda ytan i Sverige, 35 %, är detta det största och mest osäkra antagandet. Dentotala ytan komplementbyggnader upptar är för stor för att endast utgöras av friggebodaretc. som tillhör småhusen. Med stor sannolikhet är lagerbyggnader en betydande del avkomplementbyggnadernas upptagna yta och hur dessa är utformade har därmed stor be-tydelse för resultatet. Således bör inte alla komplementbyggnader vara utformade somsmåhus, men utformningen av komplementbyggnaderna är svår att bestämma och anta-gandet om sadeltak på 30◦ anses därför vara gällande. Alternativet att exkludera dessabyggnader ligger inte i linje med grundantagandet att alla byggnadstak ska inkluderas iden teoretiska potentialen och är därför ett sämre alternativ än att göra antaganden omhur taket är utformat.

Eftersom de ospecificerade byggnaderna enligt definition inte har någon generell utform-ning var det nödvändigt att anta utformning av dem. Övriga bostadstyper, småhus ochflerbostadshus, och deras utformning låg till grund för hur de ospecificerade byggnadernadefinierades och viktningen mellan dessa byggnadstyper valdes att vara på bebyggd mark-basis. Detta medförde att 81 % av de ospecificerade bostäderna tillföll småhus och 19 %tillföll flerbostadshus. Denna viktning hade kunnat göras på flera andra sätt, t.ex. efterantalet byggnader i de båda kategorierna, men bebyggd markyta ansågs vara det bästaalternativet.

6.1.2 Reduktionsfaktorer

Orientering

Allt eftersom elpriset förändras kan mer eller mindre andelar av taket komma att kunnainkluderas i en lönsam elproduktion från solceller. Mycket ska dock hända för att norrvändatak ska bli lönsamma och det är egentligen inte önskvärt heller. Det är så pass mycketlägre produktion från de norrvända takytorna, beroende på vilken vinkel taken är lutade

57

med, att det med stor sannolikhet är bättre att investera i någon annan energikälla ellereffektivisera processer i byggnaden.

Hinder

Den totala reduktionen på grund av hinder är 5-20 % för olika byggnadstyper och dessrimlighet kan vara svårbedömd. Lantbruk bör ha lägre hinderreduktioner än t.ex. industrierdå ekonomibyggnader ofta är relativt enkla byggnader och därmed inte har samma skälatt ha mycket rör etc. på taket. Takytan på industribyggnader används även för delar avproduktionen, vilket bör minska den tillgängliga ytan ytterligare. Flerbostadshusens 20 %reduktion beror troligen på att många hushåll till ett relativt litet tak gör att delar avventilationen behöver nyttja takytan på ett annat sätt än för småhusen, där ett stort takendast har ventilationssystem för ett hushåll.

Skuggning

Hur uteffekten påverkas av skuggning är svårt att säga eftersom det är så många faktorerkonsumenten inte styr över, t.ex. närliggande byggnader och natur. 10-15 % reduktion kaneventuellt vara lågt räknat, men tillsammans med reduktionen på 5-20 % för hinder börändå en relativt rättvis bild av minskningen erhållas.

Smuts

I Sverige, där luftföroreningar är relativt låga jämfört med befolkningstätare länder, ärproblemen med nedsmutsade celler relativt låg och 5 % reduktion kan därmed vara räknati överkant. Detta är dock svårt att avgöra rimligheten för och solceller som hålls i miljöernära t.ex. saltvatten är med stor sannolikhet mer utsatta för ovälkomna beläggningar avolika slag. Om solceller beläggs på all tillgänglig takyta kommer många av dem sitta istadsmiljöer där luftföroreningar är mer vanliga än på landsbygden, varför 5 % ändå fåranses vara en rimlig siffra.

Snö

Reduktionen på 5 % av den totala årsproduktionen på grund av snö kan anses vara stor, dåendast en liten andel av årets totala solinstrålning inträffar då det är risk för snöbeläggningav solcellerna. De delar av Sverige med störst risk för snö under en större del av året ärdessutom glesbefolkade och störst mängd takyta finns således i södra Sverige där risken försnöbeläggning är relativt låg den största delen av året. Denna reduktionsfaktor får dockvara gällande, då ingen bättre reduktionsfaktor hittats.

Byggnadshistoriska faktorer

Att ta bort alla byggnader av en typ och behålla hela grupper av andra typer av byggna-der är en förenkling som ansågs nödvändig för att komma vidare. För religiösa byggnadervaldes alla bort, trots att det finns många religiösa lokaler där verksamheten delar utrym-me med andra verksamheter och således inte behöver skapa intressekonflikter på grund avestetik.

Med stor sannolikhet finns flertalet lokaler som inte passar för solceller, där taket kan

58

ha ett estetiskt värde för t.ex. reklam för verksamheten. Storleken av dessa tak är docksvår att uppskatta och bör inte vara speciellt konstant över samma typ av lokaler ellerav geografisk placering. På grund av komplexiteten i denna reduktion, samt bristandeliknande studier har dessa reduktioner inte inkluderats i beräkningarna.

Anslutning till elnätet

Antal fritidsbostäder som är anslutna till elnätet var 92 % år 2001. Detta är relativt oupp-daterade data och antalet kan både har stigit respektive sjunkit sedan dess. Allt eftersomsamhället utvecklas blir elberoendet också större vilket kan ha ökat andelen ansluta fri-tidshus. Inga uppdaterade studier har kunnat hittas varför detta inte analyserats vidareoch 92 % anslutning till elnätet därmed får anses vara rimligt.

6.1.3 Jämförelse med tidigare studie

Den teoretiska potentialen, d.v.s. framtagning av tillgänglig takyta och reduktioner avden, är något som gjorts i tidigare studier, bl.a. från 1999 (Kjellsson, 1999). Liknandeantaganden togs då, men vissa skillnader kan skönjas på grund av tidigare bristande in-formation. Kjellsson, författaren av studien från 1999, har utgått från byggnadsvolymer iflertalet fall och därefter behövt göra ytterligare antaganden om storlek på husgrunden föratt därefter kunna ta fram hur stort taket är. Detta har skapat en större osäkerhet i re-sultaten än vid ståndpunkt i bebyggd markyta och flertalet antaganden som gjordes då ärinte nödvändiga idag. Båda studierna har krävt antaganden om orienteringar, taklutningaretc. och här har liknande källor använts. Resultaten från båda studierna i framtagning avbruttoyta redovisas i tabell 6.1.

Tabell 6.1: Jämförelse av bruttoytor från 1999 och 2013.

Bruttoytor Småhus F.b.hus Ind. Lantb. Fritidshus Lokal. Tot.Kjellsson [km2] 290 54 94 127 44 70 679Kamp [km2] 742 81 102 8 52 105 1091

Resultaten skiljer sig markant i flertalet fall. För småhus har studien från 1999 troligeninte inkluderat bostadshus i lantbruket, då denna parameter är mycket större än dennarapports resultat. Om komplementbyggnader och ospecificerade byggnader räknas bortfrån småhusens resultat blir den totala bruttotakytan 330 km2, vilket är mycket närmreKjellssons resultat. Således verkar resultaten rimliga i denna studie. Flerbostadshusen ex-klusive andelen ospecificerade byggnader ger 74 km2, vilket fortfarande är betydligt merän Kjellssons resultat. Dock baseras Kjellssons resultat på uppvärmd yta och antagandenom antal våningsplan per fastighet etc. varför dessa resultat bör ses som mer osäkra änatt utgå från bebyggd markyta. Samma sak gäller för lokaler, fritidshus och industri somutgår från uppvärmd yta respektive golvyta i Kjellssons rapport. Fritidshusens resultat ärdock snarlika i båda studierna. Den främsta skillnaden mellan studierna är inkluderandetav komplementbyggnader och ospecificerade byggnader, vilka inte omnämns i den tidigarestudien.

59

Även reduktionerna skiljer sig åt på vissa punkter i studien från 1999 och denna studie.Nettoytorna specificeras i tabell 6.2.

Tabell 6.2: Jämförelse av nettoytor från 1999 och 2013.

Nettoytor Småhus F.b.hus Ind. Lantb. Fritidshus Lokal. Tot.Kjellsson [km2] 186 25 18 108 18 56 186Kamp [km2] 235 20 20 3 26 16 319

Reduktionerna är större, både i absoluta och relativa tal, i denna studie än i Kjellssonsstudie, där reduktionsfaktorerna inte är specificerade. Då detaljkännedom från Kjellssonsstudie saknas kan rimligheten mellan de båda studierna inte analyseras vidare.

6.1.4 Fasadmontering och parker av solceller

Solceller kan även installeras på fasader och i marknivå i solcellsparker. Fasader har gene-rellt sämre vinkel och större risk för skuggning än de takmonterade och ger således mindreenergi per installerad effekt. Om solceller når en robusthet på marknaden utan stöd kansolceller installerade på fasader komma att bli mer intressanta, men idag då utbyggnads-graden på taken är så små är det bättre att installera mer solceller på taken och väntamed fasaderna.

Parker av solceller finns redan i t.ex. Tyskland och ska motsvarande utveckling ske i Sve-rige kommer mellanspänningsnätet att påverkas och därmed behöva designas om för attklara det större flödet av varierbar elgenerering. Att belägga marker med solceller kan ävenbidra till konflikter om vad marken bäst används till. För att inte skuggningen ska vara förstor på solcellerna är det bra med stora öppna marker som annars kan användas till odling,betesmarker eller dyl. Dessa intressekonflikter kommer minska den totala potentialen försolcellerna på marken och solcellsparker bör därmed analyseras i vidare studier.

6.2 Teknisk potential

6.2.1 Data för solinstrålning, temperatur och last

Strång, SMHI:s databas över global solinstrålning anses vara en bra källa och att bildaett medelvärde över flertalet år bör ge en bra bild av hur stor solinstrålningen normalt ärpå varje plats. Att ha så många väderstationer som 12 st kan ses som en överdrift, mendå kurvorna från stationerna jämfördes ansågs avvikelserna vara så pass stora att dennanoggrannhet var nödvändig för ett gott resultat. Att inkludera solcellernas påverkan avtemperatur hade mycket olika inverkan på totalproduktionen av el i de olika delarna avSverige. Det behövs definitivt för norra Sverige, men inte lika tydligt för södra där depositiva och negativa effekterna av temperaturen tar ut varandra över ett år. Eftersomden största effekten finns installerad i södra Sverige kan temperaturpåverkan eventuelltexkluderas, men eftersom det finns data över temperaturen och resultaten visade skillnadvid inkluderandet ansågs denna parameter viktig för att spegla verkligheten så långt detvar möjligt.

60

För lastdata valdes att titta på en konsument som inte har direktverkande el som uppvärm-ningssystem då allt färre uppvärmningssystem baseras på direktverkande el. I storstäderär det speciellt ovanligt och då stora städer också har störst potential för solel är dettalämpligt. Lönsamhetsstudien på ett hushåll med direktverkande el som uppvärmning gerlönsamhet snabbare då den totala konsumtionen av el är större och matchningen mel-lan produktion och konsumtion därmed är bättre. Dock gäller även för dessa system atthuvudproduktionen av el sker då uppvärmningsbehovet är som minst, vilket minskar skill-naden i lönsamhet mellan hushåll som har direktverkande el och hushåll med en annanvärmekälla.

6.2.2 Maximalt installerad effekt

Det är svårt att sätta en generell installationsgrad som ska gälla för alla solcellssystemeftersom den effekt solceller som är möjlig att installera beror på nätets topografi, för-delning mellan faserna, egenkonsumtion etc. Att det finns flera olika sätt att beräknainstallationsgraden på är därför inte konstigt. Det är dessutom olika syfte med installa-tionen om effekterna på elnätet ska användas som mål respektive om den totala kapacitetelnätet klarar av ska vara målet. Sveriges elnät är uppbyggt efter en viss design och deresultat som svenska studier kommer fram till behöver därför inte heller vara applicerbarapå andra nät i Europa. Överspänningar eller för stora flöden kan ge stora negativa effektersom strömavbrott eller i värsta fall bränder eller förstörda komponenter och det är därförmycket viktigt att se till att detta inte sker.

Hur säker 30 % installationsgrad är kan diskuteras. Enligt Walla et al. bör detta inteha negativ effekt på elnätet och dess komponenter, men detta är endast en studie ochbehöver analyseras vidare.

Utveckling av produkter som kan hantera större avvikelser från den nominella spänningenoch ett energisystem som därmed är mer styrt efter tillgång än efterfrågan är en av allalösningar på hur tekniken kan utveckla hållbarheten i samhället.

6.2.3 Reglerkapacitet

Om solceller införs på stor skala är det rimligt att börja titta mer på den storskaliga regle-ringen. Vattenkraften i Sverige är i stort sett så utbyggd som det går, så när som på de fyraskyddade älvarna som eventuellt skulle kunna byggas ut. Det politiska motståndet mot attbygga ut dessa älvar är dock stort och inte en reglerkraft att räkna med. Ju mer vårt elnätbyggs ihop med kontinenten, desto fler aktörer vill kunna använda resurserna som finns iSverige. Ett stabilt nät är ofrånkomligt att prioritera och ju mer varierbar el som byggs,desto mer reglerkapacitet behövs. Miljökraven på de dammar etc. som finns i anslutningtill vattenkraftverken skärps ständigt och detta kan bli ett problem vid utbyggnad av denvarierbara elproduktionen.

6.2.4 Missmatchning mellan produktion och konsumtion

För hushåll är missmatchningen mellan produktion och konsumtion det stora tekniskaproblemet eftersom detta genererar överspänningar och för stora flöden i samband medlåglast och topproduktion. Att hitta sätt att lösa denna missmatchning och ha större

61

andel egenkonsumtion skulle skapa bättre förutsättningar för att öka andelen solcelleri energisystemet. Detta kan ske genom produkter som klarar större avvikelser från dennominella spänningen, i enlighet med avsnitt 6.2.2, eller att anpassa konsumtionen till närdet finns gott om energi genom information till konsumenterna som då kan aktivt väljanär de ska använda enheter med hög effekt.

6.3 Ekonomisk potential

6.3.1 Valda parametervärden

Elpris

Prognostisering av elpris är mycket svårt och det syns även i val av elpris. Att användaelområde 3 är lämpligt eftersom det är där lönsamhetsanalysen gjorts och det är ett tät-befolkat elområde. De andra områdena skiljer inte mycket i pris och detta är därför avringa betydelse. Just eftersom prognostiseringen är så svår fanns inget självklart val i vil-ken tidsram elpriset skulle beräknas kring, då spotpriset varierat mellan 13 och 92 öre perkWh de senaste åren. Denna osäkerhet har dock kompenserats med att analysera vilkenutveckling av elpriset som krävs för att skapa lönsamhet. I liknande studier har 1,20 krper kWh använts som utgångspunkt (Karlberg, 2012).

Återbetalningstid

Ett system som återbetalas på 25 år har i denna rapport definierats som lönsamt. Huruvidadetta är en rimlig tid är något att analysera. 25 år är lång tid att bo på samma ställe ochom återbetalningstiden blev kortare är det troligt att efterfrågan skulle öka, både för attinvesteringen snabbare ger vinst tillbaka och för att projektets tid är lättare att överblicka.Att investera i solceller bör dock ge en värdeökning av fastigheten även om det är svårtatt mäta och bör ses som en god investering.

Eftersom effektnedsättningen visat sig vara låg är det rimligt att anta att solcellerna haren längre livstid än 25 år och därmed skulle kunna nå lönsamhet genom att kunna brukaslängre än de 25 år som leverantörerna garanterar.

Elcertifikat

Elcertifikaten kan säljas på brutto- eller nettobasis och nettobasis valdes för att pris-uppgifter på mätare som kan mäta flöden åt båda hållen då inte behövdes. Troligt ärdock att kostnaden för mätaren relativt snabbt återbetalas med den extra intäkten förelcertifikaten, men det har inte vidare analyserats.

6.3.2 Kombinerade utfall av förändrade parametrar för lönsamhet

Analysen av lönsamhet för system med solceller har endast behandlat enskilda parametrarsvariation och därmed inte tagit hänsyn till kombinerade effekter av flera parametrarsparallella förändringar. Om t.ex. elpriset går upp samtidigt som kostnaderna för solcellernasjunker kommer återbetalningstiden förkortas. Eftersom det statliga stödet historisk följtkostnaden av solcellerna väntas detta fortsätta och en lägre solcellskostnad antas därförföljas av ett lägre stöd från staten.

62

6.3.3 Verkningsgrad

Utvecklingen av solceller går framåt och även om kiselsolceller har ett teoretiskt verk-ningsgradsmaximum runt 30 % går detta att komma runt med solceller av flera materialsom har skilda bandgap och därmed mindre termiska förluster totalt sett. Det är därförrimligt att anta att verkningsgraden på de solceller som är i kommersiellt bruk kommeratt förbättras allt eftersom forskningen går framåt, men denna rapport behandlade endastde solceller som är i kommersiellt bruk i Sverige idag.

63

Kapitel 7

Rekommenderade vidare studier

7.1 Takvinkel och orientering

Takvinklar och orientering av tak har inte uppdaterats sedan Enströms studie från 1983,med siffror från 1980. För att säkerställa giltigheten i framräknade siffror i denna rap-port bör noggrannare analyser av bostadsbeståndet göras för hela Sverige. Att tydligaredefiniera utformning på komplementbyggnader minskar felmarginalen mycket då de stårför en relativt stor del av Sveriges totala bebyggda yta.

7.2 Korrelation mellan solenergi och vindkraft

Författaren rekommenderar vidare studier gällande kombinerade effekter av sol- och vind-energi. Studier av kombinerade system har visat att sol och vind är negativt korreleradepå viss tidsbasis, d.v.s. att deras produktionstoppar på t.ex. årstidsbasis missmatchar ochdärmed kan bidra till elproduktionen vid olika delar av året och tillsammans säkerställatillgång på el (Widén, 2011).

7.3 Design av elnätet

En studie i vad som krävs av elnätets komponenter och dimensionering för att en ansenli-gare mängd solel ska kunna installeras rekommenderas vidare. Till detta hör även analysav mellanspänningsnätet och hur det behöver förändras för att klara större andel varierbarel, vilket blir fallet om parker av solceller ska installeras, men även om vindkraften byggsut ytterligare.

7.4 Installerad effekt på industrier

Denna studie har gjort den grova förenklingen att endast installera 1 kWp per byggnadför industrier och lokaler, i syftet att se hur mycket solcellseffekt som ska installeras förelnätets bästa som det är designat idag. Många industrier har stora effektbehov och klararmed stor sannolikhet en större installerad effekt än denna märkeffekt utan att solcellernaöverproducerar. Industriernas lastmönster rekommenderas att undersökas vidare och videventuell installation av solceller bör effekten anpassas efter dessa lastmönster.

64

Litteraturförteckning

Andersson, M. (2013), ‘Konsult, energibanken’, Email, 2013-04-17.

Christensen, I. and Larsson, G. (2010), Energianvändningen i trädgårdsnäringen, Technicalreport, Grön Kompetens.

Clean Technica (2013).URL: http://cleantechnica.com/2013/05/24/solar-powers-massive-price-drop-graph/

Cobben, S., Gaiddon, B. and Laukamp, H. (2008), Impact of photovoltaic generationon power quality in urban areas with high pv population – results from monitoringcampaigns., Technical Report EIE/05/171/SI2.420208, PV Upscale.

Edoff, M. (2012), ‘Professor, teknikvetenskaper, uppsala universitet’, Föreläsning, hösten2012.

Ejeklint, L. (2013), ‘Handläggare, Vattenfall’, Telefonsamtal, 2013-06-27.

Ekmans specialisolering AB (2013).URL: http://www.ekmansiso.se/tak.html

Energimyndigheten (2012a), ‘Energiläget i siffror 2012’.URL: http://www.energimyndigheten.se/Global/Statistik/Energil%C3%A4get/Energil%C3%A4get%20i%20s%20iffror%202012.pdf%20%5B

Energimyndigheten (2012b), ‘Producera din egen el’.URL: http://energimyndigheten.se/Hushall/Producera-din-egen-el/

Energimyndigheten (2012c), ‘Producera egen en från solen’.URL: http://www.energimyndigheten.se/Hushall/Producera-din-egen-el/Producera-el-fran-solen/

Energimyndigheten (2013), ‘Stöd till solceller’.URL: http://www.energimyndigheten.se/sv/Hushall/Aktuella-bidrag-och-stod-du-kan-soka/Stod-till-solceller/

Enström, L. (1983), Solceller i bebyggelsen, Technical Report Efn-projekt 5260 241, VBB,Stockholm.

E.ON (2013), ‘Så här är elnätet i sverige uppbyggt. – e.on’.URL: http://www.eon.se/privatkund/Produkter-och-priser/Elnat/Sa-har-funkar-elnatet/

65

Fortum (2013a), ‘Ersättning Fortum egen el’.URL: http://www.fortum.com/countries/se/privat/energismart-hemma/bli-elproducent/ersattning/pages/default.aspx

Fortum (2013b), ‘Våra olika solcellspaket’.URL: http://www.fortum.com/countries/se/privat/energismart-hemma/sol/priser/pages/default.aspx

Hedström, J. (2013), ‘Handläggare, Energimyndigheten’, Email, 2013-06-28.

Hedström, J. and Palmblad, L. (2006), Performance of old PV modules - Measurement of25 years old crystalline silicone modules., Technical Report 06:71, Elforsk, Stockholm.

Hellberg, C. and Nilsson, L. (2012a), Energistatistik för lokaler 2011, Technical Report ES2012:06. ISSN 1654-7543, Statens energimyndighet, Stockholm.

Hellberg, C. and Nilsson, L. (2012b), Energistatistik i fritidshus 2011, Technical ReportES 2012:03. ISSN 1654-7543, Statens energimyndighet, Eskilstuna.

Holttinen, H. and Hirvonen, R. (2005), Wind power, in ‘Power System Requirements forWind Power’.

HOMER (2013), ‘Hybrid Optimization Model for Renewable Energy’.URL: http://homerenergy.com/software.htm

IVA (2013), Ett energieffektivt samhälle. Opublicerad presentation.

Karlberg, L. (2012), “Bengt stridh svarar skeptiska solelsläsare”, Ny Teknik .

Kjellsson, E. (1999), Potentialstudie för byggnadsintegrerade solceller i Sverige. rapport 1.ytor på byggnader, Technical Report ISRN LUTVDG/TVBH- 99/7210-SE(34), Lundstekniska högskola: Avdelningn för byggnadsfysik, Lund.

Lublin, Z. and Nilsson, J. (2012), Elcertifikatsystemet 2012, Technical Report ET 2012:30,Energimyndigheten, Eskilstuna.

Mälarenergi (2013), ‘Våra solcellspaket’.URL: http://www.malarenergi.se/sv/privat/energismart/Solcellspaket/Vara- solcellspa-ket/

Moström, J. (2013), ‘Miljöekonomi och naturresurser’, Email, 2013-04-18.

Munkhammar, I. and Eriksson, J. (2002), Energianvändning i fritidshus 2001, Technicalreport, SCB, Stockholm.

National Instruments (2012).URL: http://www.ni.com/white-paper/7230/en/

Nelson, J. (2004), pn-junction, in ‘The Physics of Solar Cells’, pp. 146–147.

Nilsson, S. (2013), ‘Energirådgivare’, Telefonsamtal, Email, 2013-07-05.

Noord, M. V. and Ärlebeck, J. (2011), Solceller i samhällsplanering - skapa bra förutsätt-ningar för solenergi, Technical Report 1998:20, Elforsk, Stockholm.

66

NordPoolSpot (2013a), ‘Consumption’.URL: http://www.nordpoolspot.com/Market-data1/Power- system-data/Consumption1/Consumption/ALL/Hourly1/

NordPoolSpot (2013b), ‘Elspot monthly and yearly prices from 1996 sek’.URL: http://www.nordpoolspot.com/Market-data1/Downloads/Historical-Elspot-prices/Monthly-Elspot-%20prices/

NordPoolSpot (2013c), ‘Elspotprices’.URL: http://www.nordpoolspot.com/Market-data1/Elspot/Area- Pri-ces/ALL1/Hourly/

Nygren, I. (2003), Inventering av eluppvärmda småhus i sverige, samt val av typhus, Te-chnical Report ISSN 1401-7555, Högskolan i Dalarna, Borlänge.

Otterbjörk, Ö. (2013), Email, 2013-08-20.

Paatero, P. and Lund, P. (2007), Effects of large-scale photovoltaic power integration onelectricity distribution networks, Technical Report Renewable Energy 32 (2007) 216-234., Helsinki University of Technology, Helsingfors.

Palmblad, L. (2009), Producera el med solceller, in ‘Informationsbroschyr om att producerael med hjälp av solceller.’, Energimyndigheten, Eskilstuna.

Palmblad, L. and Bargi, S. (2013), ‘Vi går mot ljusare tider med en solcellseffekt på 23,8MW’.URL: http://www.energimyndigheten.se/sv/Press/Nyheter/Vi-gar-mot-ljusare-tider-med-en-solcellseffekt- pa-238-MW/

PV Education (2013a).URL: http://pveducation.org/pvcdrom/solar-cell- operation/solar-cell-structure

PV Education (2013b).URL: http://pveducation.org/pvcdrom/solar- cell-operation/effect-of-temperature

PV Education (2013c).URL: http://pvcdrom.pveducation.org/MODULE/NOCT.htm

Sandén, B. (2007), ‘Stödsystem för solceller’.URL: http://www.solelprogrammet.se/PageFiles/328/solel_071121_stodsystem.pdf?epslanguage=sv

SCB (2012a), ‘Allmän fastighetstaxering för lantbruk efter tid, värdeårsklass och tabell-innehåll. Stockholm’.URL: http://www.scb.se/Pages/SSD/SSD_TablePresentation____340486.aspx?layout=tableViewLayout1&rxid=ffbb10a0-2b81-4e65-bb35-f94d59726e16

SCB (2012b), ‘Lägenheter i det kalkylerade bostadsbeståndet efter hustyp och tidi detkalkylerade bostadsbeståndet efter hustyp och tid’.URL: http://www.scb.se/Pages/SSD/SSD_TablePresentation____340486.aspx?layout=tableViewLayout1&rxid=049fc144-a9a9-4ad5-872c-2a676fa8c4dc

67

SCB (2013), ‘Summering_00_hela_landet_ytor_byggnader_bostäder (version 1) 00 helalandet ytor byggnader bostäder (version 1)’. Opublicerad statistik.

Scull, S. (2011), ‘The shade effect on solar panels and gridtied systems’.URL: http://www.skatteverket.se/privat/skatter/fastigheterbostad/fastighetstaxering/smahus.4.76a43be412206334b8980001091.html,

SFS 1994:1776 (1994).

SFS 2012:971 (2012).

Skatteverket (2013), ‘Småhus |skatteverket’.URL: http://www.skatteverket.se/privat/skatter/fastigheterbostad/fastighetstaxering/smahus.4.76a43be412206334b8980001091.html,

SOU 2013:46 (2013).

STRÅNG (2013), ‘Global solinstrålning’.URL: http://strang.smhi.se/extraction/index.php

Stridh, B. (2013), ‘Ekonomiska stöd och undantag för solcellsanläggningar. Bengtsvillablogg. 7 maj.’.URL: http://bengts.blogg.viivilla.se/ekonomiskt-stod-och-undantag-for-solcellsanlaggningar/

UmeåEnergi (2013), ‘Frågor och svar om din el.’.URL: http://www.umeaenergi.se/el/privat/fraagor-och-svar-om- el.ept

van Zeghbroeck, B. (2011), ‘The principles of semiconductor devices’.URL: http://ecee.colorado.edu/ bart/book/book/chapter2/ch2_3.htm

Vattenfall (2013a), ‘Elcertifikatshistorik - Vattenfall’.URL: http://www.vattenfall.se/sv/elcertifikat.htm

Vattenfall (2013b), ‘Elområde 3 – historik rörliga priser – Vattenfall.’.URL: http://www.vattenfall.se/sv/elomrade-3-historik-oever-roerliga-priser.htm

Vattenfall (2013c), ‘Energiskatter – Vattenfall’.URL: http://www.vattenfall.se/sv/energiskatter.htm

Vattenfall (2013d), Mätvärden för privatkunder. Opublicerad data.

Vattenfall (2013e), ‘Med solceller kan du producera din egen el – Vattenfall.’.URL: http://www.vattenfall.se/sv/solceller.htm

Vattenfall (2013f), ‘Mikroproduktion – vi köper din överskottsel – vattenfall.’.URL: http://www.vattenfall.se/sv/mikroproduktion-vi-koper-din-overskottsel.htm

Vattenfall (2013g), ‘Om elcertifikat – Vattenfall’.URL: http://www.vattenfall.se/sv/elcertifikat.htm

ViaVästerbotten (2013), ‘Transmission grid in the nordic countries’.URL: http://viavasterbotten.se/wp-%20content/uploads/2009/10/Transmission-grid-in-the-nordic-countries_21.jpg

68

Villa Varm (2013).URL: http://www.villavarm.se/olika- husmodeller.html

Walestad, M. and Verhage, M. (2012), Rikets fastigheter 2012, Technical Report BO 37SM 1201. ISSN 1654-3270, SCB, Stockholm.

Walla, T., Widén, J., Johansson, J. and Bergeland, C. (2013), ‘Determining and increa-sing the hosting capacity for photovoltaics in swedish distribution grids’. Opubliceradrapport.

Wholesale Solar (2013).URL: http://www.wholesalesolar.com/images/module_folder/solar-panels-shading.jpg

Widén, J. (2011), Correlations between large-scale solar and wind power in a future scena-rio för sweden, Technical Report IEEE TRANSACTIONS ON SUSTAINABLE ENER-GY, VOL. 2, NO. 2, IEEE, Stockholm.

Widén, J. (2012), ‘Forskare, teknikvetenskaper, uppsala universitet’, Föreläsning, hösten2012.

Widén, J. (2013), ‘Forskare, teknikvetenskaper, uppsala universitet’, Email, 2013-04-29.

Widén, J., Wäckelgård, E., Paatero, E. and Lund, P. (2010), Impacts of distributed photo-voltaics on network voltages: Stochastic simulations of three swedish low-voltage grids,Technical Report Electric Power Systems Research 80 (2010) 1562-1571., Uppsala Uni-versitet, Helsinki University of Technology, Uppsala, Helsingfors.

Zimmermann, U. (2012), ‘Universitetslektor, teknikvetenskaper, uppsala universitet’, Fö-reläsning, höstan 2012.

69

Bilaga A

Bilagor

A.1 Total markyta för småhus

Tabell A.1: Bebyggd markyta, specificerat efter län och byggnadstyp.

Bebyggdmarkyta Bostad Ekonomi- Industri Komplement- Samhälls- Verk-1000 [m2] byggnad byggnad funktion samhetStockholm 53 550 211 7 864 17 996 9 584 5 799Uppsala 13 703 31 2 356 13 392 2 162 924Södermanland 11 710 51 2 682 10 445 2 052 758Östergötland 16 642 124 4 981 16 211 3 043 1 578Jönköping 14 770 59 8 865 14 568 2 587 1 256Kronoberg 9 489 53 3 607 10 569 1 391 909Kalmar 13 522 169 3 928 14 903 2 074 1 025Gotland 3 723 15 388 5 616 521 345Blekinge 7 956 32 1 546 7 371 1 178 532Skåne 49 899 4 254 15 130 37 624 8 122 3 937Halland 15 112 169 4 237 13 317 2 162 1 127Västra Götaland 61 199 1 298 19 213 49 651 10 322 5 245Värmland 14 806 51 3 473 14 780 2 250 1 072Örebro 11 906 42 3 892 11 564 2 081 1 119Västmanland 9 992 120 3 261 8 103 1 803 1 240Dalarna 18 125 67 3 402 17 564 2 194 1 299Gävleborg 14 214 48 3 658 13 950 2 177 1 080Västernorrland 12 867 40 2 852 12 013 2 008 947Jämtland 10 004 21 1 207 9 848 1 278 643Västerbotten 14 670 70 2 736 16 052 2 307 914Norrbotten 15 190 88 2 712 12 554 2 453 1 116Riket 393 052 7 013 101 991 328 091 63 748 32 866

Tabell A.1 har använts som grund för många av beräkningarna för bruttoytor. Lokaler

70

har definierats som summan av byggnadstyperna Verksamhet och Samhällsfunktion, in-dustri finns som egen kategori, lantbruk har definierats som ekonomibyggnader, eftersomdess bostadshus inkluderas i kategorin Bostad. Byggnadstypen Komplementbyggnad, hardefinierats som byggnader som tillhör småhus, då ytterligare information om dessa bygg-nader saknas. För småhus och flerbostadshus har tabell A.2 specificerat uppdelningen frånkategorin Bostad. Där har Flerfamiljshus definierats för flerbostadshus, medan Småhusfriliggande, Småhus kedjehus, Småhus m. flera lägenheter samt Småhus radhus antagitstillhöra småhus. Den sista kategorin, Ospecificerad har viktats efter de övriga små- ochflerbostadshusens upptagna markyta och 81 % av Ospecificerad tillhör därmed småhusenoch 19 % tillhör flerbostadshusen, enligt bilaga A.2.

Tabell A.2: Specifik byggnadstyp för bostäder.

Bebyggdmarkyta Fler- Ospec. Småhus Småhus Småhus m. Småhus1000 [m2] familjshus bostäder friliggande flera lgh radhusStockholm 14 828 3 767 27 187 3 362 385 4 022Uppsala 2 729 1 255 8 597 712 134 275Södermanland 2 152 1 141 7 411 515 166 326Östergötland 3 449 1 485 9 838 886 405 579Jönköping 2 442 1 072 10 235 527 210 283Kronoberg 1 210 796 6 856 315 217 96Kalmar 1 665 1 214 9 917 376 155 196Gotland 339 572 2 583 74 133 21Blekinge 968 596 5 979 251 72 90Skåne 8 723 2 945 31 792 3 449 1 382 1 608Halland 1 746 889 11 425 647 143 262Västra Götaland 10 991 3 897 40 418 2 285 1 182 2 426Värmland 2 026 1 510 10 499 430 144 197Örebro 2 313 1 018 7 518 664 223 171Västmanland 2 079 658 6 053 629 80 493Dalarna 2 084 2 873 12 389 516 98 165Gävleborg 2 104 1 717 9 214 411 459 310Västernorrland 1 857 2 059 8 367 347 13 225Jämtland 1 164 2 320 6 042 199 128 152Västerbotten 2 162 2 761 8 937 361 81 368Norrbotten 2 027 2 838 9 704 394 56 171Riket 69 058 37 384 250 959 17 349 5 867 12 435

A.2 Ospecificerade bostadsytor

För att beräkna hur mycket av de ospecificerade markytorna som ska tillfalla småhusrespektive flerbostadshus har en medelvärdesriktning gjorts enligt ekvation A.1.

71

Arel =Abyggnadstyp

Atotal

(A.1)

där Arel är den relativa mängd som tilldelas småhus, respektive flerbostadshus, Abyggnadstyp

är den markyta småhus, respektive flerbostadshus tar i anspråk och Atotal är summan avmarkytorna för små- och flerbostadshus. För småhusen blir denna relativa andel 81 % ochför flerbostadshusen följaktligen 19 % av de ospecificerade byggnadernas totala markyta.

De belopp som tillfaller småhus respektive flerbostadshus har beräknats enligt ekvationA.2.

Atillfallen = Arel ·Aospec. (A.2)

där Atillfallen är den markyta som tillfaller respektive byggnadstyp och Aospec. är dentotala markytan för de ospecificerade bostadshusen.

A.3 Fritidsytor

Tabell A.3: Antal fritidshus inom varje storleksintervall.

Boytestorlek Antal fastigheter Markyta Markyta[m2/hushåll] [st] [m2] [km2]<30 54 000 1 080 000 1,130-120 501 000 37 575 000 37,6121-200 37 000 5 920 000 5,9>200 5 000 833 000 0,8Totalt 597 000 45 408 000 45,4

För att beräkna hur stora takytor som finns på fritidshus har boyta använts som grund.Här finns statistik över hur många enheter som finns inom varje storlek och antagandeom antal våningsplan har sedan varit nödvändigt för att kunna beräkna de totala takytor-na. Antalet våningsplan sattes till 1 per byggnad för fritidshusen, förutom för den störstagruppen, där antalet våningsplan sattes till 1,5 st per byggnad.

Antagande om jämn storleksfördelning inom varje intervall har utförts. Takytans utform-ning likt ett sadeltak med vinkeln 31◦ gav slutligen resultatet 52 km2.

72

A.4 Bruttoytor

Tabell A.4: Bruttoytor specificerat efter byggnadstyp.

Bruttoytor[km2] Småhus F.b.-hus Ind. Lantb. Fritid. LokalerUpptagenmarkyta 645 76 102 7 45 97

Takvinkel [◦] 31 24 0 31 30 27Andellutade tak 91 % 70 % 0 % 100 % 100 % 68 %Andelplatta tak 9 % 30 % 100 % 0 % 0 % 32 %Takyta,lutad 685 58 0 8 52 74Takyta,platt 58 23 102 0 0 31Total,bruttoyta 743 81 102 8 52 105

För att beräkna bruttoytan har ekvation 3.1 applicerats på de lutade taken, medan de plat-ta taken beräknats genom att multiplicera andelen platta tak med den bebyggda markytan.

A.5 Reduktioner för bruttoytor till nettoytor

Tabell A.5: Absoluta reduktioner.

Absolut reduktion Småhus Lokaler

Växthus [m2] 3 069 000 0Kyrkor ochkapell [m2] 0 3 125 000

Endast småhus och lokaler har absoluta reduktioner. Småhus i och med att komplement-byggnader definierats tillhöra småhus och att växthus ingår i komplementbyggnader sominte bör beläggas med solceller. Lokaler har religiösa byggnader, vilka uteslutits ur poten-tialen sedan tidigare.

73

Tabell A.6: Relativa reduktioner, lutade tak

Relativ red-uktionsfaktor [%] Småhus F.b.-hus Ind. Lantb. Fritid. LokalSkuggning 10 15 10 10 20 10Takhinder 10 20 20 5 20 10Snö 5 5 5 5 5 5Smuts 5 5 5 5 5 5Byggnadshistoria 10 10 0 0 0 10Anslutning till elnätet 0 0 0 0 8 0Orientering 50 50 50 50 50 50

Tabell A.7: Relativa reduktioner, platta tak

Relativ red-uktionsfaktor [%] Småhus F.b.-hus Ind. Lantb. Fritid. LokalSkuggning 10 15 10 10 20 10Takhinder 10 20 20 5 20 10Snö 5 5 5 5 5 5Smuts 5 5 5 5 5 5Byggnadshistoria 10 10 0 0 0 10Anslutning till elnätet 0 0 0 0 8 0Radavstånd 70 70 70 70 70 70

Endast orientering och radavstånd skiljer tabell A.6 och A.7, i övrigt är reduktionsfakto-rerna identiska oberoende av tiltvinkel på taken.

74

A.6 Total nettoyta

Tabell A.8: Nettoyta, specificerat efter byggnadstyp och taklutning

Byggnadstyp Småhus F.b.-hus Ind. Lantb. Fritid. Lokal TotaltNettoyta,lutade [km2] 224 16 0 3 20 16 280Nettoyta,platta [km2] 11 4 20 0 5 0 39Nettoyta,totalt [km2] 235 20 0 3 26 16 319

75

A.7 Fördelning av nettoytorna

Tabell A.9: Installerad effekt, specificerad efter län och byggnadstyp.

Nettotakyta Småhus F.b.-hus Ind. Lantb. Fritid. [1000 m2]Norrbotten 9 354 584 523 40 747 586Västerbotten 8 879 623 528 31 1 046 529Västernorrland 7 870 535 550 18 731 485Jämtland 6 223 335 233 9 1 074 315Gävleborg 8 735 606 705 22 982 535Dalarna 11 484 600 656 30 1 517 574Uppsala 7 958 786 454 14 976 507Stockholm 28 178 4 273 1 516 95 4 400 2 527Södermanland 6 925 620 517 23 1 114 462Västmanland 5 774 599 629 54 467 500Örebro 6 968 667 750 19 520 526Värmland 9 262 584 670 23 891 546Västra Götaland 36 677 3 167 3 705 584 3 459 2 557Östergötland 9 571 994 960 56 1 067 759Jönköping 8 989 704 1 709 27 557 631Blekinge 5 097 279 298 14 570 281Gotland 2 427 98 75 7 507 142Halland 9 785 503 817 76 1 401 540Kalmar 8 620 480 757 76 1 301 509Kronoberg 6 026 349 695 24 401 378Skåne 30 115 2 514 2 917 1 915 1 963 1 981Riket 234 917 19 900 19 664 3 157 25 691 15 870

76

A.8 Väderstationer

Tabell A.10: Väderstationstillhörighet och koordinater för väderstationernas placering.

Län Väderstation Latitud LongitudNorrbotten Kiruna 67,83 20,43Västerbotten, Västernorrland Umeå 63,82 20,25Jämtland Frösön 63,2 14,5Gävleborg, Dalarna, Västmanland Borlänge 60,48 15,43Örebro, Värmland Karlstad 59,36 13,47Uppsala, Stockholm, Södermanland Stockholm 59,35 18,07Jönköping, Östergötland Norrköping 58,58 16,15Västra Götaland, Halland Göteborg 57,67 12,0Gotland Visby 57,67 18,35Kronoberg Växjö 56,93 14,73Blekinge, Kalmar Karlskrona 56,11 15,59Skåne Lund 55,72 13,22

77

A.9 Installerad effekt

Tabell A.11: Installerade effekt specificerad efter takvinkel och väderstationstillhörighet.

Installeradeffekt 0◦ 24◦ 27◦ 30◦

Kiruna 259 61 60 1 395Umeå 489 122 103 2 560Frösön 149 35 32 1 012Borlänge 808 190 164 4 009Karlstad 540 131 109 2 433Stockholm 1 378 596 356 6 870Norrköping 794 178 142 2 789Göteborg 1 619 385 316 7 170Visby 55 10 15 408Växjö 219 37 39 886Karlskrona 416 80 81 2 166Lund 1 052 264 202 4 692Riket 7 778 2 089 1 618 36 390

78

A.10 Producerad el

Tabell A.12: Producerad el över ett år, specificerat efter taklutning och geografisk place-ring.

Producerad Totalt,el [TWh] 0◦ 24◦ 27◦ 30◦ alla vinklarKiruna 0,23 0,06 0,05 1,16 1,50Umeå 0,49 0,13 0,10 2,42 3,13Frösön 0,14 0,03 0,03 0,91 1,12Borlänge 0,84 0,20 0,17 3,92 5,13Karlstad 0,61 0,15 0,12 2,58 3,46Stockholm 1,68 0,74 0,42 7,75 10,59Norrköping 0,92 0,22 0,16 3,06 4,36Göteborg 1,98 0,48 0,38 8,21 11,05Visby 0,07 0,01 0,02 0,47 0,56Växjö 0,25 0,04 0,04 0,97 1,31Karlskrona 0,52 0,10 0,10 2,55 3,27Lund 1,20 0,31 0,23 5,04 6,78Riket 8,92 2,48 1,83 39,04 52,27

79

A.11 Byggnadsenheter

Tabell A.13: Antal hushåll, specificerat efter byggnadstyp och geografisk placering

Hushåll per län [1000st] Småhus F.b.hus Ind. Lantb. Fritid. Lokal.Norrbotten 106 67 5 0 17 3Västerbotten 94 73 6 0 24 2Västernorrland 91 64 5 0 17 2Jämtland 59 36 4 0 25 2Gävleborg 97 73 6 0 23 3Dalarna 128 68 5 0 35 3Uppsala 84 102 5 0 23 2Stockholm 331 778 18 0 102 9Södermanland 73 78 4 0 26 2Västmanland 68 79 3 0 11 2Örebro 84 81 6 0 12 2Värmland 100 69 6 0 21 3Västra Götaland 416 455 33 0 80 13Östergötland 109 134 6 0 25 3Jönköping 103 81 7 0 13 3Blekinge 57 36 3 0 13 2Gotland 20 11 1 0 12 1Halland 103 56 5 0 33 3Kalmar 92 54 5 0 30 3Kronoberg 61 42 4 0 9 2Skåne 328 348 22 0 46 9

80

A.12 Företagens solcellspaket

Tabell A.14: Företagens prislista över tillhandahållna effektsystem.

Leverantör Märkeffekt Totalpris, inkl. Pris per installerad[kWp] installation [kr] effektenhet [kr/Wp]

Fortum 1,5 53 250 35,52,25 70 375 31,3

3 87 875 29,34,5 124 625 27,7

Vattenfall 1,6 47 500 29,72 58 500 29,3

3,2 75 500 23,6Vattenfall, elkund 1,6 42 750 26,7

2 52 650 26,33,2 67 950 21,2

Mälarenergi 2 49 900 25,03 64 900 21,65 99 900 20,0

81