Facades and solar parking yield estimation at Ultrecht University

Abstract

Solar energy born as one of the ways to produce energy using renewable resources (like wind, biomass, hydraulic, geothermal and wave energies). The solar energy is divided into three types: thermal, that generates heat (which can be used to produce energy), photovoltaic that only produces electricity and PVT, a hybrid way to generate heat and produce electricity. Photovoltaic (PV) technologies have several uses such as lighting, satellites, solar home systems, pumping, etc. This work pretends to estimate the potential of usage of solar cells and the yield potential at De Uithof campus located in Utrecht, Netherlands. Building attached photovoltaic (BAPV), solar parking lot and charging electric vehicles (EV) were the chosen uses of solar energy for this project. The work method is divided into four parts, firstly a 2D part that was done on ArcGIS software to create the shapefile with the buildings and solar parking information of the incoming radiation for the entire year in Wh/m2. Secondly, the 3D works on AutoCAD, Autodesk FBX Converter and PVsyst to create the 3D plant and to import the shading scene construction, to install the solar modules on the roofs, facades and solar parking lot. The third part is to choose the charging mode 3 combined with connector type 2 that full charge the Tesla model 3 (which has a battery of 50 kWh) in around five hours (charging 11kW per hour). The fourth part details the input data and calculate the economic viability considering the total cost of initial investment and operation/maintenance costs. Two tests were used to compare different options, VC0 (35.175 kWp) with the solar modules facing south and VC1 (50.796 kWp) on the west-east plus south direction. The chosen PV module was the LG 340 N1C-A5 by LG Electronics and the inverter was the AGILO 100.0-3 Outdoor by Fronius International because they are commercially available equipments. The VC0 has a system production of 27.229 MWh/year and the VC1, 35.285 MWh/year, both are feasible economically because they have the NPV greater than zero, being €68 million for VC0 and €83 million for VC1. In addition, the Payback is much lower than 25 years (lifetime of photovoltaic panels), being 7,69 years and 7,03 years, respectively for VC0 and VC1. Furthermore, the LCOE of the VC0 is 0.058 €/kWh, and for VC1, 0,064 €/kWh; RESUMO: A energia solar surgiu como uma das diversas maneiras para produzir energia elétrica utilizando recursos renováveis (como a energia eólica, biomassa, hidráulica, geotérmica e das ondas). A energia solar é dividida em três tipos: térmica, que gera calor (que também pode ser usado para produzir energia), fotovoltaica que somente produz eletricidade e PVT, maneira híbrida de gerar calor e produzir eletricidade. Tecnologia fotovoltaica tem diversos usos como iluminação, satélite, sistemas solares residenciais, bombeamento, entre outros. Este trabalho pretende estimar o potencial do uso de células solares e a potência anual no campus De Uithof que se localiza em Utrecht, Países Baixos. Building attached photovoltaic (BAPV), estacionamento solar e carregamento de veículos elétricos (EV) foram os usos da energia escolhidos para este projeto. O método do trabalho se divide em quarto partes, primeiramente a parte 2D que foi feita no software ArcGIS para criar shapefile com as informações da radiação que chega aos prédios e estacionamento durante todo o ano em Wh/m2. Segundamente, o 3D feito no AutoCAD, Autodesk FBX Converter e PVsyst para criar a planta 3D e importar no Shading scene construction, instalar os módulos solares nos telhados, fachadas e estacionamento solar. A terceira parte foi escolher o modo de carregamento 3 combinado com o conector 2 que carrega completamente o Tesla model 3 (possuindo bateria de 50 kWh) em aproximadamente em cinco horas (carregando 11 kW por hora). A quarta parte detalha os dados de entrada e calcula a viabilidade econômica considerando o custo total de investimento e custos de operação/manutenção. Dois testes foram feitos de modo a compará-los, VC0 (35.175 kWp) com os módulos solares virados para sul e VC1 (50.796 kWp) nas direções este-oeste e direção sul. O painel escolhido foi o LG 340 N1C-A5 da LG Electronics e o inversor AGILO 100.0-3 Outdoor da Fronius International porque são equipamentos comerciais. A produção do VC0 é de 27.229 MWh/ano e o VC1, 36.614 MWh/ano, os dois são economicamente viáveis porque possuem o VPL (NPV) maior que zero, sendo €68 millhões para o VC0 e €83 para o VC1. Adicionalmente, o Payback possui um valor bem abaixo de 25 anos (ciclo de vida dos paineis fotovoltaicos), sendo 7,69 anos e 7,03, respe.