Thermal Performance of a Solarus CPC-Thermal Collector

The  aim  of  this  master  thesis  is  an  investigation  of  the  thermal  performance  of  a  thermal compound parabolic concentrating (CPC) collector from Solarus. The collector consists of two troughs with absorbers which are coated with different types of paint with  unknown  properties.  The  lower  and  upper  trough  of  the  collector  have  been  tested individually. In  order  to  accomplish  the  performance  of  the  two  collectors,  a  thorough  literature  study  in  the  fields  of  CPC  technology,  various  test  methods,  test  standards  for  solar thermal  collectors  as  well  as  the  latest  articles  relating  on  the  subject  were  carried  out. In addition, the set‐up of the thermal test rig was part of the thesis as well. The thermal  performance  was  tested  according  to  the  steady  state  test  method  as  described in the European standard 12975‐2. Furthermore, the thermal performance of  a  conventional  flat  plate  collector  was  carried  out  for  verification  of  the  test  method. The  CPC‐Thermal  collector  from  Solarus  was  tested  in  2013  and  the  results  showed  four  times  higher  values  of  the  heat  loss  coefficient  UL (8.4  W/m²K)  than  what  has been reported for a commercial collector from Solarus. This value was assumed to be too large and it was assumed that the large value was a result of the test method used that time. Therefore, another aim was the comparison of the results achieved in this work with the results from the tests performed in 2013. The results of the thermal performance showed that the optical efficiency of the lower trough of the CPC‐T collector is 77±5% and the corresponding heat loss coefficient UL 4.84±0.20  W/m²K.  The  upper  trough  achieved  an  optical  efficiency  of  75±6  %  and  a  heat loss coefficient UL of 6.45±0.27 W/m²K. The results of the heat loss coefficients  are  valid  for  temperature  intervals  between  20°C  and  80°C.  The  different  absorber paintings have a significant impact on the results, the lower trough performs overall better.  The  results  achieved  in  this  thesis  show  lower  heat  loss  coefficients UL and higher optical efficiencies compared to the results from 2013. 

Marknadspotential för sol- och biovärmesystem

I denna rapport analyseras marknaden för kombinerade sol- och pelletsystem, med fokus påsmåhus. Syftet är att presentera antalet objekt inom olika kategorier av hus och värmesystemsom kan vara intressanta för konvertering till bio-sol system samt att ge en uppskattning avårliga uppvärmningsbehov inom respektive kategori. Energistatistik från Statistiska centralbyrån (SCB) har använts i kombination med tidigarestudier av byggnadsbestånd och byggnadsutformning. Dessutom har information inhämtatsfrån olika branschorganisationer. Från föreliggande genomgång står det klart att den största potentialen för bio-sol systemfinns på villamarknaden både för helt nya system och för kompletteringar till befintliga system.År 2006 fanns det 775 000 småhus med vattenburen värme varav ca 183 000 hade vattenburenel. Uppskattningsvis fanns 109 000 småhus med både vattenburen el och lokaleldstadför biobränsle och ca 118 000 hus bedöms ha haft möjlighet till oljeeldning (dennagrupp har troligtvis minskat ytterligare efter 2006). Bland de elvärmda husen finns också ca102 000 småhus med frånluftvärmepumpar eller luft/vattenvärmepumpar. 365 000 av husenhade en biobränslepanna. Därtill kommer 504 000 hus med direktelvärme, varav ca 292 000med lokaleldstad. Medelförbrukningen för uppvärmning och varmvatten för hus som enbart värms med olja ärca 27 MWh/år, medan motsvarande värde för småhus med vattenburen el är ca 15 MWh/år.Småhusen med direktel använder ca 12 MWh/år för uppvärmning och varmvatten. Det betyderatt ekonomin blir betydligt sämre vid konvertering av elvärmda hus jämfört med oljekonvertering,eftersom energibehovet är lägre samt att installationskostnaden kan vara högre.En uppskattning av antalet komponenter som inom 10 år kan komma att installeras i dessahus är 213 000 solfångare, 108 000 ackumulatortankar, 106 000 skorstenar, 84 000 luftburnapelletkaminer och varmvattenberedare, 40 000 vattenmantlade kaminer och 28 000 pannrumspannor.Dessutom tillkommer en utbytesmarknad, kanske speciellt bland husen medbiobränslepanna, där gamla pannor byts ut eller äldre människor som tidigare orkat elda medved till slut byter till pelleteldning. Av nybyggda villor uppvärms ca 30 % med el i kombination med biobränsle (troligtvis lokaleldstad)och ungefär lika stor andel värms med enbart vattenburen el (antagligen oftakompletterat med frånluftvärmepump). Det borde vara av intresse att redan vid nybyggnationenfå in integrerade solfångare och pelleteldning i större utsträckning i nya hus och det kanbli lättare efter att byggreglerna ändras den 1:a januari 2010 med en skärpning av kraven förnybyggda hus som använder el för uppvärmning, alltså även el till värmepumpar. Potentialen för bio-solsystem till flerbostadshus och lokaler är begränsad då 86 % av flerbostadshusenoch nära 70 % av lokalerna värms med fjärrvärme. Det fanns år 2006 ca 6200lokaler med oljeeldning, 4600 lokaler med vattenburen elvärme och 5700 lokaler med direktverkandeelvärme. I lokalerna som redovisas av SCB ingår inte tillverkande industri. Förlägenheter i flerbostadshus gäller att ca 42 000 lägenheter värms med enbart olja, 44 000lägenheter med olja och värmepump, 48 000 lägenheter använder direktel och 31 000 lägenhetervattenburen el.

Marknadspotential för bio- och solvärmesystem

I denna rapport analyseras marknaden för kombinerade sol- och pelletsystem, medfokus på småhus. Syftet är att presentera antalet objekt inom olika kategorier av husoch värmesystem som kan vara intressanta för konvertering till bio-sol system samtatt ge en uppskattning av årliga uppvärmningsbehov inom respektive kategori. Energistatistik från Statistiska centralbyrån (SCB) har använts i kombination medtidigare studier av byggnadsbestånd och byggnadsutformning. Dessutom harinformation inhämtats från olika branschorganisationer. Från föreliggande genomgång står det klart att den största potentialen för bio-solsystem finns på villamarknaden både för helt nya system och för kompletteringar tillbefintliga system. År 2006 fanns det 775 000 småhus med vattenburen värme varav ca183 000 hade vattenburen el. Uppskattningsvis fanns 109 000 småhus med bådevattenburen el och lokaleldstad för biobränsle och ca 118 000 hus bedöms ha haftmöjlighet till oljeeldning (denna grupp har troligtvis minskat ytterligare efter 2006).Bland de elvärmda husen finns också ca 102 000 småhus med frånluftvärmepumpareller luft/vattenvärmepumpar. 365 000 av husen hade en biobränslepanna. Därtillkommer 504 000 hus med direktelvärme, varav ca 292 000 med lokaleldstad. Medelförbrukningen för uppvärmning och varmvatten för hus som enbart värms medolja är ca 27 MWh/år, medan motsvarande värde för småhus med vattenburen el är ca15 MWh/år. Småhusen med direktel använder ca 12 MWh/år för uppvärmning ochvarmvatten. Det betyder att ekonomin blir betydligt sämre vid konvertering avelvärmda hus jämfört med oljekonvertering, eftersom energibehovet är lägre samt attinstallationskostnaden kan vara högre. En uppskattning av antalet komponenter som inom 10 år kan komma att installeras idessa hus är 213 000 solfångare, 108 000 ackumulatortankar, 106 000 skorstenar,84 000 luftburna pelletkaminer och varmvattenberedare, 40 000 vattenmantladekaminer och 28 000 pannrumspannor. Dessutom tillkommer en utbytesmarknad,kanske speciellt bland husen med biobränslepanna, där gamla pannor byts ut elleräldre människor som tidigare orkat elda med ved till slut byter till pelleteldning. Av nybyggda villor uppvärms ca 30 % med el i kombination med biobränsle(troligtvis lokaleldstad) och ungefär lika stor andel värms med enbart vattenburen el(antagligen ofta kompletterat med frånluftvärmepump). Det borde vara av intresse attredan vid nybyggnationen få in integrerade solfångare och pelleteldning i störreutsträckning i nya hus och det kan bli lättare efter att byggreglerna ändras den 1:ajanuari 2010 med en skärpning av kraven för nybyggda hus som använder el föruppvärmning, alltså även el till värmepumpar. Potentialen för bio-solsystem till flerbostadshus och lokaler är begränsad då 86 % avflerbostadshusen och nära 70 % av lokalerna värms med fjärrvärme. Det fanns år2006 ca 6200 lokaler med oljeeldning, 4600 lokaler med vattenburen elvärme och5700 lokaler med direktverkande elvärme. I lokalerna som redovisas av SCB ingårinte tillverkande industri. För lägenheter i flerbostadshus gäller att ca 42 000lägenheter värms med enbart olja, 44 000 lägenheter med olja och värmepump,48 000 lägenheter använder direktel och 31 000 lägenheter vattenburen el.