PV System Design and Feasibility Study for Juhannuslehto Business Park

Abstract

The purpose of this thesis was to design grid-connected photovoltaic (PV) systems for two similar buildings of Juhannuslehto Business Park in Pori and additionally make the feasibility studies for the designs. Design of both buildings included two different size PV system options that were the maximum option and the 50kW option. Client for the design and feasibility study was Lemminkäinen Building Construction, the company responsible for Juhannuslehto business park construction.

Basic component of a grid-connected PV system consists of PV modules, their mountings, inverters, junction boxes and the connecting cabling. In technical designing of the PV system the most important design factors are the available solar radiation, module orientation (azimuth and inclination) and in case of multi-row systems the inter-row shading effect affecting on row-spacing.

The annual electricity consumptions of the buildings were estimated to be about 400 and 340 MWh. From these the designed maximum size options, with peak power of c. 150kW were estimated to cover about one third, and the 50kW options were estimated to cover about 10%.

Cost calculations were based on two offers requested for the purposes of the design. Finnish offer included all costs and another one from Spain was added with installation cost estimation after which the system prices for the maximum options were 1.57€/Wp and 1.47€/Wp respectively. For the 50kW options there was no significant price difference.

For the payback time calculations couple of different methods both with 15% incentive assumption were used. Simple payback method gave 15-16 years for payback while more sophisticated method taking into account also estimated development for energy price rise, excise taxation, loan interests and PV degradation effect gave 14-16 years. Additionally life-cycle cost analysis was used to compare the cost effectiveness of different design options.

Finally sensitivity analysis was performed to estimate the reliability of the results. Especially with the payback time calculations there is lots of uncertainty related to the future development of electricity prices and other affecting X-factors.

Työn tarkoituksena oli suunnitella verkkoon kytketyt aurinkosähköjärjestelmät kahteen Juhannuslehdon yrityspuiston liikerakennukseen ja laatia lisäksi kannattavuuslaskelmat suunnitelluille järjestelmille. Molempien rakennusten suunnitelmat sisälsivät kaksi erikokoista vaihtoehtoista järjestelmää: ns. maksimi ja 50kW vaihtoehdot. Työn tilaajana toimi Lemminkäinen Talo Oy, jonka hanke Juhannuslehdon yrityspuisto on.

Verkkoon kytketyn aurinkosähköjärjestelmän peruskomponentit koostuvat aurinkosähköpaneeleista asennustelineineen, vaihtosuuntaajista, kytkentärasioista ja kaapeloinnista. Aurinkosähköjärjestelmän suunnittelussa tärkeimpiä huomioitavia tekijöitä ovat auringon säteilyn määrä, sähköpaneelien asemointi (atsimuutti ja inklinaatio) ja monirivisissä järjestelmissä rivien keskinäinen varjostusvaikutus.

Rakennusten vuosittaiset sähkönkulutukset arvioitiin olevan noin 400 ja 340 MWh. Näistä suunnitellun n. 150 kW:n ns. maksimijärjestelmän tuotannon laskettiin kattavan noin kolmanneksen ja 50 kW:n vaihtoehdon tuotannon noin kymmenen prosenttia.

Kustannuslaskelmat perustuivat kahteen työtä varten pyydettyyn tarjoukseen. Suomalaisen yrityksen tarjous sisälsi kaikki kulut ja espanjalaisen yrityksen tarjoukseen lisättiin erillinen laskennallinen arvio asennuskuluista. Maksimivaihtoehtojen osalta asennetun järjestelmän wattihinnaksi tuli 1,57 €/Wp (suom.) ja 1,47 €/Wp (esp.). 50 kW:n vaihtoehtojen välillä ei tullut merkittävää hintaeroa.

Takaisinmaksuaikalaskelmissa käytettiin kahta eri metodia molempien sisältäessä 15 % investointitukioletuksen. Yksinkertainen metodi antoi takaisinmaksuajaksi 15–16 vuotta. Toinen metodi, joka pyrki huomioimaan myös oletetun sähkön hinnan nousun, yli 50 kW:n järjestelmiä koskevan valmisteveron, oletetut lainakorot ja sähköpaneelien vanhenemisen aiheuttaman tehonlaskun antoi takaisinmaksuajaksi 14–16 vuotta. Lisäksi elinkaarikustannuslaskelmaa käytettiin vertailtaessa eri vaihtoehtojen keskinäistä kustannustehokkuutta.

Herkkyysarvioinnissa todettiin laskelmiin liittyvän paljon oletuksia ja epävarmuutta. Erityisesti takaisinmaksuaikalaskelmat sisältävät useita epävarmuustekijöitä liittyen mm. tulevaisuuden hinta- ja korkokehitykseen.