fredag 3 juli 2015

3 Tesla Powerwall + solceller = off grid?


Den som är intresserad av framtida energilösningar har knappast kunnat undvika att höra talas om Tesla Powerwall, ett batteri för att lagra stora mängder energi i hemmet till ett överkomligt pris.

Batteriet har tre huvudsysften i hemmamiljön:

  • Lastbalansering över dygnet, dvs att man ska kunna ladda batteriet när elen är som billigast på dygnet för att sen nyttja batteriet när elen är som dyrast att köpa in
  • Backuplösning om elnätet temporärt havererar, exempelvis på grund av nedfallna ledningar vid storm
  • Ökat nyttjande av egenproducerad sol-el över hela dygnet
Läs mer om tekniken på Teslas hemsida.

Jag blev lite nyfiken på huruvida man skulle kunna gå helt off grid, dvs kapa kopplingen helt mot elnätet, om man köper en eller flera Tesla Powerwalls, och gjorde därför lite beräkningar på detta. Framförallt har jag då valt att titta på de 7 kWh-batterier som är tänkt att användas just för att användas dagligen. 10 kWh-batterierna är istället optimerade för backup vid strömavbrott och kan därför inte hantera i- och urladdning lika bra.




Syftet

Huvudsyftet är att ta reda på om det är tekniskt möjligt för oss med vårat hus och vår solanläggning att kapa kopplingen mot elnätet helt och hållet. Även om det inte skulle vara möjligt så finns ett par till intressanta delfrågor:
  • Mellan vilka datum på året kan man i teorin kapa kopplingen mot elnätet utan att få en enda dag med energibrist?
  • Hur många av årets alla dagar kan man täcka hela dygnets elbehov med hjälp av batterilösningen?

Beräkningen - så har jag tänkt

För att göra beräkningen så har jag gjort lite nödvändiga förenklingar. Det är i dagsläget inte möjligt att bara koppla ifrån elnätet och nyttja solenergin rakt av utan att göra ganska stora insatser. Exempelvis så styrs växelriktaren av de sinusvågor som elnätet levererar och så fort dessa uteblir så slutar växelriktaren att leverera 220-spänningen. Detta går att hantera exempelvis med en dieselgenerator med tre-fas, eller på något annat mer intrikat vis. Men i min analys nedan så har jag helt enkelt bortsett från denna problematik och bara tittat på energibehovet i kombination med solel-produktionen och lagringskapaciteten.

För att göra beräkningen enklare så har jag även valt att bortse från lagringsförluster och andra energiförluster som kan uppstå. Jag räknar med 100% effektivitet, vilket innebär att 1 lagrad kWh kan kvittas mot 1 använd kWh.

Man kan som mest koppla samman 9 stycken av 7 kWh-batterierna, vilket ger totalt maximalt 63 kWh lagringskapacitet.

För att utföra beräkningen så nära verkliga förhållanden som möjligt så använder jag dygnsdata från vår nätägare Vattenfall. Där kan jag läsa ut exakt hur mycket överskottsproduktion som dagligen gått ut på elnätet, vilket i mina beräkningar skulle användas till att ladda batterierna. Jag använder även informationen om hur mycket el som vi har köpt under dessa dagar, el som batterierna istället skulle behöva täcka upp för.

Resultat och slutsatser

Föga förvånande så räcker inte Tesla Powerwall för att vi ska kunna säga hej då till vår nätägare. Nedanstående tabeller visar de perioder under de senaste två åren som vi oavbrutet skulle kunna klara hela dygnsbehovet. Någon gång under april/maj så skulle vi i teorin kunna koppla oss fria, för att sen koppla på nätet igen i mitten av september. Under 2013 hade vi då råkat ut för en dag (29e juli) när energin skulle tagit slut under natten. Förmodligen hade vi luftvärmepumpen inställd på kylning den dagen.

Vad som är extra intressant att notera är att vi i princip inte skulle tjäna något alls på att skaffa flera batterier. För varje batteri man adderar så blir ökningen minimal. Skillnaden mellan att inte ha ett enda batteri jämfört med att addera ett batteri är dock mycket avgörande för förmågan att kunna klara hela dygnsbehovet. Detta skulle exempelvis kunna räcka för att tillgodose ett sommarhus hela behov.

2013

Antal batterierStartdatumSlutdatumAntal dagar
0--0
120 apr29 jul185
220 apr4 okt188
320 apr4 okt189
420 apr5 okt191
520 apr5 okt192
620 apr6 okt193
720 apr7 okt195
820 apr7 okt196
925 mar8 okt198

2014

Antal batterierStartdatumSlutdatumAntal dagar
0--0
131 maj20 sep184
232 maj21 sep189
333 maj21 sep191
412 maj23 sep194
512 maj23 sep196
612 maj24 sep198
712 maj25 sep200
821 mar4 okt203
921 mar4 okt203

Orsaken till att det ser ut som det gör handlar såklart om att det i Sverige är väldigt ont om soltimmar under vintermånaderna. Vi har dessutom ett hus uppvärmt på el, och förbrukningen ökar därför väldigt mycket under de kallare och mörkare månaderna. Men även om man rensar bort uppvärmningsdelen av elbehovet så ser det inte bättre ut, perioden som man oavbrutet skulle klara elbehovet är faktiskt oförändrat. 

Vad som däremot gör väldigt stor skillnad är om man "flyttar huset" till ett mera lämpligt ställe såsom Miami! När jag simulerade detta så räckte det med 2 stycken batterier för att kunna koppla bort elnätet totalt! Man kan lätt inse det stora med tekniken om man inte strittar sig alltför blind på svenska förhållanden. 

Se nedanstående grafer för att se hur produktionen fördelar sig över årets månader i Stockholm jämfört med Miami.




Stockholm





Miami
Även om elproduktionen inte skiljer sig med väldigt stora mått sett över hela året så innebär den mycket bredare fördelningen över årets månader att Tesla Powerwall skulle fungera alldeles utmärkt för att hantera de (även i Miami) solfattiga nätterna!

Slutsatsen är att i Sverige så kan man kanske se nyttan med batterierna om man har ett sommarhus där man antingen inte kan eller vill ansluta elnätet. Man kan då med rimlig kostnad klara hela den ljusa perioden av året utan att behöva snåla alltför mycket. Man måste dock lösa problemet med sinusvågorna, men det finns säkert redan lösningar framtagna för detta.










3 kommentarer:

  1. Visst, bestämmer du dig för att vara off-grid finns växelriktare för ö-drift. Tror de måste kompletteras med DC-AC för förbrukning.
    Finns mer här:
    http://www.sma.de/en/home-systems/solar-system-off-grid.html#c106802

    Tack för intressant artikel

    SvaraRadera
    Svar
    1. Tack Riga för en mycket intressant länk!

      Att gå helt off-grid är för oss uteslutet i dagsläget. Det skulle krävas att det fanns ett bra och stabilt komplement till solel under vinterhalvåret, något som ännu så länge inte är rimligt vare sig miljömässigt eller kostnadsmässigt. För en sommarstuga på en öde ö så är det en helt annan fråga förstås!

      // Fredrich

      Radera
  2. Hur är det med andra delar i Sverige, exempelvis söderut. Finns det platser i Sverige där det skulel se annorlunda ut?

    SvaraRadera