Snøsmelting med solceller

Solceller og solcellepaneler kan smelte snø på tak. Teknologien løser problemene med at tung snø er til fare for at bygg kollapser, samtidig som taket kan utnyttes til kortreist fornybar energiproduksjon. Teknologien er utviklet av INNOS og har navnet Weightwatcher.

Av Jens Hetland / solenergibloggen Foto/illustrasjoner: Fusen.no

Snøsmelting med solceller – utviklingsløpet

Norske tak og bygg er ikke alltid så solide som vi liker å tro. I 2014 monterte FUSen det første store takmonterte anlegget i Norge, hos ASKO Øst. Prosjektet var et pionerarbeide for norsk solbransje. I prosjektet var snølasten for bygget en av problemstillingene, og der ble løsningen å ikke fylle taket for tett med solceller, men i stedet ha soner mellom radene slik at snørydding er mulig når det kreves. ASKO Øst tak

En full utbygging av takene, hvor taket kan fylles fullt med solceller til tross for at bygget er dårlig dimensjonert, er en bedre løsning. ASKO Norge ønsket en slik løsning, og det første fullskala pilotprosjektet med solceller med integrert snøsmelting kan sees her.

Flere anlegg har fulgt, og her er film fra driften av anlegget hos Downtown kjøpesenter i Porsgrunn. Anlegget startet opp i 2019.

Snømåking på tak er en jobb man helst vil unngå. Mange mann i arbeid, Mye gåing fram og tilbake, snøskuffer med skarpe kanter, og kanskje snøfresere på taket er ikke en god løsning.

Risiko for skader på taket er høy, og HMS for slikt arbeide er også en utfordring. I filmen fra åpningen (ovenfor) ser man at en bryter vris om, og det er en løsning som er mye bedre enn å måke.

Utviklingen av snøsmelteteknologien er gjort av Innos, og FUSen er Innos sin norske partner. Produktene fra Innos leveres også i andre land via partnere.

Kundens forventninger til snøsmelting med solceller

Gode utviklinger av produkter starter med å ta utgangspunkt i kundens problem. De 5 viktigste målene ble identifisert som:

1. Fjerne snø på taket
2. Løse vektproblemet av snøfall relatert til underdimensjonerte bygg
3. Bli kvitt smeltevannet fra taket
4. Være enkelt i bruk
5. Ha kontroll over vekten på taket

I tillegg til å oppfylle disse målene skal også andre forhold håndteres:

• Investeringskostnadene skal være lavest mulig
• Høyest mulig inntekt i form av energiproduksjon fra solenergianlegget
• Pålitelig i drift, lang levetid, og lavest mulig driftskostnader
• Garantiene for solcellepanelene (25 år) skal være som vanlig.

Fra starten av var det klart at alle kravene skulle oppfylles for å ha en løsning som er god nok.

Funksjonen i snøsmelting med solceller

Kjernefunksjonen er å kunne veksle mellom å produsere solenergi og å smelte snø.

Når lys treffer solcellepanelene produserer anlegget energi fra sola, slik som alle solenergianlegg fungerer.

Det spesielle er at Innos sin teknologi kobles i parallell med inverteren og kan sende energi til taket som igjen smelter snøen. Denne teknologien er unik.

Kjernefunksjonen i anlegget er et resultat av en betydelig FoU innsats, og i tillegg kommer arbeidet med å utvikle og kvalitetssikre alt som skal til for at kundene skal få alle sine forventninger oppfylt. Her i denne bloggen skal utviklingen av kjernefunksjonen i snøsmeltingen beskrives.

Innos lab utvikling av snøsmelting

Hovedtrinnene i utviklingen har vært fokusert på å sikre kvalitet for kunden, og at man kan vite at anlegget skal fungere som planlagt i virkelig drift.

Bildet viser et solcellepanel som var dekket av snø, og etter en tid hvor energi er blitt tilført så har snøen smeltet og panelet kommer fram. Her ser vi at kjernefunksjonen kan fungere.

Etter å ha sett at snøsmeltingen fungerer er tiden inne for å teste under tøffere forhold. Anlegget skal også kunne smelte større snølaster.

En test med store snømengder gir god tilbakemelding og interessante målinger. Erfaringene fra test og målinger var viktige å få med seg videre i utviklingen.

Et solcellepanel er mekanisk robust men er også en avansert elektrisk konstruksjon, med teknologi og kvantemekanikk hvor det krevdes en Einstein for å forstå alt. Energiproduksjonen fra anlegget skal ikke ta skade og derfor undersøkes også alle de små elektriske komponenter og ytelser på alle nivåer.

Her måles det i klimakammer.

Paneler vil oppleve alt av værforhold, både med og uten is. Mange parametre og sensitiviteter måles og vurderes.

Etter at hypotesen om at solceller kan benyttes for snøsmelting er bekreftet, går Innos i gang med en kritisk aktivitet – sjekke at panelene tåler belastningen.

Her undersøkes panelene med fotoluminescens (FL). De felter og nyanser man ser undersøkes nøye for å sjekke at ingen endringer oppstår og at alle toleranser er som før.

Etter fotoluminescens benyttes infrarøde bilder for å kvalitetssikre varmeutviklingen og aller viktigst, å sikre at ingen deler risikerer å utvikle mer varme enn de tåler.

Når både FL og IR bildene viser at alle forhold er som forventet så kvalitetssikres energiproduksjonen ved å kjøre paneler i en flash-test, hvor effektiviteten til panelet måles. Her skal det ikke være endringer før og etter.

I ovenstående tester og kvalitetssikring pågår et kontinuerlig arbeide for å etablere gode driftsforhold og parametre som gjør at kundens ønsker oppfylles, samtidig som kjernefunksjonen kvalitetssikres.

Når alt er funnet å fungere som forventet, så er tiden inne til å sikre repteterbarheten. Man kan risikere at de paneler som er benyttet i utviklingen ikke var representative og derfor gjentas alle tester på et større antall solcellepaneler.

På dette tidspunkt er Innos sikker på at kjernefunksjonen fungerer. For kunder og partnere, som FUSen, er det viktig å få ytterligere bevis. Derfor engasjeres ekstern FoU for å teste at panelene ikke tar skade når Innos’ utstyr og driftsprosedyrer benyttes. Flere av de ledende produsentene av solcellepaneler gjør egne tester, og bekrefter de resultatene som Innos har.

Når FoU arbeidet på Innos Lab er utført og eksterne sertifiseringer er gjort, så testes anlegget i en fullskala pilot.

Norske og internasjonale universiteter og institutter har vært med i arbeidet.

• NMBU, Professor Thies og hans team, har vært spesielt aktive for å teste ut og bekrefte funksjonene. Deres spesialkunnskap om snø og is har vært helt sentral for forståelsen. Med dem har også Universitetet i Innsbruck engasjert seg i arbeidet. Forskningsartikler internasjonalt er publiserte.
• IFE og UiO har også studert teknologien nøye. Interessen for løsningene har resultert i en artikkel i Dagens Næringsliv om teknologien.
• Internasjonal solenergipresse er også begeistret. PV Magazine er velrennomert både i Europa og globalt, og ga løsningen Gull-plassering. Det er første gang et skandinavisk produkt vinner en slik pris.

Her er en video som viser hvordan snøen forsvinner hos ROAF på Skedsmokorset.

Systemutvikling, drift og kvalitetssikring

I tillegg til utviklingen av kjernefunksjonen kreves det at man utvikler systemet, skaper en god driftssituasjon for kunden, og sikrer kvalitet.

Systemutvikling – Utviklingsløp nr 2

Samspillet mellom alle funksjoner ivaretas av systemutviklingen. Utviklingsløpet er like omfattende og viktig som utviklingen av kjernefunksjonen. Fokus er på kunden og på brukergrensesnittene, slik at anlegget er godt å bruke for de som driter bygget.

• Integrasjonen mellom snøsmelting og solenergiproduksjon sikrer at anleggene spiller sammen.
• På både AC og DC sidene av anlegget utvikles en robust elektroinstallasjon som håndterer høye effekter i anlegget
• Integrasjonen mot styring og driftssystemet i bygget gjør at operatørene i bygget kan ha kontroll over anlegget i sitt eksisterende oppfølgingssystem.
• Komplett styring av alle forhold på taket gjør at det er trygghet for at alle områder smeltes og at varmekabler og sluk fungerer som ønsket
• Smeltevannet fra anlegget skal være under kontroll slik at ikke issvuller oppstår.

Kartlegging av driftssituasjoner – Utviklingsløp nr 3

Driftssituasjonene setter krav til prosjektering av anlegget. Alle anlegg har de samme grunnkomponenter som benyttes og samtidig gjøres design som er tilpasset hvert enkelt bygg.

• Lokale forhold for snømengder varierer. Derfor sjekkes snøstatistikker for området og prosjekteringen sikrer at anlegget dimensjoneres riktig for området
• Snøhastighet, og hvor ofte store snømengder oppstår inngår i prosjektering
  Takkonstruksjonen undersøkes, så de riktige krav settes og oppfylles.
• Konstruksjonen skal ikke utsettes for krefter som ikke tåles.
• Smeltesoner i bygget bestemmes. Eventuelle problemer med skjevlast og oppbygging av snøfonner skal kontrolleres.

Kvalitet i totalsystemet – Utviklingsløp nr 4

Anlegget er en installasjon som er en del av bygget og oppfyller en viktig funksjon for bygget. Derfor har driftssikkerhet og funksjon gjennomgått et utviklingsløp fra de små tester og fram til komplette storskala anlegg.

• Utviklingen og erfaringene strekker seg nå over 7 år.
• Eksterne tester og sertifisering av paneler og driftsmetodikk er utført
• FoU institusjoner har vært involvert underveis i utvikling og test
• Fullskala pilotanlegg i drift fra 2016, og siden da har tester og utvikling fortsatt
• I dag er det 6 anlegg i drift (4 i Norge og 2 utenfor) og etter flere gode vintersesonger har anleggene vist sin pålitelighet og driftssikkerhet
  Anleggene oppfyller alle de forventninger som er satt fra kundene.

Erfaring fra snøsmelting med solceller

Snøsmelteanlegget hos Downtown Kjøpesenter ble åpnet i 2019. Her er film fra åpningen.

Nå, i 2021, har det gått 2 år med driftserfaringer.

Her er en film som viser erfaringene og drift av anlegget (linken er den samme som i starten av denne bloggen).

Downtown er det største anlegget som er bygget med snøsmelting. Her er et gammelt bygg som er endret til å være et kjøpesenter. Det gir spesielle driftsforhold for bygget, og et eksempel er håndteringen av snølasten.

Bildet viser situasjonen når 1 av 4 soner er smeltet. For dette bygget på dette stedet så er en slik oppdeling dimensjonert til å håndtere de forhold som kan oppstå.

Snøvekter er monterte og gir oppfølging av vekten på taket.

Elektromontasjen omfatter alt som skal til for å ta i mot energiproduksjonen og for å levere energi til tak for smelting.

Effekten fordeler seg med 420 kW smelting med solceller og 80 kW smelting med varmekabler. Varmekablene benyttes på noen deler av taket hvor solcellepaneler ikke ble benyttet.

Før en slik installasjon gjøres et betydelig og detaljert arbeide for å sikre at anlegget kan løse de utfordringer som bygget står overfor med snølast.

VIktig for kjernefunksjonen er å dimensjonere for energi og effektbehov, sett opp i mot den snømengden som skal smeltes og hvilket tempo som er nødvendig.

Anlegget benyttes hyppig, og i dagene 10-12 mars 2021 kom et heftig snøfall over området.

På under et døgn falt det opp til 80kg/m2 på bygget.

For driftsavdelingen i bygget er det slike situasjoner som de nå er godt forberedt på. De har overvåkning av snøvekten på taket, de får meldinger fra anlegget når vekten går over visse pre-definerte grenser, og kan enkelt smelte ned ved å vri om på en bryter.

Snøsmeltingen gikk raskt unna. Dagene deretter er solenergiproduksjonen i full gang på rekordtid.

Når snøen er smeltet fra taket vil solenergiproduksjonen komme raskere i gang. Energien som produseres ekstra, fordi snøen er fjernet, tjener inn igjen den energien som er benyttet for å smelte ned.

Totalgevinsten for et slikt anlegg på Downtown består av flere elementer.

Alle bekymringer knyttet til snølast og til snømåking er betydelig redusert. Uten snøsmelting med solceller kunne ikke taket ha vært benyttet til solenergiproduksjon. I sum så har Downtown både fjernet problemer og fått bygget med inn i det grønne skiftet.

Priser for solceller med snøsmelting

Kostnadene ved å installere slike anlegg vises her. Beløpene er naturlig nok anslag da alle anlegg er unike og må prosjekteres og prises individuelt. For å gi en indikasjon på beløp er det skissert to eksempelanlegg. Uforpliktende anslag.

Noen av forutsetningene er

• Anlegget er montert på et tak hvor 70% av taket kan dekkes med solcellepaneler
• 3 smeltesoner er tilstrekkelig for bygget og for snøsituasjonen i området
• Komplett anlegg er med, inkludert vektsensorer, overvåkning og integrasjon mot byggets overvåkingsanlegg
• Elektrotilkobling til byggets tavler kommer i tillegg, der kan byggene variere

Oppsummering

Innos har laget et produkt som er enkelt å benytte og har den gjennomarbeidede kvalitet som skal til for å fjerne problemer med snølast på tak.

Erfaringer fra driften og installasjoner av anleggene er gode, og kundene blir kvitt sine problemer.

Mange bygg kan ikke bygge ut med solceller fordi takene ikke er sterke nok. Nå kan slike bygg utnyttes. Utbygging av solenergianlegg med lang varighet og ren energi lar seg derfor gjøre på alle tak.

Her er opptak fra Webinar 16/3-2021 (50 minutter)

Her er reportasje i Teknisk Ukeblad – Solceller med snøsmelting var løsningen

Fakta om forfatteren:

Jens Hetland har hoppet av en lang karriere i telekom for å drive med fornybar energi og det grønne skiftet i praksis. Han er alltid opptatt av å bygge det perfekte solcelleanlegget til langvarig glede for kunder, klimaet og nærmiljøet.

Artikkelen er gjengitt med tillatelse fra solenergibloggen