GLAS 1
Hushåll AC Input Batteri DC Input/Output Nätet AC
Input/Output Växelriktare AC Output Mätare AC Input/Output Figur 3. Olika komponenter i ett solcellsmodulsystem med lagring samt växelriktare som är kopplad till nätet. Detta är ett mycket förenklat system. Tesla Motors laddningsbara batterisystem. få en bättre inblick i denna intensiva marknad, kan man dela upp befintliga solceller i två stora kategorier beroende på vad de är gjorda av: kisel eller andra material. I översikten till vänster (figur 2) ges en kort sammanfattning av de viktigaste punkterna för varje solcell. Batterier och lagringssystem Solcellsmoduler tillverkar el så länge det finns solljus men vad ska man göra när det inte finns tillräckligt med solljus, till exempel på en molnig dag, en mörk vinterdag eller på kvällar och nätter? Vad ska man göra med sitt överskott av tillverkad el på sommaren? Svaret är så klart att lagra energin. För energilagring finns det i princip tre alternativ: 1. Lagra producerad energi i batterier eller annan typ av lagringsmedia (off-grid/stand alone). 2. Lagra energin på elnätet (grid-connected). 3. Kombinera lagringssystem, batterier och nät (grid-connected PV-battery system). Valet beror dels på priset på lagringssystemet samt kostnaden för inköpt el. Historiskt sett var batterisystem ett självklart val för de platser som inte hade tillgång till nätet. Men i städer där man hade tillgång till nätet ville man undvika att betala för batterier och i stället använda nätlagring. De senaste åren har priset på solcellsmoduler sjunkit drastiskt, mycket tack vare kinesiska produkter som gynnas av låg arbetskostnad samt enorma subventioner från kinesiska staten som har gjort att deras solceller är billigare än själva råvarukostnaden. Utöver det har utvecklingen av elbilar också bidragit till fallande batteripriser. De senaste åren har Tesla Motors satsat och investerat i ett eget laddningsbart batterisystem som kallas för Powerwall och Powerpack. Batterierna ska kunna laddas med solel och vara billiga (de lär kosta 1000 $ för en 10 kWh-modell)2 massproduktion av de ovan nämnda Li-batterierna Powerwall och Powerpack i Nevada i sin Tesla Gigafactory 1. Målet är att kunna förse Tesla Motors med batterier till 1 500 000 elbilar om året3 . Enligt de senaste analyserna från Bloomberg har bilbatteripriserna sjunkit från 1000 $/kWh 2010 till 350 $/kWh 20154 . Prognosen är att batteripriserna fortsatt kommer sjunka (det finns studier som förutser att Li-jonbatteripriser kommer att minska med 6 – 9 % per år5 ), vilket skulle kunna bidra till mer integrering av solel i samhället. Det finns olika komponenter i ett solcellsystem och batterilagringssystemet innehåller i sig självt flera komponenter som batteri, övervaknings- och styrsystem samt ett effektomvandlingssystem. En mycket förenklad illustration visas i figur 3. • Solcellsmoduler: Omvandlar solljus till likström (DC). • Laddningsregulator: Reglerar spänning och ström som går till batteriet från solcellsmodulen. Det är en komponent som kan öka batteriets livslängd. • Batteri: Lagring av tillverkad el (DC) för senare användning. • Växelriktare: Omvandlar likström (DC) till växelström (AC). Den kan även mata in överskottselen i nätet. • Mätare: Mäter mängden energi som säljs till, och köps från, nätet. Kriterier för val av batterier Valet av batterisystem och layout kan vara mycket komplext. Man ska besvara två viktiga frågor: 1. Dimensionering (sizing): Vilken storlek/ kapacitet på batteri behövs för ett specifikt solcellsprojekt? 2. Vilken typ av batteri passar bäst? Med layout menar man hur komponenter i lagringssystemet kopplas till varandra och om det är DC- eller AC-kopplat. Dimensionering av batterissystem bestäms med hänsyn till olika förluster i samband med layouten samt mängden el som batteri och andra komponenter (växelriktare, mätare, regulator med mera) behöver för att fungera eller vara i stand-by-läge. Olika typer av batterier . Tesla har startat Med batteri menar man en konstruktion som lagrar energi i form av elektrokemiska reaktioner. Ett batteri är också gjort av celler som kan seriekopplas för ökad kapacitet. Till exempel producerar en blybattericell 2V vilket då kräver sex seriekopplade celler för att generera 12 V (Vtot = V1 + V2 + … V6 = 2 + 2 + … + 2 = 12). Varje cell består av en uppsättning positiva och en uppsättning negativa plattor som avskiljs med separatorer, nedsänkta i en elektrolytlösning och inneslutna i en behållare. Det är kemikalier i batteriet som avgör spänningen per cell. Ett blybatteri har 2 V men en Li-jon batteri har 3,6 V per cell. Det finns olika typer av batterier på marknaden. Kostnaden för batteriet har en direkt effekt på kostnaden av lagrad el. Eftersom batterier består av kemikalier påverkar förhållanden som de används vid deras prestanda, kostnad och livslängd. Batterier brukar behöva bytas ca var femte år, så man bör ha med detta i sina kalkyler. prestanda är6 De parametrar som påverkar batteriets : 1. Livslängd och livscykel (cycle life): Ett batteri blir sämre oavsett om det är i bruk eller inte. Med livslängd syftar man på batteriets livlängd då det inte används medan livscykel pekar på batteriets livslängd i bruk. Livscykeln för ett batteri är antalet laddnings- och urladdningscykler som batteriet kan slutföra innan det förlorar sin prestanda avsevärt. Detta brukar anges under en viss temperatur samt urladdningsdjup (Depth of Discharge, DoD). 2. http://cornucopia.cornubot. se/2015/05/enda-uppseendevackande-med-tesla.html 3. https://en.wikipedia.org/ wiki/Gigafactory_1; https:// www.tesla.com/gigafactory 4. https://www.bloomberg.com/ news/articles/2016-10-11/ battery-cost-plunge-seenchanging-automakers-mostin-100-years 5. Ref: Rapidly falling costs of battery packs for electric vehicles, Björn Nykvist & Måns Nilsson; Nature Climate Change, 2015(5), 329–332. > 6. Läs mer om detta på IRENAs rapport: Battery storage for renewables: market status and technology outlook: Januari 2015. GLAS 1.2017 / solceller / 55 Solcellsmoduler DC Output Laddningsregulator