Aurinkosähköjärjestelmän kannattavuuden parantaminen kuormanohjauksella sähkölämmitteisessä omakotitalossa
Seittenranta, Janne (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231120147793
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231120147793
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä tutkitaan teoreettisesti pohjoismaisen sähkölämmitteisen omakotitalon aurinkosähköjärjestelmän kustannusoptimaalista mitoitusta ja kohteeseen suunniteltavan älykkään kuormanohjauksen kannattavuutta nykytilanteessa. Mitoitukseen käytetään aurinkosähköntuotannon PVsyst simulaatio-ohjelmaa, sähkön tuntipohjaisia spot-hintoja vuosilta 2021–2022 ja vastaavaa historiatietoa talon sähkönkulutuksesta.
Suunniteltavalla kuormanohjausjärjestelmällä ohjataan kohteen veden lämmitykseen tarvittavaa sähkökuormaa aurinkosähköjärjestelmän kannattavuuden optimoimiseksi. Ohjauksessa käytetään tuntipohjaista sähkön spot-hintaa, ns. ”täydellistä” generoitua aurinkotuottoennustetta sekä talon toteutunutta kokonaissähkön kulutusta sekä kuorman osalta laskennallisia todelliseen kulutukseen perustuvia arvioita ja lasketaan ohjauksella saavutettu hyöty. Työssä suunnitellaan kuormanohjaus komponenttitasolla ja lasketaan ohjauksen kustannukset, jotta ohjauksen kannattavuutta voidaan arvioida. Ohjausta ei toteuteta työn aikana, ainoastaan suunnitelma sen toteuttamiseksi. Samalla kartoitetaan myös kaupallisia ratkaisuja kuormanohjaukselle. Lisäksi ohjauksen toteutusta silmällä pitäen tutustutaan laskennalliseen numeeriseen sääennusteeseen (NWP) perustuvaan aurinkosähkön tuottoennusteeseen.
Tutkimuksen tuloksena kannattavimmaksi aurinkosähköjärjestelmäksi kyseisessä kohteessa todettiin 11,2 kWp järjestelmä. Kuormanohjausjärjestelmän todettiin olevan kannattava erityisesti matalilla SPOT-hinnoilla. Hyödyt kuitenkin laskivat SPOT-hinnan kohotessa, jopa kääntäen pienimpien järjestelmien kuormien ohjauksen lähes kannattamattomaksi. This thesis investigates the cost optimal dimensioning of the solar photovoltaics (PV) system into a Nordic electric heated detached house and profitability of load control system to be designed for the site based on current electrical load possibilities. The cost-optimal dimensioning is carried out using hourly level simulation model and hourly data used in simulation consist of electricity SPOT price for 2021–2022, PVsyst-simulation for PV production and measured electricity consumption for 2021–2022.
The planned load control system can be used to control biggest electric loads including heating of the domestic water, in order to optimize the energy cost and profitability of the PV system. The control uses the electricity SPOT price, the “perfect” forecast for PV power generation and measured consumption data, as well as calculated estimates of load consumption. The block diagram of the load control is designed and bill of material (BOM) is defined to calculate the profitability. The plan for load control is designed, but load control is not implemented. Related to load control, numerical weather prediction (NWP) method for solar production estimation and method for interior heat demand estimation are introduced. At the end, commercial solutions for load control are investigated.
As a result of the research, the 11.2 kWp system was found to be the most profitable solar PV system. The load control system was found to be profitable depending on the SPOT price. The benefits decreased as the SPOT price increased, even making control of the smallest system loads almost unprofitable.
Suunniteltavalla kuormanohjausjärjestelmällä ohjataan kohteen veden lämmitykseen tarvittavaa sähkökuormaa aurinkosähköjärjestelmän kannattavuuden optimoimiseksi. Ohjauksessa käytetään tuntipohjaista sähkön spot-hintaa, ns. ”täydellistä” generoitua aurinkotuottoennustetta sekä talon toteutunutta kokonaissähkön kulutusta sekä kuorman osalta laskennallisia todelliseen kulutukseen perustuvia arvioita ja lasketaan ohjauksella saavutettu hyöty. Työssä suunnitellaan kuormanohjaus komponenttitasolla ja lasketaan ohjauksen kustannukset, jotta ohjauksen kannattavuutta voidaan arvioida. Ohjausta ei toteuteta työn aikana, ainoastaan suunnitelma sen toteuttamiseksi. Samalla kartoitetaan myös kaupallisia ratkaisuja kuormanohjaukselle. Lisäksi ohjauksen toteutusta silmällä pitäen tutustutaan laskennalliseen numeeriseen sääennusteeseen (NWP) perustuvaan aurinkosähkön tuottoennusteeseen.
Tutkimuksen tuloksena kannattavimmaksi aurinkosähköjärjestelmäksi kyseisessä kohteessa todettiin 11,2 kWp järjestelmä. Kuormanohjausjärjestelmän todettiin olevan kannattava erityisesti matalilla SPOT-hinnoilla. Hyödyt kuitenkin laskivat SPOT-hinnan kohotessa, jopa kääntäen pienimpien järjestelmien kuormien ohjauksen lähes kannattamattomaksi.
The planned load control system can be used to control biggest electric loads including heating of the domestic water, in order to optimize the energy cost and profitability of the PV system. The control uses the electricity SPOT price, the “perfect” forecast for PV power generation and measured consumption data, as well as calculated estimates of load consumption. The block diagram of the load control is designed and bill of material (BOM) is defined to calculate the profitability. The plan for load control is designed, but load control is not implemented. Related to load control, numerical weather prediction (NWP) method for solar production estimation and method for interior heat demand estimation are introduced. At the end, commercial solutions for load control are investigated.
As a result of the research, the 11.2 kWp system was found to be the most profitable solar PV system. The load control system was found to be profitable depending on the SPOT price. The benefits decreased as the SPOT price increased, even making control of the smallest system loads almost unprofitable.