Solar Powered Sport Arenas Incorporated Into Residential Areas: The Case Study of Skagerak Arena in Skien, Norway

Abstract

Verdens energisektor er i drastisk forandring. I årene fremover forventes det at solenergi vil bli en av de viktigste kildene til strømforsyning i store deler av verden. Dette vil ha en positiv innvirkning på energi- og klimautfordringene verden står ovenfor. Denne studien tar sikte på å undersøke hvordan solceller kan integreres i etablerte boligområder. Konkret tar den for seg tre ulike scenarioer basert på solcelleanlegget til Skagerak Arena i Norge. Rådata for forbruk og produksjon ble levert av Skagerak Energilab. Dataen var organisert i vektorer og matriser som videre ble sammenliknet og analysert i programvaren Matlab. Videre baserte beregningene seg på spesifikasjonene til solcelleanlegget, med 2 700 paneler og ett batteri på 1 000 kWh. De to første scenarioene tok for seg det eksisterende anlegget uten tilkobling til det re- gionale strømnettet. Her ble årlig forbruk- og produksjonsdata for syv ulike brukergrup- per analysert. Funnene indikerte en skjevfordeling mellom forbruk og produksjon. En av brukergruppene får så vidt dekket sitt behov om vinteren, men har en overproduksjon om sommeren, på 3 000%. To av brukergruppene får ikke dekt energibehovet sitt fra Skagerak Arena deler av året, når anlegget ikke er koblet til strømnettet. Det tredje scenarioet tok for seg det økonomiske og miljømessige aspektet ved et sol-celleanlegg som er knyttet til strømnettet. Estimatet baserte seg på 190 solcellepaneler med en total systempris på 1 381 000 NOK og utslipp på 27 g CO2eq/kW h. Systemet var kapabelt til å forsyne 50 % av det årlige elektrisitetsforbruket til leilighetskomplekset scenarioet sentrerte seg rundt. Resultatene tydet på at den beste løsningen for å utnytte solenergi i nordiske forhold, er å koble systemet til strømnettet. Uten tilknytning til strømnettet kreves det meget store mengder energilagring, som enten tar for mye plass eller blir for dyrt å finansiere. De beregnede utslippene var noe høyere enn den norske energimiksen, men likevel mye lavere enn den europeiske energimiksen. Solceller har med dette et stort potensial for å være bærekraftig under norske forhold.

The world is currently experiencing a drastic change in its primary energy sources. In the coming years, solar energy is expected to become one of the most important sources for electricity production in wide parts of the world. This will have a positive impact on the energy challenges and the climate crisis the world is facing. This study aims to determine how solar energy can be incorporated into residential areas. Specifically, it investigates three different scenarios regarding the photovoltaic facilities at Skagerak Arena located in Norway. Raw data on the consumption and production was provided by Skagerak Energy Lab. The data was organised in vectors and matrices that were further analysed and compared in the software Matlab. The calculations were further based on the specifications of the PV system, with 2 700 solar panels and a battery of 1 000 kWh. The first two scenarios addressed the existing system under off-grid conditions. Annual consumption and production data for seven different user groups were analysed. Typical findings indicated a skewed distribution of consumption and production. One of the customer groups could barely manage the demand during wintertime, but had an excess electricity production of around 3 000% in the summer. Other findings referred to periods where one of the other consumer groups failed to meet the need with the existing system. The last scenario dealt with economic and environmental aspects when the system was connected to the electric grid. Estimates based on 190 panels gave a total system price of 1 381 000 NOK with corresponding emissions of 27 g CO2 eq/kW h. The system was able to provide approximately 50% of the annual electricity demand for the apartment complex in question. These results suggest that the best solution for utilising solar energy in Nordic conditions, is to connect the system to the electricity grid. Off-grid, under such conditions, requires huge amounts of energy storage which either requires too much space or becomes too expensive to generate economic profit. The calculated emissions were somewhat higher than the Norwegian energy mix, but still much lower than the European energy mix. With this, photovoltaic systems have a great potential to be sustainable under Norwegian conditions.