Solar energy production and storage in an apartment complex in Trondheim

Abstract

For å holde global oppvarming i sjakk, må en energiomstilling til. Denne omstillingen er allerede i gang, og den innebærer mange typer tiltak, hvorav et av dem er elektrifisering. Dette skaper nye utfordringer i samfunnet, og stiller krav til nye typer infrastruktur. Slik infrastruktur inkluderer mange typer teknologier, som for eksempel energiproduksjon fra fotovoltaiske (FV) systemer, og energilagring i form av batterier. Disse teknologitypene er fokuset i denne oppgaven.

I denne oppgaven, vil ideen om et energiproduksjon og -lagringssystem i et leilighetsbygg i Ola Frosts veg 1 (OFV1) i Trondheim undersøkes. Videre vil det bli undersøkt hvordan et slikt tenkt system kan fungere, i tillegg til mulige konsekvenser av systemet.

Systemet i OFV1 vil bestå av to hoveddeler: et FV-system på byggets tak, og et batterisystem i det tilknyttede parkeringsanlegget. Batterisystemet vil lagre energien som produseres av FV-systemet, og bruke energien til å lade elektriske biler (elbiler). I tillegg har batterisystemet et tiltenkt formål om å kunne kutte effekttopper. To forskjellige FV-systemer blir undersøkt, et som er sørvendt (S) og et som er øst- og vestvendt (ØV). For batterisystemet analyseres to ulike scenarioer. Scenario 1 har 9 elbiler som må lades, hvilket er det samme som dagens situasjon, og Scenario 2 er et mulig framtidig scenario hvor antall elbiler i parkeringsanlegget er 90, som følge av at andelen elbiler forventes å fortsette å øke i de kommende årende.

Av de to FV-systemene, hadde ØV-systemet høyest energiproduksjon. Dette systemet hadde også flest FV-paneler. S-systemet hadde høyere energiproduksjon per kWp installert kapasitet. Resultatene viser at de to presterte relativt likt ellers. Økonomisk sett virker ØV-systemet til å være den beste investeringen i løpet av systemets antatte levetid.

De to scenarioene som blir analysert for batterisystemet benytter seg begge av litium-ion-batterier (LiBer). Begge batterisystemene blir designet i henhold til den tiltenkte bruken og den tilgjengelige energien fra FV-systemet. I Scenario 1 har batterisystemet en kapasitet på 100 kWh, og i Scenario 2 har batterisystemet en kapasitet på 150 kWh. Scenario 2 gir de største økonomiske fordelene når det gjelder elbil-lading. Batterisystemet i Scenario 2 analyseres videre med tanke på å kutte effekttopper. Batterisystemet ser ut til å kunne minke effekttoppene som kan komme som følge av 90 elbiler.

Etter å ha gjennomført analysen, ser OFV1 ut til å være et mindre optimalt valg for et FV-system, gitt de forutsetningene som er satt for analysen. De simulerte batterisystemene anses også som en svak investering. Likevel er håpet at denne analysen kan gi perspektiv og mulig inspirasjon for et potensielt reelt tilfelle.

In the effort to keep global warming at bay, an energy transition needs to happen. This has already begun, and involves many different types of measures, one of them being electrification. This creates new challenges for society, and requires new types of infrastructure. This infrastructure includes many types of technology, such as energy production from photovoltaic (PV) systems, and energy storage in the form of batteries. These types of technologies are the focus of this thesis.

In this thesis, the concept of an in-house energy production and storage system in an apartment complex in Ola Frosts veg 1 (OFV1) in Trondheim is explored. Further, how the system might function is addressed, as well as the consequences the system might bring.

The system in OFV1 consists of two main parts: a PV system on the building's roof, and a battery system in the associated parking garage. The battery system stores the produced energy from the PV system and uses the energy to charge electric vehicles (EVs), with power peak shaving as part of the intention. Two different PV systems are looked into, one that is South-oriented (S) and one that is East- and West-oriented (EW). For the battery system, two possible scenarios are considered. Scenario 1 has 9 EVs that need charging, which is the same number of EVs as the current situation, and Scenario 2 is considered a possible future scenario where the number of EVs is 90, as the percentage of EVs is expected to keep increasing in the years to come.

Out of the two PV systems, the EW system has the highest energy production. This system also has the highest number of PV panels. The S system has a higher energy production per kWp of installed capacity. As far as the results show, the systems have a pretty similar performance otherwise. Financially, the EW system appears to be the best investment over the system's estimated lifetime.

The two scenarios considered for the battery system both use Lithium-ion batteries (LiBs). The battery systems are both designed with their intended use in mind, as well as the available energy from the PV system. The battery systems of Scenario 1 and Scenario 2 are 100 kWh and 150 kWh respectively. For the purpose of EV charging, Scenario 2 gives the largest financial benefits. In regards to power peak shaving, the battery system designed in Scenario 2 is further analyzed. The battery system appears to have good potential to contribute to lowering the power peaks that 90 EVs could cause.

After conducting the analysis, OFV1 is regarded as a sub-optimal choice for a PV system within the boundaries that were included in this analysis. The simulated battery systems are also considered to be an investment with weaknesses. The hopes are still that this analysis can bring some perspective and perhaps inspiration for a potential real case system.