Plusshus-bloggen ved Tor Helge Dokka – 5
For å nå plusshusmålsetningen for huset er det montert solceller på både øst- og vestsiden av taket. Det er brukt et nyutviklet bygningsintegrert monteringssystem for solcellene.
Målsetning
Målsetningen for huset har fra starten av vært at det skulle gå i pluss over året. I den mye brukte plusshus-definisjonen fra Futurebuilt er kravet at den skal gå i pluss med 2 kWh/m2år. Dette er regnet ut fra typisk el-bil behov i et moderne kontorbygg, men er også brukt som krav for andre bygningskategorier, inkludert småhus.
I et småhus hvor lading av el-bilen i det store og hele foregår hjemme, vil energibruken til el-billading være langt høyere. I vårt tilfelle er dette beregnet til 4 000 kWh/år, basert på gjennomsnittlig kjørelengde (ca. 17 000 km) de tre første årene vi hadde el-bilen (Tesla Model 3). Etter litt beregninger og vurderinger ble målsetningen vi valgte å legge til grunn at i tillegg til byggets energibruk skulle vi også dekke ca. 75 % av årlig el-billading. Dette vil i praksis si at bygget må ha et overskudd på ca. 15 kWh/m2år.
Bygningsintegrasjon
Det var et sterkt ønske fra oss og Snøhetta at solcelleanlegget skulle være bygningsintegrert. Det er ingen klar definisjon av hva som menes med bygningsintegrert, men en løs definisjon er at solcellene skal erstatte en tak- eller fasadekledning. Dvs. solcellene skal f.eks. ikke legges ovenpå en fullverdig takkonstruksjon, som et taksteintak. Tanken er at det skal gi en betydelig kostnadsbesparelse å bytte ut f.eks. takstein, trekledning eller metallkledning. Erfaring fra gjennomførte prosjekter viser så langt ikke noen klar besparelse av dette.
Det andre argumentet for bygningsintegrasjon er at det gir et mer estetisk og elegant solcelleanlegg som er tilnærmet flush med resten av takflaten. Det var i vårt tilfelle det viktigste. Utvalget av bygningsintegrerte montasjesystemer for solceller er foreløpig begrenset. Det er et par produsenter i Frankrike, men det er relativt kompliserte og kostbare systemer som heller ikke nødvendigvis er tilpasset norsk byggeskikk.
Nyutviklet system
Et relativt nyopprettet norsk selskap Isola Solar, som har sprunget ut av Isola i Porsgrunn, var i gang med utvikling av et nytt bygningsintegrert montasjesystem. Tanken bak dette er å bygge et «vanlig» norsk trehustak, med taktro, takpapp og sløyfer og lekter, men der f.eks. takstein byttes ut med solceller. Etter diskusjon med FoU sjef i Isola, Jørgen Young, fant vi ut at fremdriften på husprosjektet og utvikling av dette bygningsintegrerte systemet passet veldig godt i sammen.
Det nyutviklede systemet til Isola solar består av aluminiumsrammer som skrus ned i et underliggende lektesystem, som vist på figur 2. Funksjonen til disse alu-rammene er todelt: De er feste-/forankringssystemet for solcellene, men fungerer også som såkalte skottrenner og drenerer vannet ned i takrennesystemet. I vårt tilfelle er det en innfelt takrenne som er valgt av arkitektoniske hensyn, men kan like godt brukes med konvensjonelle utvendige takrenner. Den perforerte profilen nederst (fig.2) gjør at det blir effektiv lufting under solcellene. Det er brukt standard solcellemoduler fra Longi på 360 Wp, levert av Solcellespesialisten.
Aluminiumsprofiler produsert i Porsgrunn ble limt og skrudd inn i rammene på modulene på alle 4 sider, og danner et dreneringssystem ned i de «vertikale» skottrennene. Med disse profilene på plass var det bare å «klikke» ned hver modul i de «vertikale» rammene. Selv om dette var et demonstrasjon-/pilotforsøk, gikk det ganske raskt å montere solceller på både øst- og vesttaket. Det er totalt 22 moduler på hver side, totalt 44 moduler med et samlet solcelleareal på 82 m2. Dette gir en samlet installert peak effekt på 15,4 kWp.
Solproduksjon
I en prosjekteringsfase er det ulike simuleringsverktøy man kan bruke for å estimere årlig solproduksjon. Verktøy som PVsol og PVsyst blir brukt mye i Norge, men også internasjonalt. Ulike designverktøy som arkitekter ofte bruker, som Rhino med ulike tilleggspakker (f.eks. Grashopper) kan også brukes til å estimere solproduksjon til et bygg. Man beregner da solfluks på aktuelle flater på et bygg og konverterer det til produsert solstrøm via ulike script (enkle algoritmer/koder).
SIMIEN 6.0 har også en forenklet solcelle-simuleringen som har vist å gi relativt gode og stabile resultater (sammenlignet både med målinger og simuleringer fra mer avanserte simuleringsprogram som PVsol og PVsyst). I SIMIEN 7.0 er det implementert en mer avansert modell der man også tar inn beregnet celletemperatur, noe som kan ha stor påvirkning på ytelsen til solcellene, siden virkningsgraden går ned betydelig ved høy celletemperatur. Modellen er basert på NSPEK3031. I et senere blogginnlegg vil jeg gå nærmere inn på hvordan huset med solcelleanlegget er simulert og vise forskjellen på modellering i SIMIEN 6.0 og SIMIEN 7.0. I resultatene vist under er simuleringene gjort i SIMIEN 6.0, men de er sammenlignet med PVsol beregninger som Solcellespesialisten har gjort. Det er god overensstemmelse mellom PVsol og SIMIEN-simuleringene.
Simulering en varm dag i juli
Figur 4 viser simulert solproduksjon en klar varm dag i juli. Samlet effekt fra anlegget er summen av rød kurve (vesttak) og grønn kurve (østtak), og ligger flere timer i løpet av dagen mellom 10 og 11 kW. Produksjonen begynner allerede kl fem på morgenen og slutter ikke før etter kl 22 på kvelden. Sammenlignet med et rent sydvendt anlegg, er produksjonen på vårt tak bedre tilpasset forbruksprofilene til et småhus, med mye forbruk på morgenen (kl 7-9) og ettermiddagen (kl 16-18). Simuleringene vist under stemmer godt med målinger gjort i juli 2022 (anlegget ble satt i drift 6 juli i fjor).
Årssimulering
Figur 5 viser simulert solproduksjon over året og hvor mye som er estimert brukt i bygget og hvor mye som eksporteres til nettet. Dette er en av styrkene ved å bruke Simien til å simulere solproduksjonen, da blir produksjonen samholdt med byggets el-behov med en tidsoppløsning på 15 minutter. Man kan da ganske nøyaktig simulere hva som brukes i bygget og hva som må eksporteres ut på nettet.
Men, i disse simuleringene er det ikke tatt hensyn til el-billadingen som vil endre dette bildet ganske betydelig. Jeg kommer tilbake til det i et senere blogg-innlegg. Årlig produksjon er simulert til i underkant av 12 000 kWh/år. Foreløpige målinger fra juli til november (før snøen kom) stemmer rimelig godt overens med simuleringene vist under. En en mer detaljert sammenligning vil bli gjort lenger ut på våren når produksjonen har tatt seg opp og snøen på taket er borte.
Energibruk uke 7
Figur 6 og 7 under viser energibruken for uke 7. Som vist i figur 6 er energibruk til varmepumpe hele 48 % under simulert energibruk. El-spesifikt forbruk (lys, utstyr og vifter) er 15 % lavere enn simulert, mens el-billading er 25 % lavere enn forutsatt i simuleringene.
Det er fortsatt snø som dekker solcellene, og det er derfor fortsatt ingen solproduksjon. I simuleringene er det forutsatt null produksjon fram til 1. mars (det ble sagt 15 februar i forrige blogg-innlegg, det er feil). Totalt elektrisitetsforbruk er 31 % lavere enn simulert, og for huset (uten el-billading) er el-forbruket 33 % lavere enn simulert.
Uke 7 var litt varmere enn normalt med – 1,3 °C i gjennomsnitt, som er høyere enn normalen på -3,9 °C (1991-2020). I SIMIEN-modellen er det brukt -5,8 °C (normalperiode 1961-1990).
