Iver Frimannslunds doktorgradsarbeid ved NMBU bidrar til å løse utfordringer som begrenser bruk av solcellekraftverk i klima med snø.
Solceller har tradisjonelt blitt mest brukt i varme klima med høy solinnstråling, noe som har preget utviklingen av solcelleteknologien og fokuset på forskningen. Men i nyere tid har solcelleteknologien blitt billigere samtidig som prisene for strøm har økt. Dette har medført at solceller har blitt mer konkurransedyktig i klima med mindre stråling hvor de klimatiske påkjenningene på kraftverkene er svært annerledes. Et kunnskapshull oppstår i den geografiske utbredelsen av solcelleanlegg som kan begrense bruken i kalde klima. Denne avhandlingen omhandler hvilke utfordringer snø gir for utbredelsen av solcelleanlegg og hvordan slike utfordringer kan løses.
Bakkemonterte solkraftverk i klima med snødriv må utformes med andre prinsipper enn på lavere breddegrader
I avsidesliggende bosetninger i polare områder kan solcelleanlegg være spesielt økonomisk gunstig grunnet høye kostnader for frakt av drivstoff som ofte er den primære energikilden i slike bosetninger. Men et usikkerhetsmoment for bruk av bakkemonterte solkraftverk i polare klima har vært bestandigheten mot snøfonner. På lavere breddegrader utformes solcelleanlegg hovedsakelig for å optimalisere energiproduksjonen til anlegget, men ved å bruke denne designmetodikken i klima med mye snødriv kan det være en risiko for at dette gir et anlegg som begraver seg selv med snø. I avhandlingen undersøkes det hvor utsatt tradisjonelle solkraftverk er for snøfonndanelse med feltforsøk på et småskala solkraftverk i en eksponert dal i Svalbard. Målinger på snøfonndannelsen ble gjort over to år og viste at anlegg designet med samme metodikk som på lavere breddegrader er svært utsatt for snøfonner og at det kreves tilpasninger for at anlegget skal kunne produsere gjennom sin forventede levetid.
En tilpasningsstrategi er å endre selve utformingen på anlegget. For å undersøke denne tilpasningsstrategien er det gjennomført en numerisk studie som anvender fluidmekanikk- og energiytelsessimuleringer til å kvantifisere hvilken påvirkning det gir å endre designparametere i solkraftverket. Resultatene viser at alle de undersøkte designparameterne i solcelleanlegg kan tilpasses for å redusere risikoen for snøfonndannelse, men at de forskjellige designparameterne gir forskjellig påvirkning på energiytelsen. Resultatene fra disse studiene gir et grunnlag for å tilpasse utformingen av solkraftverk til klima med betydelig snødriv samtidig som ytelsen ivaretas.
Solcelleanlegg med snøsmeltefunksjon
En annen utfordring som undersøkes er hvordan solcelleanlegg med snøsmeltefunksjon kan benyttes på eksisterende takkonstruksjoner som ikke tåler den totale vekten av snølasten og solcelleanlegget. I avhandlingen undersøkes det hvordan slike solcelleanlegg påvirker konstruksjonssikkerheten til bygg ved å benytte statistiske metoder. Resultatene tydeliggjør påvirkningen styringen og designet av slike anlegg har på konstruksjonssikkerheten til bygg, samt hvordan forskjellige kapasitets- og lastforutsetninger påvirker utbyttet av slike anlegg. I tillegg til påvirkningen på konstruksjonssikkerhet undersøkes energibehovet og hvilken potensiell produksjonsøkning det medfører å aktivt redusere snølasten på tak i en studie som benytter en kombinasjon av numeriske verktøy. Resultatene viser hvilke type klimatiske forhold som gir lavest energibruk og høyest økning i produksjon. En sammenstilling av resultatene fra de to studiene danner et grunnlag for å vurdere hvilke konstruksjoner og klima som egner seg for å benytte solcelleanlegg med snøsmeltefunksjon. Forskningen reduserer kunnskapshull for bruken av solcelleanlegg på tak med begrenset bæreevne og kan bidra til økt utnyttelse av eksisterende takflater til solstrømproduksjon.
Lokalt klima må hensyntas i modeller for snøtap
Den siste undersøkte utfordringen omhandler modellering av påvirkningen snø har på solcelleanleggs ytelse. En begrensing med mange eksisterende modeller for ytelsestap fra snø er at de er utviklet med empiriske data fra ett type snøklima og ikke nødvendigvis gir gode resultater når de anvendes i andre klimaforhold. Dette forsøkes å forbedres ved å videreutvikle en eksisterende snøtapsmodell til å ta hensyn til snødybde i avsklidningen av snø fra solcellepanelene. Sammenlignet med den opprinnelige snøtapsmodellen reduseres nøyaktigheten til modellen med 23 prosentpoeng når den anvendes til syv forskjellige solcelleanlegg. Modellen kan bidra til å redusere usikkerheten til ytelsen av solcelleanlegg i forskjellige type snøklima.