Design of Photovoltaic Solar Cells : A study about the application of photovoltaic solar cells in the construction industry

Solceller har på senare tid blivit allt hetare ämne inom byggbranschen med utveckling som ger allt bättre förutsättningar för dess tillämpning både gällande effektiv användning av solinstrålning och billigare tillverkningsprocess. Höga koldioxidutsläpp och det faktum att energiresurser som vi idag är beroende av kommer ta slut ställer allt högre krav på att vi som samhälle kan hitta alternativa hållbara lösningar. Solceller har stor potential för detta då de möjliggör egen lokal elförsörjning för byggnader vilket inte bara skapar trygghet för fastighetsägaren som kan nyttja den i princip oändliga energikällan solen vilket sker utan koldioxidutsläpp förutsatt att produktion av solceller sker från en förnyelsebar energikälla, det möjliggör även elproduktion i städer och andra områden närmare elanvändningen än hur det traditionellt sker idag. Denna potential ger upphov till två viktiga frågor, hur solceller påverkar ekonomin samt hur det påverkar miljön. För att lösningen skall vara attraktiv krävs att den ger utdelning både ekonomiskt och med miljöpoäng för att bidra till företagets miljöprofil. Följande arbete studerar tillämpningen av solceller i byggbranschen med fokus på ekonomi och process. Två referensobjekt ligger till grund för arbetet, Norra 2 för bostadshus och Torsplan för kontor, som används för att ta fram en resultatkalkyl för typbyggnad kontor och bostad. Studien baseras på ekonomiska modeller som livscykelkostnad, internränta, nettonuvärde, annuitet, återbetalningstid och s.k. levelized cost of energy. En viktig del av ekonomi för solceller i Sverige är att beräkna hur stor del av den producerade elen som kan användas direkt i byggnaden, detta eftersom det kan vara stor prisskillnad på den använda elen och den som skickas ut som överskott på elnätet, det har därför gjorts en jämförelse på timbasis mellan användningsprofiler och den momentant producerade elen för att uppskatta lönsamheteten för planerad solcellsanläggning. Hänsyn tas även till lagar och regler som gäller i Sverige och hur användning av solceller ger poäng inom de olika miljöcertifieringssystemen LEED, BREEAM, Miljöbyggnad, Svanen och GreenBuilding. Resultatet av arbetet är ett projekteringsförslag för användning av solceller på referensobjekten Torsplan och Norra 2 vilket används för att analysera de tre grundfrågorna till arbetet: Påverkar elanvändning i byggnaden optimal riktning för solcellsinstallation Hur kan man utvärdera investering av solceller och hitta lönsamheten Är solceller en hållbar lösning i dagens samhälleThe interest for photovoltaic solar cells has grown in the building industry as the development of the technology continuously improve its efficiency as well as the manufacturing process resulting in better and cheaper material. High carbon dioxide emissions and the fact that the energy resources we depend on today are running out increase the demand on our society to find alternative sustainable solutions. Photovoltaic has a great potential to meet those demands as it enables each property owner to generate his own electricity using renewable energy resources. This does not only provide security for the property owner who can harvest energy from a practically unlimited energy source without any carbon dioxide emissions but also enables our society to move the source of energy production to cities and other areas closer to the user than how it traditionally is placed today. This potential gives rise to two important questions: how photovoltaic affect economics and how it contributes to the environment. For this solution to be attractive it will require to create good conditions with regards to both the economics and the ecological contribution. This project is a study about the application of photovoltaic solar cells in the building industry with focus on economy and the process. Two reference projects has been provided for this project, the residence building Norra 2 and the office building Torsplan, to form a result calculus for the two type buildings residential and office. The study is based on economic models such as lifecycle cost, internal rate of return, net present value, annuity, payback and Levelized cost of energy. An important part for economics in Sweden is to calculate how much of the produced energy that can be used directly in the building because of the price difference between the used energy and the surplus of energy that are being sent out on the grid. A comparison has therefore been made between profiles of energy usage and instantaneous energy production from the photovoltaic to approximate the viability of the investment. Laws and rules are also being taken into consideration as well as how photovoltaic can provide points in the environmental certification systems LEED, BREEAM, Miljöbyggnad, Svanen and GreenBuilding. The work results in a design proposal with photovoltaic solar cells on the reference projects Torsplan and Norra 2 which will be used to analyze the three fundamental questions of the assignment: Does the energy usage in the building affect the optimal direction of the photovoltaic installation How to valuate and find profitability for an investment in photovoltaic solar cells Are solar cells a sustainable solution in today’s societ