Vi står på taket av Isola sitt hovedkontor på Eidanger i Porsgrunn. Her har det norske familiekonsernet med 80 års historie produsert asfaltprodukter som takbelegg, shingel og veggpapp siden 1967, men nå vil de også produsere energi.
På taket har de installert 60 stykk 2 kvadratmeter store solcellepaneler som står i egenutviklede stativer løftet opp i 37 graders vinkel. Panelene er bifacial, eller tosidige, som betyr at de henter energi fra sollys som treffer både forsiden og baksiden av panelene. For å øke effekten av dette, har de utviklet en spesiell asfalt-takmembran i lys farge for å reflektere sollyset bedre. Strømmen panelene produserer er koblet til et eget energisystem, hvor de både kan mate strøm inn i fabrikken og lagre den i batterier. Kort fortalt er det kombinasjonen av alt dette som gjennom et forskningsprosjekt i samarbeid med nystartede TGN Energy, Institutt for energiteknikk (IFE), Sintef og kinesiske Talesun Energy skal bli et nytt forretningsområde for Isola. Prosjektet er støttet av Innovasjon Norge.
– Vi kommer fra en veldig konservativ bransje hvor produktene vi leverer varer i 20-40 år, men vi er nødt til å henge med og utvikle oss når det stadig kommer strengere krav til energieffektivitet og lavere energiforbruk. Vi har kunnskap om bygg, men når vi skal levere energiproduserende tak og kombinere byggsystemer med energi- og solteknologi, er vi helt avhengige av å ha med oss kompetente partnere fra disse bransjene, sier Jørgen Young, leder for innovasjon i Isola.
Samarbeid med Kina
Det hele startet med at Isola sammen med IFE søkte om å få støtte til et bifacial-solcellesystem gjennom Innovasjon Norges samarbeid med Jiangsu Science & Technology i Kina i fjor vår.
– Jiangsu er den nest største provinsen i Kina. De har lokalt styre, og er med i et industrielt samarbeid hvor målet er å skape samarbeidsprosjekter mellom norske og kinesiske bedrifter som kan løse miljøutfordringene Kina står overfor, forklarer Junjie Zhu, som er forsker 1 på solenergi ved IFE, og har fungert som et avgjørende mellomledd mellom Isola og deres samarbeidspartner i Jiangsu-provinsen: solcelleprodusenten Talesun Energy. Samarbeidet betyr at de norske bedriftene får støtte fra miljøteknologiordningen, mens den kinesiske samarbeidspartnerens forskning blir finansiert av Jiangsu Science & Technology.
Samtidig satte IFE Isola i kontakt med gründerne Tommy Bønsnæs og Fredrik Andersson i TGN Energy.
– Vi var bare en powerpoint-presentasjon da vi møtte IFE. Vi presenterte våre tanker om et energistyringssystem med peak shaving, batterilagring, en programvare og et konsept vi mente var ganske enkelt for at industrien skulle kunne produsere, lagre og bruke sin egen strøm uten å måtte være plusskunder hos nettselskapene. De inviterte oss med ned hit for å møte Jørgen, som sa «Så spennende, men her bygger vi fullskala piloter ved en gang!» Da tenkte jo vi at det bare var å glemme, for det hadde vi ikke råd til, men så sa han at vi bare skulle bygge, og at Isola betalte! Da bygget Fredrik og jeg hele kontaineren med systemet vårt på fritiden, leverte det i desember, og startet produksjonen i januar, sier leder Tommy Bønsnæs i TGN Energy.
– Det å tegne på papiret er greit, men min erfaring gjennom mange år er at du faktisk må bygge 1:1 for at innovasjonene skal komme. Det er da du ser hvor forbedringspotensialet er, og hvilke parametre som må endres for å få et fungerende system i fullskala. Det er fantastisk moro å jobbe sånn, sier Isolas Jørgen Young engasjert. Det tok ikke lang tid før de valgte å investere kapital i TGN Energy. Nå eier de 10 prosent av selskapet.
God start
Pilotanlegget startet produksjonen 15. januar. De 60 panelene på 380 watt med en systemkapasitet på 22,8 kiloWatt-peak (kWp) hadde stipulert produksjon på 28 MWh årlig. Det ligger de an til å slå med god margin. Så langt har de på det meste produsert 209,56 kWh på en dag – og 450 W fra ett panel. Per 18. august hadde de produsert 24,13 MWh. 10. august gikk produksjonen over den magiske grensen på 1 kWh/Wp, og de forventer å nå 1,25 kWh/Wp før året er omme. Normalt ender årsproduksjonen fra solcelleanlegg i Norge på mellom 0,8 og 1 kWh/Wp.
– Det er ganske formidabelt når vi ser på hva som var forventet, sier Young. Årsakene må forklares tilbake til de mange elementene i dette forskningsprosjektet, hvor det første er valget av bifacial solceller.
– Fordelen med bifacial er at de gir mye høyere effekt, fordi de får energi både fra direkte sollys fra begge sider og refleksjon fra underlaget og omgivelsene. Her ser vi at morgensolen kommer inn og treffer baksiden av panelene. Det hadde ikke vært mulig med vanlige top-hat-systemer som ligger på taket i 10 graders vinkel og bare kan bruke solen som treffer fronten. Ved å bruke tosidige paneler reist opp i 37 graders vinkel får vi med oss all stråling fra solen står opp til den går ned, sier Zhu.
I det første pilotanlegget står panelene i stålstativer Isola har utviklet selv, med en modifisert standardfot for taksikring som innfesting. Sintef har stått for dimensjoneringskriteriene, for når panelene er hevet såpass mye over taket må de tåle mye høyere vindlaster enn tradisjonelle løsninger. I høst kommer generasjon 2 både av innfestingsfot og stativ, da i aluminium.
Dette pulveret kan bli milliardindustri
Albedo som nysnø
Det andre avgjørende elementet er selvfølgelig den spesielle takmembranen. I pilotanlegget tester de to ulike membraner, som begge er hvite med reflekterende granulat. Det er fordi refleksjonsevnen fra underlaget – det som på fagspråket heter albedo – har enormt mye å si for bifacial-panelenes produksjon. Mørk membran har albedo på 10 som betyr at 10% av innfallende lys blir reflektert tilbake. Det er samme albedo som mørk, våt jord. For de hvite membranene Isola har produsert er albedoen mye høyere – på nivå med snø, forklarer Sean Erik Foss, som er avdelingsleder solenergi ved IFE:
Membranens albedo er veldig bra. Det er nesten som om vi har nysnø hver dag hele året.
Sean Erik Foss, avdelingsleder solenergi, IFE
– Når vi startet beregningene for å designe solsystemet var vi litt konservative og la inn en albedo på 60. Altså at 60 prosent av lyset som treffer membranen går tilbake til panelet. Vi ser konsekvent at systemet produserer betydelig mer enn det. Nøyaktig hvorfor skal vi finne ut etter hvert, men det tyder i alle fall på at membranens albedo er veldig bra. Det er nesten som om vi har nysnø hver dag hele året, sier Foss.
Ved en albedo på 60 fra membranen var det forventet at bifacial-anlegget ville produsere 20 prosent mer enn et vanlig top-hat-system. Siden tallene så tydelig viser at de er langt over det, har de gjort simuleringer med økt albedo som viser at de kan ligge rundt 40 prosent høyere i produksjon enn standard top-hat-system på industritak.
– Vi er nødt til å gå dypere inn i disse tallene og finne ut hvorfor det er slik og hva som gir effekten. Samtidig har vi mulighet til å gå gjennom mange forskjellige varianter av membranene i lab og si hva vi forventer av produksjon i praksis i felt. Det gjør at vi kan utvikle membranen ganske kjapt mot noe som bør være optimalt. Foreløpig er det vi vet sikkert at systemet yter mye bedre enn forventet, og det vi forventet var allerede veldig bra. Faktisk kan vi si at dette ser ut til å være de best produserende panelene i Norge, sier Foss.
Lab i konteiner
Alt som produseres på taket i Porsgrunn, foredles i Isolas energi-lab. I praksis er labben på pilotstadiet en tilsynelatende standard, hvitmalt godskonteiner. På innsiden skjuler den imidlertid selve hjernen i TGN Energys kraftsystem OrcaGrid.
– Fredrik er sivilingeniør og jeg er jurist, så vi er ikke så opptatt av design noen av oss. Men vi er opptatt av funksjon, og dette er et veldig funksjonelt system vi har bygget utelukkende av tilgjengelige industrikomponenter. Det er bare satt sammen veldig smart, med en programvare Fredrik har utviklet som er selve hjertet i systemet, sier Tommy Bønsnæs.
Teknisk sjef Fredrik Andersson viser oss rundt inne i konteineren. Det er her DC-strømmen fra solcelleanlegget på taket kommer inn og omgjøres til AC-strøm via en toveis Q4-inverter, slik at strømmen kan brukes inne i Isola-fabrikken. Det de ikke trenger i produksjonen, lagres i brukte Nissan Leaf battericeller, som per i dag er koblet sammen til et 800 volts batteri. Både kapasiteten til inverteren og batteriet kan oppskaleres etter behov, og 12. august oppgraderte de solinverteren i pilotanlegget fra 25 til 27,6 kW, siden de allerede produserer mer enn den gamle tålte.
Kraftkrevende
– Funksjonalitetene vi har i dag er peak-shaving, reduksjon av reaktiv effekt, faseutjevning og nødstrøm. Vi kan snu inverteren mellom lading og utlading helt sømløst, og vi kan koble oss til internett og lese av morgendagens strømpriser via Nord Pool for å optimalisere bruken av batteri, eller planlegge neste dags solcelleproduksjon ved å koble oss til Yr. Strømmen fra kraftselskapene går aldri gjennom vårt nett hvis vi ikke trenger det, og akkurat nå henter vi bare strøm fra nettet til å lade batteriene, sier Bønsnæs.
TGN Energys kontrollsystem har et brukervennlig dashboard som gjør at Isola kan følge med på all produksjon, forbruk og hvor de henter strøm fra i sanntid på mobilen, men ved et hypotetisk bortfall av all strømleveranse i dag produserer ikke pilotsystemet mer enn at det kan drifte Isola i et kort øyeblikk.
– Vi har et forbruk på 11 gigawatt timer årlig. Det er store tanker og kar med bitumen som skal holdes varm, og et enormt maskineri som skal kjøres under produksjon som gir oss ekstreme peaker i forbruket. På det meste betaler vi 50 kroner per kilowatt, og da er det klart at det for oss som all annen kraftkrevende industri er viktig å bli kvitt det høyforbruksnivået. Forskningsprosjekter som dette er derfor veldig interessante for oss. Vi har potensial for å tjene en halv million årlig med et riktig dimensjonert anlegg, sier innovasjonsleder i Isola, Jørgen Young.
– Setter nye rekorder hver uke
Fredrik Andersson i TGN Energy bekrefter at det er mulig å oppskalere både solcelleanlegg, inverter og batterilager til Isolas behov.
– Det er bevist at både solsystemet og kraftsystemet har en produksjon vi kan være veldig stolte av allerede. Kombinert gir det utrolige synergier. Etter et halvt års drift slår vi fortsatt rekorder hver uke, og jeg mener kombinasjonen av smarte mennesker, membraner, materialer og paneler som yter helt sykt mye gjør at vi vil klare å kommersialisere det her, sier han.
Jørgen Young er opptatt av å understreke at dette fortsatt er et forskningsprosjekt, men klarer ikke la være å la seg rive med:
– Vår intensjon er å lage et produkt for industrien som ikke bare er nok et solcellealternativ, men et komplett energisystem for alt fra kjøpesentre til fabrikker. Nå starter vi opp med flere pilotanlegg i høst, og målet er kommersialisering i løpet av 2021. Da skal vi kunne tilby full pakke, sier han.
