Energilager

För ett mer förberett och förutsägbart elnät

Erik Svens

Bild 1 Förenklat Kopplingsschema

Examensarbete

EnergiLager

Läsår VT 2022-2024

Datum: 2023-10-03

Handledare: Marcus Bernsten

Sammanfattning

I en värld där vårt beroende av det konventionella elnätet ständigt ökar, bestämde jag mig för att gå emot

strömmen och ta kontroll över min egen energiframtid. Det som började som en enkel strävan i att sänka min

elräkning utvecklades snabbt till ett episkt projekt som skulle förändra sättet jag ser på energi. Jag skapade mitt

eget off grid-system och stod inför utmaningar som testade min tekniska kunskap och beslutsförmåga. Mitt

system, byggt med solceller, återvunna batterier och noggrann planering, blev min nyckel till självförsörjning.

Genom denna resa lärde jag mig inte bara att minimera min klimatpåverkan och spara pengar utan också att

drömmar kan bli verklighet med mod och uthållighet. Det här är berättelsen om hur jag skapade mitt eget

’el’dorado av energi och självförsörjning.

Förord

Jag vill rikta ett stort tack till Harry Liljegren, som har varit en ovärderlig resurs och samarbetspartner i detta

projekt. Hans expertis som elektriker och hans förmåga att koppla in denna anläggning har varit avgörande för

projektets framgång. Harry har även fungerat som ett värdefullt bollplank och bidragit med värdefulla insikter

och lösningar under hela arbetets gång. Utan hans engagemang och expertis hade detta projekt inte varit

möjligt.

Jag vill även rikta ett varmt tack till min familj som har varit en oumbärlig del av detta projekt. De har stöttat mig

och varit med på alla steg i processen, från planering till installation. Utan deras tålamod och engagemang hade

detta projekt varit betydligt mer komplicerat. Jag är tacksam för deras stöd och förståelse under denna resa mot

att skapa en mer hållbar energilösning till vårt hem.

Innehåll

Sammanfattning ................................................................................................................................................... 2

Förord .................................................................................................................................................................. 2

1.1 Begreppslista ............................................................................................................................................ 4

2. Inledning ....................................................................................................................................................... 6

2.1 Syfte ...................................................................................................................................................... 6

2.2 Metod ................................................................................................................................................... 7

3. Bakgrund ...................................................................................................................................................... 8

4. Resultat ...................................................................................................................................................... 20

5. Diskussion och slutsatser ............................................................................................................................. 28

Källförteckning ................................................................................................................................................... 30

Referenser .......................................................................................................................................................... 30

BildReferenser .................................................................................................................................................... 31

1.1 Begreppslista

Solceller: Fotovoltaiska paneler som omvandlar solens ljusenergi till elektricitet.

Van der Valk montagesystem: Ett företag som tillverkar montagesystem för solcellspaneler.

Trinasolar paneler: Solcellspaneler tillverkade av Trina Solar, ett ledande företag inom solenergi.

MPPT (Maximum Power Point Tracking): En teknik som används för att optimera solcellernas effektuttag genom

att anpassa spänningsnivån till solstrålningen för att maximera effekten.

OCV (Öppen kretsspänning): Den maximala spänningen som genereras av solcellspanelerna när de inte är

anslutna till någon last.

Batteribank: En uppsättning batterier som används för att lagra överskott av solenergi för senare användning.

BMS: Ett batterihanteringssystem, som övervakar och skyddar batterierna mot överladdning, underladdning och

andra riskfyllda situationer.

CC (Konstant ström): Laddningsläge där strömmen hålls konstant under laddningsprocessen.

CV (Konstant spänning): Laddningsläge där spänningen hålls konstant under laddningsprocessen.

Raspberry Pi: En enkortsdator som används för att övervaka och styra olika delar av solcellssystemet.

Arduino PLC: En programmerbar logikstyrningsenhet som används för att hantera inställningar och övervaka

systemet.

Modbus: Ett kommunikationsprotokoll som används för att överföra data mellan enheter i systemet.

Säkring: En säkerhetsanordning som bryter strömmen vid överbelastning eller kortslutning för att skydda

komponenterna i systemet.

Kortslutning: En oönskad elektrisk koppling som kan skada komponenter och orsaka överhettning eller brand.

Effektkapacitet: Den maximala mängden effekt som solcellssystemet kan generera under optimala förhållanden.

Elpris: Kostnaden för elektricitet som varierar beroende på tid på dygnet och andra faktorer.

Tibber: Ett energibolag som bland annat tillhandahåller realtidsinformation om elpriser och hjälper användare att

välja den mest ekonomiska tiden att använda elektricitet.

Bashscript: Ett skript i bash-programmeringsspråket som används för att automatisera uppgifter på Raspberry Pi.

Vinterläge: Ett läge i solcellssystemet som optimerar laddningsström och tidpunkt baserat på vinterförhållanden

och elpriser.

Lagringskapacitet: Mängden energi som kan lagras i batterierna, vanligtvis mätt i kilowattimmar (kWh).

Nominell spänning: Den spänning som batteriet är konstruerat för att arbeta vid som standard.

Busbar: Metalliska ledare som används för att ansluta battericeller i serie eller parallellt.

Balanskablar: Kablar som används för att övervaka och reglera spänningen på enskilda battericeller för att

säkerställa en jämn laddning och urladdning.

Double Conversion UPS: En typ av strömförsörjningssystem som konverterar inspänningen till DC och sedan

tillbaka till AC igen för att säkerställa en konstant och ren strömförsörjning.

Lithiumbatterier (Li-ion): Batterier med litiumjonceller som ger hög energitäthet och lång livslängd.

Lifepo4 (Lithium Iron Phosphate): En specifik typ av litiumbatteri som kännetecknas av sin höga säkerhet och

stabilitet.

NMC (Nickel Manganese Cobalt): En annan typ av litiumbatteri med hög energitäthet, men som är känsligare för

överladdning och urladdning.

LTO (Lithium Titanate): En typ av litiumbatteri med extremt hög livslängd och snabba laddnings- och

urladdningsförmågor.

UPS (Uninterruptible Power Supply): Ett strömförsörjningssystem som används för att säkerställa en oavbruten

elförsörjning vid strömavbrott.

Moduler: Enheterna som battericellerna är organiserade i, ofta används för att underlätta hantering och

anslutning.

Energidensitet: Mängden energi som kan lagras per enhet av volym eller vikt i ett batteri.

Blybatterier: Batterier som använder bly som en av sina huvudkomponenter, ofta använda i äldre fordon och

traditionell strömförsörjning.

Spänning: Den elektriska potentialen mellan två punkter i ett kretssystem, vanligtvis mätt i volt (V).

Skyddsutrustning: Utrustning som används för att skydda mot farliga elektriska situationer, som handskar, ögon-

eller ansiktsskydd.

Elektrisk jordning: En metod för att säkerställa att elektriska system är korrekt anslutna till jorden för att

minimera riskerna för elektriska stötar eller överspänning.

Konfiguration (exempelvis 14S3P): Hur battericellerna är anslutna, inklusive antal celler i serie (S) och parallellt

(P).

Växelriktare:

En växelriktare är en elektronisk apparat som används för att omvandla den likström (DC) som genereras av

solpaneler till växelström (AC). Växelström är den typ av elektrisk ström som används i våra hem och de flesta

elektriska apparater. När solpanelerna producerar elektricitet i form av likström, måste den omvandlas till

växelström för att kunna användas i våra hem eller distribueras i det allmänna elnätet.

Energiförluster: Förluster i en elektrisk krets som uppstår som värme eller andra former av oönskade

energiförluster.

Cykellivslängd: Antalet laddnings- och urladdningscykler som ett batteri kan klara innan det förlorar sin kapacitet.

2. Inledning

Mitt äventyr började med en hög elräkning och en stark önskan att ta kontroll över min egen energiframtid. Det

var en tid när solceller och batterilagring var på modet, men för mig handlade det om mer än bara att vara

ekologiskt medveten - det handlade om att skapa ett oberoende, ett off grid-system som skulle befria mig från

det konventionella elnätets bojor. Detta är historien om hur jag, från en blygsam start, utvecklade och

uppgraderade mitt off grid-system till något större och mer kraftfullt än jag någonsin hade föreställt mig.

Från de första stegen med en enkel 2 kW växelriktare och några solceller, till att bygga om begagnade batterier

från elbilar och skapa ett sofistikerat energilagringsnätverk, var varje steg en utmaning och en möjlighet att lära

sig mer. Jag ställdes inför beslut om batterityper, kopplingskonfigurationer och säkerhetsåtgärder, och jag

upptäckte de unika egenskaperna hos olika batterikemier. Det var en resa som krävde tekniskt kunnande,

kreativitet och beslutsamhet.

Denna berättelse utforskar mina erfarenheter, de tekniska utmaningar jag stötte på och de avgörande beslut

som formade mitt off grid-system. Från att ha försökt minimera min elräkning till att uppnå en verklig

självförsörjning och att maximera användningen av solenergi, har detta projekt varit en spännande resa genom

teknikens värld och ett steg mot en mer hållbar framtid. Häng med mig när jag delar med mig av insikterna,

misstagen och framgångarna i mitt off grid-äventyr.

2.1 Syfte

Syftet med detta arbete är att beskriva och dokumentera processen bakom utvecklingen och uppgraderingen av

ett off grid-system för energilagring och strömförsörjning. Arbetet syftar till att utforska olika tekniska aspekter

och beslut som fattades under projektets gång, inklusive valet av batterityper, kopplingskonfigurationer, och

säkerhetsåtgärder. Dessutom är syftet att förklara hur systemet utvecklades från en mindre installation till en

omfattande lösning som möjliggör självförsörjning och minskad beroende av elnätet.

Frågeställningar:

1. Vilka utmaningar och överväganden påverkade beslutet att uppgradera från ett ursprungligt 2 kW-

system till en mer omfattande lösning?

2. Hur valdes de olika batterityperna (till exempel Li-ion, Lifepo4, NMC) och vilka var deras specifika

fördelar och nackdelar i sammanhanget?

3. Hur påverkade övergången från blybatterier till litiumbatterier lagringskapaciteten och hanteringen av

energi under olika årstider?

4. Vilka var de tekniska och säkerhetsmässiga utmaningarna i samband med ombyggnaden och

installationen av begagnade battericeller från olika källor?

5. Hur användes växelriktare och MPPT-enheter för att optimera energilagring och användning i systemet?

6. Hur påverkade val av batterityp och kopplingskonfigurationer den totala lagringskapaciteten och

effektiviteten i off grid-systemet?

Syftet med detta arbete är att erbjuda insikter i utvecklingen av ett komplext off grid-energisystem och att dela

kunskap om de tekniska utmaningar och beslut som behövde hanteras för att nå önskad funktionalitet och

pålitlighet i systemet.

2.2 Metod

I mitt arbete kommer jag att använda mig av en mängd olika metoder och tekniker för att utforska och

dokumentera mitt off grid-energiprojekt på ett noggrant och strukturerat sätt. Här är några av de viktigaste

metoderna jag planerar att använda:

1. Teknisk Forskning och Planering: Mitt första steg kommer att vara att noggrant forska om olika

energisystemtekniker och batterityper. Jag kommer att granska olika litiumbatterikemier och analysera

deras fördelar och nackdelar. Dessutom kommer jag att studera solpaneler och växelriktare för att välja

de bästa komponenterna för mitt projekt.

2. Experiment och Prototypning: Innan jag går vidare med den slutliga installationen kommer jag att

genomföra experiment och bygga prototyper. Detta kommer att hjälpa mig att testa olika

konfigurationer och säkerställa att de valda komponenterna fungerar som förväntat. Jag kommer att

använda prototyperna för att samla in data och göra eventuella justeringar i systemdesignen.

3. Praktisk Installation: När jag har fastställt den mest effektiva och lämpliga designen för mitt

energisystem kommer jag att gå vidare med den praktiska installationen. Jag kommer att koppla

solpaneler, batterier, växelriktare och alla andra komponenter för att skapa en fungerande enhet.

4. Datainsamling och Mätning: Under hela projektets gång kommer jag att samla in data och göra

mätningar för att övervaka systemets prestanda och energiflöden. Jag kommer att använda dataloggrar

och elektriska mätinstrument för att registrera information om energiförbrukning, solinstrålning,

batteriladdning och urladdning samt andra relevanta parametrar.

5. Problemidentifiering och Felsökning: Om några problem uppstår i systemet kommer jag att använda mig

av felsökningsmetoder för att snabbt identifiera och lösa dem. Jag kommer att analysera data och

använda min tekniska expertis för att hitta och rätta till fel.

6. Utvärdering och Optimering: Jag kommer att kontinuerligt utvärdera systemets prestanda och

effektivitet och göra optimeringar när det är nödvändigt. Detta kan innebära justeringar av

batteriladdningsparametrar, ökad solpanelkapacitet eller ändringar i systemdesignen.

7. Kommer även utgå från elsäkerhetsverkets svar jag fick av dom gällande detta arbete:

” Reglerna för hur starkströmsanläggningar ska vara utförda utgår i huvudsak från föreskriften ELSÄK-

FS 2008:1. Eftersom föreskriften är en ramföreskrift finns det inga detaljer hur en starkströmsanläggning

skall utföras, istället hänvisar föreskriften till svensk standard för detaljer. Den standard som i första

hand används är SS 436 40 00 Elinstallationsreglerna. Om en anläggnings utförande helt eller delvis

avviker från svensk standard ska de bedömningar som ligger till grund dokumenteras.

I kapitel 55, elinstallationsreglerna finns detaljer hur en starkströmsanläggning ska utformas med tanke

på generatoraggregat, generatoraggregat omfattas bland annat av batterier och solceller. För vidare

tolkning av elinstallationsreglerna kontakta Svensk Elstandard”