Residential PV versus Ground Mounted PV - Comparing the cost of produced electricity

Abstract

The electricity produced from photovoltaics represents only a small fraction of the total electricity consumption in Sweden, but the installed capacity in Sweden doubled for the fourth year in a row in 2014. If this trend continues it is both interesting and important to discuss where we want to see PV systems in our future society. Looking at the market share of different types of PV systems in other European countries there are great variations from one country to another, and it is obvious that integrating PV in the electricity mix can be done in several ways.
The same PV module can be placed on a roof top or on the ground, but might experience different conditions for producing electricity depending on tilt, azimuth angle and shading of the PV modules. Depending on where a PV system is installed it is also affected in different ways by capital subsidies, tax reductions and feed-in tariffs. By removing these aspects from an economic analysis the performance and cost can be compared between different systems, before other economic systems evens out the difference.
Two types of PV systems have been compared in this study; residential PV systems versus ground mounted PV systems. The objective of the study was to calculate a comparative cost of electricity for these two different ways of installing PV and at the same time briefly address the potential environmental impacts from the space required for solar parks.
The energy output was simulated with the program System Advisor Model. The azimuth angles and tilts of an average residential PV system were based on classifications used in the solar map of Lund. Two land alternatives were studied, forest and agricultural land, both covering large areas in Sweden. To include variations in cost of land and solar irradiation the simulations and calculations were performed for three different parts of Sweden; the southern, central and northern part.
The conclusion from this study is that PV systems should be placed on the ground to produce the most electricity per invested Swedish crown. Agricultural land is the least expensive land type option when compared with forest, since the ground is already flat and no shading forest edge has to be taken into consideration. The irradiation has a larger impact on the cost per produced kWh than the cost of land, making PV in the far north more expensive. The environmental impact from installing PV on the ground is not well known but an installation will result in land use – and land cover change to some extent.

Popular Abstract (Swedish)

Varför sätter vi i Sverige de flesta solcellerna på tak?


Att producera el från solceller på tak är något som blir allt vanligare i Sverige. Men hur kostnadseffektivt är det att placera solceller på tak? Ett tak har tyvärr inte alltid en optimal vinkel mot solen vilket minskar el-produktionen. I länder som Rumänien och Bulgarien produceras nästan all solel från anläggningar på marken, vilket mycket väl kan vara ett mer kostnadseffektivt alternativ.
Att utnyttja de befintliga ytor som finns på byggnader idag gör att vi inte behöver ta någon ny mark i anspråk för att producera el. Men ett hundratal solcellsanläggningar på villor skulle istället kunna installeras tillsammans i en stor solpark, för lägre kostnader tack vare så kallade stordriftsfördelar. Så vilken skillnad i kostnader pratar vi om?
Fundera först på hur ditt egna hus är byggt! Är taket riktat åt söder med en lutning på cirka 40 grader? Om inte, så produceras mindre el från din solcellsanläggning än hos din granne som har ett bättre tak. Man måste också se till så att inte träd, skorstenar och flaggstänger skuggar anläggningen. Även om taket är helt optimalt riktat och fritt från skuggning så är det dock fortfarande dyrare att installera en liten anläggning än en stor om man ser på kostnad per installerad effekt.
En solpark installeras ofta i rader av solpaneler med avstånd mellan varje rad för att förhindra att panelerna skuggar varandra. Det finns stora friheter att sätta upp panelerna med solceller i den vinkel som önskas, men även här måste man fundera på vad som finns i dess omgivning. En solpark i en skog måste ha ett avstånd till närmsta trädridå för att inte träden ska skugga anläggningen. Genom att ta hänsyn till detta blir det dyrare att installera en park i en skog istället för på jordbruksmark, även om skog generellt är billigare i Sverige.
Trots att kostnader för mark tillkommer när man bygger en solpark så är detta ändå ett billigare alternativ per producerad kilowattimme än ett system på ett villatak. Skillnaden mellan ett genomsnittligt system på ett villatak och en solpark på jordbruksmark är cirka 30 öre per kilowattimme, vilket kan sättas i relation till elpriset i Sverige på cirka 1 krona per kilowattimme.
Men ska vi verkligen hugga ner träd och sluta odla mat för att bygga solparker när taken står redo? En solpark kan ju självklart installeras på andra typer av mark än åker och skog. Redan idag finns det solparker i Sverige som installerats på gamla deponier. Den förändring i markanvändning som det innebär att installera solparker har olika påverkan på miljön beroende på vad som fanns där innan, en miljöpåverkan som inte måste vara negativ.
En intressant aspekt är att det är fullt möjligt att kombinera solparker med andra nyttor. Genom att låta får beta i en solpark kan gräset hållas kort så att det inte skuggar panelerna, och marken används både till att producera el och som betesmark. I Storbritannien går det till och med att köpa speciella fröblandningar för solparker, som ger näringsrikt gräs till fåren och samtidigt växer långsamt för att förhindra skuggning.
Det finns såklart andra aspekter att ta hänsyn till i den här diskussionen. Det ena alternativet utesluter inte det andra, men det är viktigt att diskutera hur vi ska installera solceller på bästa sätt för att bättre kunna konkurrera med andra energislag!

Författare: Sabina Larsson
Examensarbete: Residential PV versus Ground Mounted PV – Comparing the cost of produced electricity
Avd. Energi och Byggnadsdesign, LTH

• author: Larsson, Sabina
• supervisor: Henrik Davidsson
• organization: Department of Architecture and Built Environment
• course: AEB820 20151
• year: 2015
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Solar energy, Photovoltaic systems, residential PV, ground mounted PV, economy, SAM, land use
• report number: EBD-R--15/39
• ISBN: 978-91-85147-58-8
• language: English
• id: 7472143
• date added to LUP: 2015-09-14 10:55:47
• date last changed: 2015-09-14 10:55:47