Solenergi på taket

Ett solenergisystem på taket , eller tak-PV-system , är ett solcellssystem (PV) som har sina elgenererande solpaneler monterade på taket av en bostads- eller kommersiell byggnad eller struktur. De olika komponenterna i ett sådant system inkluderar solcellsmoduler , monteringssystem , kablar , solomriktare och andra elektriska tillbehör.

Takmonterade system är små jämfört med markmonterade solcellsanläggningar med kapacitet i megawattintervallet och är därför en form av distribuerad produktion . De flesta solcellsstationer på taket är nätanslutna fotovoltaiska kraftsystem . Tak-PV-system i bostadshus har vanligtvis en kapacitet på cirka 5–20 kilowatt (kW), medan de som är monterade på kommersiella byggnader ofta når 100 kilowatt till 1 megawatt (MW). Mycket stora tak kan inrymma solcellsanläggningar i industriell skala i intervallet 1–10 megawatt.

Installation

Arbetare installerar solpaneler på taket

Solcellssystem på taket i Googleplex , Kalifornien

Stadsmiljön ger en stor mängd tomma takutrymmen och kan i sig undvika potentiell markanvändning och miljöproblem. Att uppskatta solinstrålning på taket är en mångfacetterad process, eftersom solinstrålningsvärdena på hustak påverkas av följande:

Tid på året
Latitud
Väderförhållanden
Taklutning
Tak aspekt
Skuggning från intilliggande byggnader och vegetation

Det finns olika metoder för att beräkna potentiella solcellstaksystem inklusive användning av Lidar och ortofoton. Sofistikerade modeller kan till och med fastställa skuggförluster över stora ytor för solcellsinstallation på kommunal nivå.

Komponenter i en solcellspanel på taket:

Följande avsnitt innehåller de mest använda komponenterna i en solcellspanel på taket. Även om design kan variera med taktyp (t.ex. metall vs singel), takvinkel och skuggningsproblem, består de flesta arrayer av någon variation av följande komponenter

Solpaneler producerar kolfri elektricitet när de bestrålas med solljus. Ofta gjorda av kisel, är solpaneler gjorda av mindre solceller som vanligtvis omfattar 6 celler per panel. Flera solpaneler sammansatta bildar en solpanel. Solpaneler skyddas i allmänhet av härdat glas och säkras med en aluminiumram. Framsidan av en solpanel är mycket hållbar medan baksidan av en panel i allmänhet är mer sårbar.
Monteringsklämmor består vanligtvis av aluminiumfästen och rostfria bultar som fäster solpaneler till varandra på taket och på skenorna. Klämmor varierar ofta i design för att ta hänsyn till olika tak- och rälskonfigurationer.
Ställning eller skenor är gjorda av metall och ligger ofta i en parallell konfiguration på taket för panelerna att ligga på. Det är viktigt att skenorna är tillräckligt plana för att panelerna ska kunna monteras jämnt.
Fästen fäster skenorna och hela arrayen på takets yta. Dessa fästen är ofta L-fästen som är bultade genom beslag och i takbjälkar. Fästen varierar i design på grund av det breda utbudet av takkonfigurationer och material.
Beslag är en slitstark metallplatta som ger en vattentät tätning mellan fästena och takytan. Ofta används caulk för att täta beslaget mot taket och det liknar en takshingel av metall.
DC/AC-ledningar för växelriktare ansluter ledningar mellan paneler och till en mikroväxelriktare eller strängväxelriktare. Inga kablar får vidröra takytan eller hänga från matrisen för att undvika väderpåverkan och försämring av kablar.
Mikroväxelriktare är monterade på panelens botten och omvandlar likström från panelerna till växelström som kan skickas in i nätet. Mikroväxelriktare möjliggör optimering av varje panel när skuggning inträffar och kan tillhandahålla specifik data från individuella paneler.

Tunnfilmssolel på plåttak

Tunn film solenergi som rinner ner stående söm plåttak

Med den ökande effektiviteten hos tunnfilmssolceller har installationen av dem på metalltak blivit kostnadskonkurrenskraftig med traditionella monokristallina och polykristallina solceller . Tunnfilmspanelerna är flexibla och löper nedför de stående sömplåttaken och fastnar på plåttaket med adhesive , så inga hål behövs för att installera. Anslutningsledningarna går under nockkåpan uppe på taket. Verkningsgraden sträcker sig från 10-18% men kostar bara cirka $2,00-$3,00 per watt installerad kapacitet, jämfört med Monocrystalline som är 17-22% effektiv och kostar $3,00-$3,50 per watt installerad kapacitet. Tunnfilmssolenergi är lätt med 7-10 ounces per kvadratfot. Tunnfilmssolpaneler håller 10-20 år men har en snabbare ROI än traditionella solpaneler, plåttaken håller 40-70 år innan de byts ut jämfört med 12-20 år för ett asfaltshingeltak .

Kostnad för olika typer av soltak
Typ	Kostnad per watt	Effektivitet	Genomsnittlig 6kW systemkostnad
Polykristallin	$2,80-$3,00	13-17 %	$17 400
Monokristallin	$3,00-$3,50	17-22 %	$19 000
Tunnfilmspaneler	2,00–3,00 USD	10-18 %	$17 000

Finanser

Installationskostnad

Priser på solcellsanläggningar (2022)

^{[ behöver uppdateras ]}

Bostads
Land	Kostnad ($/W)
Australien	1.0
Kina	0,8
Frankrike	1.1
Tyskland	1.2
Italien	1.3
Japan	1.2
Storbritannien	1.2
Förenta staterna	1.1
Pakistan	0,6
Indien	1.0

Kommersiell
Land	Kostnad ($/W)
Australien	0,85
Kina	0,64
Frankrike	0,9
Tyskland	0,9
Italien	0,9
Japan	0,95
Storbritannien	1.0
Förenta staterna	1.0
Indien	0,75

Incitament i USA

Om du funderar på att installera solpaneler i ditt hem eller företag kan du vara berättigad till olika incitament och rabatter som erbjuds av regeringen. Solcellsincitament per stat i USA kan hjälpa till att kompensera för de initiala installationskostnaderna och göra solenergi mer överkomligt. I USA har varje stat sin egen uppsättning incitament och rabatter för solenergi.

Federal Tax Credit: En av de viktigaste incitamenten för solenergi är den federala skattelättnaden. Investeringsskattekrediten (ITC) låter dig dra av 26 % av kostnaden för att installera ett solenergisystem från dina federala skatter. Denna kredit är tillgänglig för både bostads- och kommersiella system och kommer att minska till 22 % 2023.
Statsrabatter: Många stater erbjuder rabatter för solenergisystem. Dessa rabatter kan variera kraftigt från stat till stat och kan baseras på storleken på systemet, vilken typ av teknik som används och platsen för fastigheten. Vissa stater erbjuder också rabatter för specifika typer av solenergi, såsom solvattenuppvärmning eller soluppvärmning av pooler.
Nettmätning: Nettmätning tillåter husägare och företag att sälja överskottssolenergi tillbaka till nätet. De intjänade krediterna kan användas för att kompensera för energikostnader under icke-solar timmar. Reglerna för nettomätning varierar kraftigt från stat till stat, med vissa stater som erbjuder förmånligare villkor än andra.
Befrielse från fastighetsskatt: Vissa stater erbjuder befrielse från fastighetsskatt för solenergisystem. Det innebär att värdet på solfångarna och utrustningen inte kommer att ingå i fastighetens skattemässiga värde.
Omsättningsskattebefrielser: Vissa stater erbjuder skattebefrielse för solenergisystem. Detta innebär att ingen moms kommer att tas ut vid köp av solpaneler, utrustning och installation.
Prestationsbaserade incitament: Vissa stater erbjuder prestationsbaserade incitament, som betalar husägare och företag baserat på mängden solenergi t.

Kostnadstrender

I mitten av 2000-talet använde solcellsföretag olika finansieringsplaner för kunder som leasing och kraftköpsavtal. Kunder kan betala för sina solpaneler under ett antal år och få hjälp med betalningar från krediter från nettomätningsprogram. Från och med maj 2017 kostar installationen av ett taksolsystem i genomsnitt $20 000. Tidigare hade det varit dyrare.

Utility Dive skrev, "För de flesta människor är det en lyx att lägga till ett solsystem ovanpå andra räkningar och prioriteringar" och "taksolföretag tillgodoser i stort sett de rikare delarna av den amerikanska befolkningen." De flesta hushåll som får solpaneler är "övre medelinkomst". Den genomsnittliga hushållslönen för solenergikunder är cirka 100 000 USD. Men "ett överraskande antal låginkomsttagare" dök upp i en studie av inkomster och köp av solsystem. "Baserat på resultaten av studien uppskattar GTM-forskare att de fyra solenergimarknaderna inkluderar mer än 100 000 installationer på låginkomstfastigheter."

En rapport som släpptes i juni 2018 av Consumer Energy Alliance som analyserade amerikanska solenergiincitament visade att en kombination av federala, statliga och lokala incitament, tillsammans med den sjunkande nettokostnaden för att installera solcellssystem, har orsakat en större användning av taksolel över hela landet . Enligt Daily Energy Insider , "Under 2016 växte kapaciteten för solceller i bostäder med 20 procent jämfört med föregående år, sade rapporten. Den genomsnittliga installerade kostnaden för solenergi i bostäder sjönk under tiden 21 procent till 2,84 $ per watt-DC under första kvartalet 2017 jämfört med första kvartalet 2015." Faktum är att i åtta stater som gruppen studerade översteg de totala statliga incitamenten för att installera ett solcellssystem på taket faktiskt kostnaden för att göra det.

Under 2019 var den nationella genomsnittliga kostnaden i USA, efter skattelättnader, för ett 6 kW bostadssystem $2,99/W, med ett typiskt intervall på $2,58 till $3,38.

På grund av stordriftsfördelar producerar markmonterade solsystem i industristorlek kraft till halva kostnaden (2c/kWh) av små takmonterade system (4c/kWh).

Nätmätningsmekanism

Detta är ett arrangemang för nätanslutna solenergisystem . I denna mekanism exporteras överskottet av solenergi som genereras till elnätet. Konsumenten får kredit för mängden energi som exporteras. I slutet av faktureringscykeln debiteras konsumenten för nettot eller skillnaden mellan el som importeras och el som exporteras till elnätet. Därav namnet, nettomätning.

En viktig punkt att notera här är att det inte finns någon försäljning av solenergi i denna mekanism. De exporterade kWh används endast för att justera den importerade kWh innan räkningsberäkningen.

Mekanism för inmatningstariff

I ett nätanslutet solcellskraftverk på taket kan den genererade elen ibland säljas till det elverk som servar för användning på annat håll i nätet. Detta arrangemang ger återbetalning för installatörens investering. Många konsumenter från hela världen byter till denna mekanism på grund av intäkterna. En kommission för allmännyttiga tjänster bestämmer vanligtvis den ränta som bolaget betalar för denna el, vilket kan vara till detaljhandelspriset eller den lägre grossistpriset, vilket i hög grad påverkar återbetalningen av solenergi och installationsbehovet.

FIT som det är allmänt känt har lett till en expansion inom solcellsindustrin över hela världen. Tusentals jobb har skapats genom denna form av subvention. Det kan dock ge en bubbeleffekt som kan spricka när FIT tas bort. Det har också ökat möjligheten för lokal produktion och inbyggd generering, vilket minskar överföringsförlusterna genom kraftledningar.

Hybridsystem

Tak PV hybridsystem.

Ett solcellskraftverk på taket (antingen på elnätet eller utanför nätet) kan användas tillsammans med andra kraftkomponenter som dieselgeneratorer , vindturbiner , batterier etc. Dessa solhybridkraftsystem kan vara kapabla att tillhandahålla en kontinuerlig kraftkälla.

Fördelar

Installatörer har rätt att mata in solel till det allmänna nätet och får därmed en rimlig premietaxa per genererad kWh som återspeglar fördelarna med solel för att kompensera för de nuvarande extrakostnaderna för solcellselektricitet.

Nackdelar

Ett elsystem som innehåller ett bidrag på 10 % från solcellsstationer skulle kräva en 2,5 % ökning av ^{[ jargong kapaciteten för} belastningsfrekvensstyrning (LFC) jämfört med ett konventionellt system ] — ett problem som kan åtgärdas genom att använda synkronomriktare i DC/AC- krets av PV-systemet. Nollkostnaden för solcellsproduktion befanns 1996 vara relativt hög för bidragsnivåer på mindre än 10 %. Medan högre andelar av PV-kraftproduktion ger lägre break-even- kostnader, ställer ekonomiska och LFC-hänsyn en övre gräns på cirka 10 % för PV-bidrag till de övergripande kraftsystemen.

Tekniska utmaningar

Det finns många tekniska utmaningar med att integrera stora mängder solcellssystem på taket till elnätet.

Omvänd kraftflöde

Elnätet var inte konstruerat för tvåvägskraftflöde på distributionsnivå. Distributionsmatare är vanligtvis utformade som ett radiellt system för enkelriktad kraftflöde som överförs över långa avstånd från stora centraliserade generatorer till kundlaster i slutet av distributionsmataren. Med lokaliserad och distribuerad solcellsgenerering på hustak, orsakar omvänt flöde ström att flöda till transformatorstationen och transformatorn, vilket orsakar betydande utmaningar. Detta har negativa effekter på skyddskoordination och spänningsregulatorer.

Ramppriser

Snabba fluktuationer av generering från PV-system på grund av intermittenta moln orsakar oönskade nivåer av spänningsvariationer i distributionsmataren. Vid hög penetrering av tak-PV minskar denna spänningsvariabilitet nätets stabilitet på grund av transient obalans i belastning och generering och gör att spänning och frekvens överskrider inställda gränser om de inte motverkas av effektkontroller. Det vill säga, de centraliserade generatorerna kan inte rampa tillräckligt snabbt för att matcha variationen hos PV-systemen, vilket orsakar frekvensfel i det närliggande systemet. Detta kan leda till strömavbrott. Detta är ett exempel på hur ett enkelt lokaliserat solcellssystem på taket kan påverka det större elnätet. Problemet mildras delvis genom att distribuera solpaneler över ett stort område och genom att lägga till lagring .

Drift och underhåll

Drift och underhåll av solenergi på taket är av högre kostnader jämfört med markbaserade anläggningar på grund av takanläggningarnas fördelade karaktär och svårare åtkomst. I solcellssystem på taket tar det vanligtvis längre tid att identifiera ett fel och skicka en tekniker, på grund av lägre tillgång på tillräckligt med av solceller och högre kostnader för mänskligt arbete. Som ett resultat lider solcellssystem på taket vanligtvis av lägre kvalitet på drift och underhåll och väsentligt lägre nivåer av systemtillgänglighet och energiproduktion.

Största solcellsinstallationer på taket

**Solcellskraftverk på taket (10 MW och större)**
PV kraftverk	Plats	Land	Nominell effekt ( MW _p )	Anteckningar
Jining Huaxi	Shandong	Kina	120	Spänner över 43 hustak med en total kapacitet på 110 GWh/år
LaiYih Group	Vinh Long	Vietnam	38	Taket på skotillverkningsanläggningen
Prologis Redlands Distribution Center	Redlands, Kalifornien	Förenta staterna	28	En serie installationer på flera hustak på Prologis Redlands Distribution Center från november 2010 till augusti 2013 från 1,75 MW till 6,77 MW.
Mai Dubai tappningsanläggning	Dubai	Förenade arabemiraten	18	52 000 solcellsmoduler, färdigställda sommaren 2019
AG Heylen Energy	Venlo	Nederländerna	18	Detta projekt i Venlo består av över 48 000 solcellsmoduler och över 100 växelriktare. 126 000 kvadratmeter tak används. Installationen slutfördes i augusti 2020.
Äppelparken	Cupertino, Kalifornien	Förenta staterna	17	Cirka 10 MW på huvudbyggnaden och 7 MW på två parkeringskonstruktioner
Arvind Limited	Santej	Indien	16	Detta är den största solenergianläggningen på taket i Indien i en enda industrilokal. Detta projekt på Santej består av över 46 000 solcellsmoduler och över 180 växelriktare. Mer än 20 000 arbetsdagar ägnades åt att installera detta landmärke och över 40 000 kvadratmeter gamla tak byttes ut för att ge plats åt denna anläggning.
Lager av Permacity / LADWP	Los Angeles, California	Förenta staterna	16
General Motors	Zaragoza	Spanien	12	Installerad på General Motors spanska fabrik i Zaragoza hösten 2008.
Dera Baba Jaimal Singh, Beas		Indien	12	Solkraftverk spridda över 42 tunnland tak
Riverside Renewable Energy – Holt Logistics Gloucester Marine Terminal	Gloucester City, New Jersey	Förenta staterna	10	Tre kyllagerbyggnader. Färdigställd april 2012 med 9 MW, utökad 2019
Southern California Edison -Whirlpool Corporation Regional Distribution Center	Perris, Kalifornien	Förenta staterna	10	Installerad på taket av Whirlpool Corporation Regional Distribution Center 19 september 2011

Se även

Solar taksystem i Indien http://solarizeindia.in/product-category/grid-tie-solar-solution/

Allt du behöver veta om solcellstaksystem http://solarizeindia.in/2021/06/08/all-you-need-to-know-about-solar-rooftop-system/




Solcellssystem på taket runt om i världen: Berlin , Tyskland (överst till höger) , Bensheim , Tyskland (mitten) och Kuppam , Indien (nedre till höger)