Solenergi har potensiale til å bli den viktigste fornybare energikilden i framtiden globalt. Det finnes en rekke måter å utnytte solenergi på. I Norge er de viktigste metodene passiv utnyttelse av solvarme, aktiv utnyttelse av solvarme ved bruk av solfangere til oppvarming av bygg og tappevann og produksjon av elektrisitet ved hjelp av solceller (solstrøm).

Solinnstråling mot en horisontal flate i januar og juli [Kilde: Endre Barstad/Fornybar.no]

Ressursgrunnlag

Solinnstråling er en av de viktigste faktorene når potensialet for utnyttelse av solenergi skal vurderes. Det største potensialet har de mest solrike stedene i verden med en solinnstråling på opptil 2500 kWh/m2 år målt mot en horisontal flate. I Norge varierer innstrålingen fra ca 1000 kWh/m2 år i sør til ca 700 kWh/m2 år i nord.

En sammenligning av solinnstrålingen i Norge med Sverige, Danmark og sentrale deler av Tyskland, vist i figuren under, viser at ressursgrunnlaget i Sør-Norge er på samme nivå som disse landene. Dette viser at potensialet for utnyttelse av solenergi basert på ressurstilgang er tilnærmet like stort som i våre nærmeste naboland.

Solinnstråling mot en horisontal flate for 7 byer i Europa [Kilde: PVGIS]

I hovedsak er det breddegrad som avgjør solinnstrålingens intensitet, men også andre faktorer som årstid, døgnvariasjoner og lokale værforhold (temperatur, vind, snø, skyer, etc) har betydning. I tillegg vil anleggsspesifikke faktorer, som helningsvinkel, himmelretning, og skjerming fra bygg, vegetasjon, fjell, type teknologi (solfanger eller solceller) påvirke hvor mye energi som produseres fra solenergianleggene.

Solinnstråling og forventet produsert energi avhengig av teknologi og helningsvinkel for 5 byer i Norge er vist i tabellen under. Tabellen viser produsert energi for to forskjellige helningsvinkler, tilnærmet optimal vinkel, ca 30 grader og vertikalstilte anlegg, 90 grader. Solenergianleggene er orientert mot sør. Tallene for solinnstråling er simulert ved hjelp av simuleringsverktøyet PVGIS [http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/index.htm]. Produsert energi for både solvarmeanlegg og solcelleanlegg er basert på tall hentet fra forskjellige solenergiaktører i Norge.

Solinnstråling og forventet produsert energi avhengig av teknologi og helningsvinkel for fem byer i Norge [Kilde: PVGIS og solenergibransjen i Norge].

Markedsområder

Markedet for solenergi i Europa har endret seg kraftig de siste årene; prisene er redusert og installasjonstakten har økt. Dette gjelder særlig for solstrøm men også for solvarme sees en lignende utvikling. Dette har ført til økende interesse for solenergi i Norge. Interessen skyldes ikke bare fallende kostnader, også faktorer som økt fokus på klima og miljø, skjerpede TEK-krav og et marked som etterspør miljøvennlige bygg bidrar.

De viktigste markedsområdene hvor solenergi utnyttes er:

  • Privatmarkedet – eneboliger og småhus
  • Næringssbygg - hoteller, kontorbygg, skoler, sykehus, etc
  • Frittstående anlegg – solparker med enten solceller eller solfangere

Det mest vanlige i Norge er solenergianlegg montert på eller integrert i tak og fasader. Solfangeranlegg har i hovedsak vært brukt i boligmarkedet, men antall anlegg for næringsbygg øker. Det er særlig for bygg med jevn bruk av varmt tappevann gjennom hele året, som boliger, sykehjem, sykehus, hoteller, etc. lønnsomheten er størst.

Solcellesystem (PV-system) har i mange år vært utbredt i hyttemarkedet, med opptil 100 000 små anlegg. De siste årene har imidlertid solcellesystem tilknyttet privatboliger og næringsbygg økt kraftig.

Det finnes kun ett frittstående anlegg, solfangeranlegg til Akershus Energi Varme på ca. 12 000 m2. Det har til nå vært hovedfokus på solenergianlegg på bygg i Europa, men frittstående anlegg øker. Særlig i områder med høy solinnstråling, hvor lønnsomheten er størst.

Potensial for solenergi

Potensialet for solenergi vil avhenge av faktorer som tilgang på solinnstråling, tilgjengelig areal på bygg (tak og fasader), tilgjengelige arealer for bakkemonterte anlegg, kostnader, incentivordninger, virkemidler og prisutvikling på elektrisitet.

Solenergianlegg plassert på eller integrert i byggets tak og/eller fasader er det mest vanlige i Europa i dag, men en økning i store frittstående anlegg observeres. Dette gjelder særlig sørlige breddegrader hvor solinnstrålingen er høy sammenlignet med Norge. Det antas at bygningsintegrerte anlegg vil være det mest sannsynlige i Norge fremover, hovedsakelig på grunn av at arealer på tak og fasader er lett tilgjengelige, arealene er «gratis», det vil si det er ofte ingen kostnader forbundet med grunnervervelse slik det er for frittstående anlegg, skjerpede TEK-krav i bygg fremmer lokal energiproduksjon og at nettilknytning for solcelleanlegg er enklere.

Potensialet for solenergi i Norge, når det sees bort fra kostnader og virkemidler, etc., kan beregnes ved å ta ut utgangspunkt i solinnstråling og tilgjengelige tak og fasadearealer som kan dekkes med solceller og/eller solfangere.

Metode for beregning av solpotensial på bygninger

Potensialet for solenergiproduksjon på bygg kan beregnes ved hjelp av en metode utviklet og beskrevet av IEA (International Energy Agency) [Report IEA-PVPS T7-4: 2002]. Metoden går ut på estimere tak og fasadeareal som er egnet for solenergiutnyttelse ved å ta utgangspunkt i bygningsmassens grunnflateareal.

Tilgjengelig tak og fasadeareal kan beskrives ved følgende steg:

  • Grunnflateareal for bygningsmassen bestemmes
  • Bygningsmassens tak og fasadeareal estimeres, dvs hvor stor del av arealet som er egnet utfra bygningenes arkitektoniske utforming, skyggeffekter, etc,
  • Tak og fasade-areal egnet for solenergiutnyttelse (solareal) estimeres, faktorer som inkluderes i vurderingene er bygningenes orientering, type bebyggelse, topografi, etc.
  • Resultatet fra IEA-studien gir en utnyttelsesfaktor på 0,4 for tak og 0,15 for fasaderNår solareal er bestemt kan produsert energi beregnes ved hjelp av tall for forventet produksjon fra solfangere eller solceller og geografisk plassering av anleggene. Produsert energi er gitt av følgende uttrykk:
  • Dette betyr at pr m2 grunnflate er det 0,4 m2 takareal og 0,15 m2 fasadeareal egnet for solenergi-installasjoner (solareal). Dette arealet er korrigert for bygningenes utforming og egnethet for solinstallasjoner. Utnyttelsesfaktorer for tak og fasader er bestemt ved hjelp av en rekke studier gjort i de involverte IEA-landene, særlig Tyskland, Østerrike og Sverige.
  • Etak = Ag * 0,4 * Es – Årlig energiproduksjon på tak fra solceller eller solfangere
  • Efasade = Ag * 0,15 * Es – Årlig energiproduksjon på fasade fra solceller eller solfangere
  • Etot = Etak + Efasade – total teoretisk energipotensial
  • Hvor Ag er grunnflateareal og Es er produsert energi pr m2 år for den aktuelle teknologien, solceller eller solfangere. Metoden hvor en går fra grunnflateareal til BIPV/BAPV-potensial er illustrert i figuren under.

Hovedstegene i bestemmelse av potensial for bygningsintegret solenergi

Ved å følge stegen i utregningene beskrevet i figuren over kan potensialet for solenergi på bygg beregnes. Prosedyren gjelder både for solceller og solfangere.

Beregnet potensial

Potensialet for solenergi på bygg er beregnet for to scenarier:

  • Potensial for energiproduksjon dersom alt tilgjengelig tak og fasadeareal egnet for solenergiinstallasjoner utnyttes frem mot 2050
  • Potensial for energiproduksjon dersom tilgjengelig tak og fasadeareal egnet for solenergiinstallasjoner på nybygde og rehabiliterte bygg utnyttes frem mot 2050
  • Resultatet av beregningene viser at dersom tilgjengelig areal på bygg fordeles 50/50 (kun en antagelse) mellom solfangere og solceller blir potensialet som følger:
  • Alt tilgjengelig tak og fasadeareal egnet for solenergiinstallasjoner utnyttes frem mot 2050 gir
    • 21 TWh/år fra solfangere og 9 TWh/år fra solceller
  • Tilgjengelig tak og fasadeareal egnet for solenergiinstallasjoner på nybygde og rehabiliterte bygg utnyttes frem mot 2050 gir
    • 10 TWh/år fra solfangere og 4,5 TWh/år fra solceller 
    • Det antas at kun en andel av det totalt tilgjengelige arealet utnyttes. I tabellen under er produksjon fra solceller og solfangere dersom alt tilgjengelig areal på nybygde og rehabiliterte bygg utnyttes fordelt på tak og fasader for 2020, 2030 og 2050 vist. Tallene viser et potensial på ca. 8 TWh/år for solceller og ca. 21 TWh/år for solfangere i 2050. Merk igjen at tallene ikke kan summeres, da tilgjengelig tak og fasader ikke kan utnyttes samtidig til både solfangere og solceller.

Produksjon (TWh/år)

 

 

 

 

 

Full utnyttelse av egnet tak og fasadeareal ved nybygg og rehabilitering

 

100 % areal til Solstrøm

100 % areal til Solvarme

50 % areal til solstrøm

50 % areal til solvarme

2020

1,5

4,0

0,4

1,0

2030

3,8

10,0

1,0

2,5

2050

8,2

21,5

2,1

5,4

Potensial for solenergiproduksjon på bygg frem mot 2050

Det er vanskelig å anslå hvordan fordelingen mellom solfangere og solceller på bygg vil bli i fremtiden. I figuren under er det illustrert hvordan produksjon av solenergi ved ulike utnyttelsesgrader av arealet på nybygg og rehabiliterte bygg kan fordele seg. Utnyttelsesgradene er 100% utbygging av solceller, 100% utbygging av solfangere, eller en 50/50-fordeling mellom solceller og solfangere.

Maksimal produksjon fra solenergi ved ulike utnyttelser av nybygg og rehabiliterte bygg. Henholdsvis 100% utbygging av solceller eller 100% utbygging av solfangere, eller en 50/50-fordeling mellom solceller og solfangere.

Solstrøm

Solceller er en elektronisk enhet laget av en eller flere halvledere som produserer strøm når de blir eksponert for solinnstråling. Det finnes flere typer solceller, hvor de mest vanlige er multikrystallinske silisiumsolceller.

Et PV-system består i hovedsak av solcellemoduler, vekselretter, styringssystem og annet elektrisk utstyr som kabler og sensorer. Størrelsen på PV-systemene varierer og kan deles inn i tre forskjellige typer:

  • Enebolig, ca. 5 - 10 kWp
  • Næringsbygg, ca. 50 - 500 kWp
  • Bakkemonterte anlegg > 500 kWp

Et solcelleanlegg produserer ca 700 - 950 kWh/kWp pr år, tilsvarende ca 140 - 150 kWh/m2 år i Sør-Norge og ca 90 – 110 kWh/m2 år i Nord-Norge. Utbytte avhenger bl. a. av virkningsgraden til solcellene, som ligger på ca 12 – 18 % for de mest brukte solcellene (multikrystallinske).

Virkningsgraden til solceller er ikke bare avhengig av materialer og produksjonsmetode, utetemperaturen har betydning. Norge har et kaldt klima og dette er positivt for energiproduksjonen fra solcelleanlegg. Effektiviteten til solceller øker når omgivelsestemperaturen synker. Det kan gi relativt høy produksjon vår og høst når utetemperaturen er lav. Krystallinske silisiumsolceller har en temperaturkoeffisienten for levert effekt typisk på -0,4% per K. Dette betyr at dersom solcellenes overflatetemperaturen øker med 20 °C så vil produsert elektrisk effekt reduseres med rundt 8 % [Solstrøm i Norge, 2012].

Det kreves relativt høye kapitalinvesteringer ved etablering av PV-systemer. PV-modulene utgjør hoveddelen av investeringene, med ca 30-40 %. De resterende kostnadene er fordelt på andre systemkomponenter, som vekselretter og styringssystem, og installasjonsarbeid. I Norge utgjør PV-modulene en relativt mindre andel av systemkostnadene enn tilsvarende systemer i Tyskland [Levelized cost of electrisity, renewable energy technology study (LCOE), Frauenhofer ISE, 2013]. Årsaken er i stor grad knyttet til installasjonskostnadene, som er høyere i Norge på grunn av et mer umodent markedet, med få installerte anlegg og dermed mindre erfaring blant håndverkerne. Etterhvert som flere anlegg installeres er det forventet at disse kostnadene vil synke. Investeringskostnadene (2013) for ulike PV-systemer spenner fra ca 15 – 25 kNOK/kWp [Solkraft i Norge 2013 og NVEs Kostnadsrapport 2015].

I Norge var installert kapasitet på ca. 13 MW ved utgangen av 2014 . Til sammenligning var installert kapasitet i Sverige på ca. 80 MW, Danmark ca. 606 MW, Tyskland ca. 38 GW og på verdensbasis ca. 177 GW ved utgangen av 2014 [IEA PVPS].

Solvarme

Solenergi brukt til oppvarmingsformål kan deles inn i passive og aktive løsninger. Passiv utnyttelse av solenergi betyr at solenergien utnyttes direkte til oppvarming, for eksempel gjennom glassfasader og drivhus. Denne formen for solenergi er den mest utnyttede i Norge og bidrar med ca 10-15 prosent av oppvarmingsbehovet i bygninger [Norsk Solenergiforening], men potensialet er mye større. Under norske klimatiske forhold kan rett arkitektonisk utforming, valg av bygningmaterialer og bygningenes orientering etc. gi et betydelig energibidrag fra solen og dermed redusere oppvarmingsbehovet.

I aktive solvarmeløsninger vil solinnstrålingen konverteres til varme i en solfanger før varmen brukes til oppvarming av bygg, tappevann og prosessvann til industrielt behov. De to førstnevnte er mest vanlig i Norge.

Et typisk solvarmesystem består av solfanger, varmelager, distribusjonssystem og styringssystem. I solfangeranlegg vil solinnstrålingen absorberes og konverteres til varme i solfangeren. Varmen overføres så til et varmeførende medium (væske eller luft) som sirkulerer gjennom solfangeren og videre til varmelagret. Varmen fra solvarmeanlegget fordeles derfra til et distribusjonsnett, dette kan være vannbåren gulvvarme, radiatorer, ventilasjonsluft, nærvarme eller fjernvarmeanlegg.

Typiske størrelser på solvarmeanleggene er:

  • Enebolig
    • Tappevannsanlegg, ca. 4 - 8 m2 solfangerareal, dekningsgrad ca. 40 – 60 % av årlig varmebehov
    • Kombianlegg (både tappevann og romoppvarming), ca 10 - 20 m2, dekningsgrad ca. 25 – 30 % av det årlig energibehov
  • Næringsbygg, > 50 m2
  • Frittstående, > 500 m2

Energiproduksjon varierer fra ca 400 - 500 kWh/m2 år i Sør-Norge til ca 250 – 350 kWh/m2 år i Nord-Norge.

I likhet med PV-anlegg krever solvarmeanlegg relativt høye kapitalinvesteringer. Investeringskostnadene spenner fra ca 55 kNOK for et lite tappevannsanlegg med ca 6 m2 solfangerareal til ca. 720 kNOK for et anlegg for næringsbygg med ca 300 m2. Flere kostnadstall kan finnes NVEs Kostnadsrapport 2015.

I Norge var installert kapasitet på ca. 31 MW ved utgangen av 2013 . Til sammenligning var installert kapasitet i Sverige på ca. 318 MW, Danmark ca. 564 MW, Tyskland ca. 12 GW og på verdensbasis ca. 375 GW ved utgangen av 2013 [IEA SHC].

Regelverk og incentivordninger

Det finnes ulike regelverk og støtteordninger for solenergianlegg i Norge.

Ordningene som forvaltes av NVE er plusskundeordningen, elsertifikater og opprinnelsesgarantier. Disse er kun knyttet til solcelleanlegg.

Enova tilbyr ulike støtteordninger for både solfangere og solceller. Nærmere info kan finnes på enova.no.

Kommunale regelverk og støtteordninger varierer fra kommune til kommune. Det finnes økonomiske støtteordninger i noen få kommuner. Det samme gjelder krav til søknad om fasadeendring ved installasjon av solfangere og solceller. Ta kontakt med den enkelte kommune for detaljer om støtteordninger og regelverk.