Seasonal storage for excess solar energy on farms in Norway

Abstract

Antall solcelleanlegg i Norge har opplevd en kraftig vekst de siste årene. Majoriteten av disse anleggene har blitt installert på boligtak, men en økende mengde bedrifter og skoler anskaffer også solceller. Bønder har muligheten til å installere solcelleanlegg på dyrket mark, også kjent som agrivoltaics (APV). Globalt sett har antallet APV installasjoner vokst de siste årene, men APV er fortsatt et relativt nytt konsept i Norge. APV anlegg genererer i hovedsak kraft om sommeren, mens norske strømforbrukere konsumerer mest strøm i løpet av vinteren. For bønder med APV anlegg, kan sesonglagring være en mulig løsning på denne utfordringen. Sesonglagringsenheten kan lades i perioder med overflødig kraftproduksjon og utlades når prisene er høye. Dette kan bidra til en mer effektiv bruk av solenergien som genereres, og kan også ha økonomiske fordeler for bonden.

Denne oppgaven vil undersøke implementeringen av APV og sesongbasert lagring ved Skjetlein videregående skole. I tillegg vil kostnadseffektiviteten til sesongbasert lagring bli diskutert. Mulige APV-scenarier vil bli simulert og brukes sammen med to lagringsmodeller. En optimiseringsmodell er konstruert for å finne en passende lagringsstørrelse (kapasitet og effekt) i henhold til en av to kontrollstrategier. Den første kontrollstrategien har som mål å minimere den totale strømregningen, mens den andre strategien har som mål å minimere strømregningen og lagringsinvesteringskostnadene. Resultatene viser at integrering av sesonglagring kan redusere strømregningen med 62-78%. Arbeidet antyder imidlertid at sesongbaserte lagringssystemer er mindre økonomisk gjennomførbare enn mindre lagringssystemer med en varighet fra uker til et par måneder.

The number of solar energy installations in Norway has grown rapidly in recent years. While households account for most of these installations, many businesses and schools are also investing in solar photovoltaics (PV). Farmers have the option to install PV on their agricultural land. This concept, known as agrivoltaics (APV), involves the dual use of energy production and agriculture on the same land area. The number of APV installations globally has grown over the past years, but it is still a relatively new concept in Norway. Such systems predominantly generate power during summer, while Norwegian electricity consumers use the most electricity during winter. Additionally, these winter months are the period when the electricity spot prices reach their highest peaks. For farmers with APV, utilizing seasonal storage can be a solution to this challenge. Seasonal storage can charge during periods of excess power production and discharge when the prices are high. This can contribute to more efficient use of the produced solar power and may benefit the farmer financially.

This thesis will investigate the implementation of APV and seasonal storage at Skjetlein High School. Additionally, the cost-effectiveness of seasonal storage will be discussed. Possible APV scenarios will be simulated and used in a storage model. An optimization model is constructed to find a suitable storage size (capacity and power rating) according to one of two control strategies. The first control strategy aims to minimize the total electricity bill, while the other strategy aims to minimize the electricity bill and storage investment costs. The results show that the integration of seasonal storage can reduce electricity bill costs from 62-78%. However, the thesis suggests that seasonal storage systems are less economically feasible than smaller storage systems with a duration from weeks to a couple of months.