Faktorer og lønnsomhet ved solsporing for solceller

Abstract

Verden står ovenfor en potensiell fremtidig klimakrise, som et resultat av store systematiske utslipp av klimagasser gjennom forbrenning av fossile energikilder. Det fremkommer derfor et behov for å finne alternative grønne kilder til energi, hvor det foreligger et særdeles stort potensial ved solenergi. Jorda mottar kontinuerlig enorme mengder solstråling, som både er gratis og lett tilgjengelig i alle land. Denne energien kan høstes ved flere metoder, men det benyttes gjerne solceller for å kunne generer elektrisitet som lett kan brukes til en rekke ulike formål. Solceller vil produsere mer energi desto mer innstråling som treffer overflaten, og det er dermed mulig å benytte solsporings-teknologi til å optimalisere disse systemene. Her forekommer det likevel utfordringer, blant annet knyttet til høyere investeringskostnader, og i denne oppgaven er derfor formålet å identifisere tekniske og økonomiske faktorer som er gjeldende ved bruk av slik teknologi. For å kunne oppnå formålet med oppgaven blir det behov for å analysere solcelle-systemer med solsporing, både gjennom innhenting av teori og beregninger av tenkte scenarier. Oppgaven benytter seg av kvantitativ metode, hvor databehandling og modellering gjøres etter CRISP-DM metodikken. Det blir her innhentet data for faktiske anlegg fra DKASC i Alice Springs, samt meteorologiske observasjoner av vær og innstråling. Sistnevnte gjøres både for Alice Springs og Oslo, fra henholdsvis DKASC og Solcast, og danner et grunnlag for simuleringer. Dette blir gjort i programmet System Advisor Model fra NREL, hvor utdata for Alice Springs blir sammenlignet med reelle produksjonsdata. Utdata for Oslo blir benyttet videre i en økonomisk analyse av solsporing, hvor nåverdiene for én-akse solsporing, to-akse solsporing og fastmonterte solceller beregnes og sammenlignes. Oppgaven identifiserer her faktorene innstråling, vær og vind, temperatur, luftfuktighet, tilsmussing, terreng, benyttet teknologi og degradering, hvor disse må hensyntas ved prosjektering av solcelle-systemer med solsporing. Det er også gitt et høyere energiutbyttet ved solsporing kontra fastmonterte solceller, der to-akse solsporing produserer mest elektrisitet. Den prosentvise økningen i energiutbyttet vil derimot variere mellom systemer, basert på lokasjon og konstellasjon. Her fremkommer det videre at kostnaden tilknyttet to-akse solsporing gjør dette mindre lønnsomt enn fastmonterte solceller, men at det samtidig vil være mest lønnsomt for et én-akse solsporings-system. Det identifiseres her at investeringskostnader og strømpris er avgjørende faktorer i bestemmelse av lønnsomheten, og endringer her vil kunne endre den beregnede rangeringen av scenariene.

The world is facing a potential future climate crisis, as a result of large systematic emission of greenhouse gases from fossil fuels. It is therefore an imminent need for alternative green energy sources, and there is a large potential related to solar energy in particular. The earth receives huge amounts of solar radiation continuously, which is both available for free and accessible in every country. This energy can be harvested by a number of methods, but solar cells are often utilized to generate electricity that can easily be used for a number of different purposes. Solar cells produces more electricity when more radiation hits its surface, and using solar tracking can thereby optimize these systems. There are still challenges related to this, among others the higher cost of investment, and the purpose of this thesis is therefore to identify technical and economic factors relating to the use of such technology. In order to accomplish this purpose there will be a need for analysis of solar cell systems, both through existing theory and calculations based on case scenarios. The thesis bases itself on a quantitative method, where data processing and modeling is done according to the CRISP-DM methodology. Data is collected for real life facilities through DKASC in Alice Springs, as well as meteorological observations of weather and radiation. The latter is obtained for both Alice Springs and Oslo, from DKASC and Solcast respectively, and forms a foundation for simulations. This is done by the program System Advisor Model from NREL, where output for Alice Springs is benchmarked against real-life production. Output for Oslo is used in further economic evaluations of solar tracking, where the net present value for one-axis tracking, two-axis tracking and fixed solar cells are calculated and compared. The thesis then identifies the factors radiation, weather, temperature, humidity, soiling, terrain, utilized technology and degradation, where these should be accounted for in solar tracking projects. It is also established a higher energy yield resulting from solar tracking compared to fixed solar cells, where two-axis tracking produces the highest amount of electricity. The percentage increase in energy yield is, however, not constant, and will vary between systems based on location and constellation. It is further given that the cost associated with two-axis tracking makes this less profitable than fixed solar cells, but at the same time makes one-axis tracking more profitable. It is then identified that investment costs and electricity prices are the main driving factors in establishing profitability, and changes in these values could alter the ranking of the given scenarios.