PV-Wind Hybrid Systems for Swedish Locations

PV-Wind-Hybrid systems for stand-alone applications have the potential to be more cost efficient compared to PV-alone systems. The two energy sources can, to some extent, compensate each others minima. The combination of solar and wind should be especially favorable for locations at high latitudes such as Sweden with a very uneven distribution of solar radiation during the year. In this article PV-Wind-Hybrid systems have been studied for 11 locations in Sweden. These systems supply the household electricity for single family houses. The aim was to evaluate the system costs, the cost of energy generated by the PV-Wind-Hybrid systems, the effect of the load size and to what extent the combination of these two energy sources can reduce the costs compared to a PV-alone system. The study has been performed with the simulation tool HOMER developed by the National Renewable Energy Laboratory (NREL) for techno-economical feasibility studies of hybrid systems. The results from HOMER show that the net present costs (NPC) for a hybrid system designed for an annual load of 6000 kWh with a capacity shortage of 10% will vary between $48,000 and $87,000. Sizing the system for a load of 1800 kWh/year will give a NPC of $17,000 for the best and $33,000 for the worst location. PV-Wind-Hybrid systems are for all locations more cost effective compared to PV-alone systems. Using a Hybrid system is reducing the NPC for Borlänge by 36% and for Lund by 64%. The cost per kWh electricity varies between $1.4 for the worst location and $0.9 for the best location if a PV-Wind-Hybrid system is used.

Movements and mechanical stresses in gas-filled flat plate solar collectors

Sealed gas filled flat plate solar collectors will have stresses in the material since volume and pressure varies in the gas when the temperature changes. Several geometries were analyzed and it could be seen that it is possible reducing the stresses and improve the safety factor of the weakest point in the construction by using larger area and/or reducing the distance between glass and absorber and/or change width and height relationship so the tubes are getting longer. Further it could be shown that the safety factor won't always get improved with reinforcements. It is so because when an already strong part of the collector gets reinforced it will expose weaker parts for higher stresses. The finite element method was used for finding out the stresses.

Evaluation of a micro PV-Wind hybrid system in Nordic climate conditions

A one year data analysis for a micro PV-Wind hybrid system (0.52 kW + 1 kW), installed in Borlänge/Sweden is presented in this paper. The system performance was evaluated according the guidelines of the IEC 61724 standard. The parameters obtained allow a comparison with similar systems. The measurement data are also used to evaluate the sizing and operation of the hybrid system. In addition, the system was modelled in HOMER to study sizing options.

Decisions with Impact on Energy Reduction Opportunities : Swedish manufacturers and buyers of new single-family houses

This article discusses some of the complexities of human decision-making. It aims, in particular, at relating the nature of decision-making to the illusory dichotomies of change and stability, individual actions and cultural sharing. Serving as an illustration to the discussion of the article is ongoing fieldwork in contexts of buying, selling and constructing pre-fabricated detached houses in the central Sweden, and the very specific question of how decisions to install one kind of heating-system rather than another come about. A common reductionism is to narrow down the understanding of decisions about heating systems and energy consumption to conscious choices made by individual householders. I have asked myself whether, on the contrary, anyone actually makes such decisions at all. Perhaps some of these decisions are merely outcomes of interaction between different individuals with their respective responsibilities and focuses of interest.

Design of gas filled solar collectors

With a suitable gas filling used between cover glass and absorber in a flat plate solar collector, it is possible achieving better thermal performance at the same time as the distance betweenabsorber and glass can be reduced. Though, even if there is no vacuum inside the box, there will be potential risks for exhaustion due to stresses depending on the gas volume varies as the temperature varies. This study found out that it is possible build such a collector with less material in the absorber and the tubes and still getting better performance, without risks for exhaustion.

Energy Efficient Buildings with Functional Steel Cladding

The aim of the study is to develop a model for the energy balance of buildings that includes the effect from the radiation properties of interior and exterior surfaces of the building envelope. As a first step we have used ice arenas as case study objects to investigate the importance of interior low emissivity surfaces. Measurements have been done in two ice arenas in the north part of Sweden, one with lower and one with higher ceiling emissivity. The results show that the low emissivity ceiling gives a much lower radiation temperature interacting with the ice under similar conditions. The dynamic modelling of the roof in ice arenas shows a similar dependence of the roof-to-ice heat flux and the ceiling emissivity.A second part of the study focus on how to realise paints with very low thermal emissivity to be used on interior building surfaces.

Utvärdering av Träslottets ekologiska Kolonistuga i Arbrå

Kolonistugan med lott i Arbrå är ett utställningsobjekt, som har byggts för att visa möjligheter med ekologisk odling på kolonilotten. Kolonistugan består av en växthusdel och en stugdel inredd med kök. Stugan har försetts med ett solvärmesystem, som ger tappvarmvatten och med ett luftsolvärmesystem som lagrar överskottsenergi i marken under växthuset. I denna rapport utvärderas den värmetekniska funktionen hos luftsolvärmesystemet för växthuset och systemet för tappvarmvattenberedning. Arbetet har beställts av Konsumentverket. Målet med denna under­sökning är att utvärdera funktionen hos solvärmesystemen, samt att påvisa eventuella brister i konstruktionen. Omfattande mätningar av temperaturer, solinstrålning och luftflöden har utförts under sommaren och hösten -99.Luftsolvärmesystemets syfte är att förbättra växthusets odlingsklimat och att förlänga odlingssäsongen genom att dagtid ladda ett markvärmelager. Vid solsken startar en solcellsdriven fläkt och luft sugs från växthuset. På så sätt ventileras en del av överskottsvärmen bort från växthuset. Luften värms ytterligare, då den passerar genom en luftsolfångare. Därefter sugs luften ner genom kanaler i mellanväggen och vidare genom marken, där värmen avges. Luften släpps sedan ut utomhus igen.Luftsolvärmesystemet visade sig fungera enligt den tänkta principen och har viss förlängande effekt på odlingssäsongen, men systemet är underdimensionerat för att det skall ge ett påtagligt resultat. Största problemet vad beträffar funktionen är att frostskyddet under kalla nätter inte är tillräckligt effektivt. Systemet klarar endast av att upprätthålla en temperatur på ca 5 grader över utetemperaturen. Systemet är i dagsläget inte särskilt effektivt, men har goda möjligheter att bli bättre om systemet dimensioneras omsorgsfullt och kompletteras med ytterligare installationer. Värmelagrets värmeöverförande yta kan ökas, genom att man bygger en tung värmeackumulerande mellanvägg av stenmaterial. Ett aktivt frostskydd med återcirkulation av luften genom markvärmelager och växthus nattetid är en annan lösning. Om man minskar värmeförlusterna genom att t.ex. använda tvåglasfönster får luftsolvärmesystemet också större effekt.När systemet granskades i detalj upptäcktes en rad misstag, som försämrar systemets prestanda. Bland de största misstagen kan nämnas att stora temperaturförluster uppkommer när luften passerar genom mellanväggen på väg ner till markvärmelagret. Dessa förluster gör ingen nytta för att höja temperaturen i växthuset nattetid. Luftkanalerna i markvärmelagret har också förlagts på ett dumt sätt. Detta gör att värmeöverföringen mellan luften i kanalsystemet och marken försämras.Tappvarmvattensystemet är avsett att producera varmvatten för hushållsbehov under sommaren. Varmvattnet skall räcka enbart till disk, eftersom det inte finns någon duschmöjlighet i stugan. Varmvattnet samlas in med solfångare och lagras i en ackumulatortank på 90 liter. Varmvatten bereds i genomströmning vid en varmvattentappning.Insamlingen av solenergi fungerar bra och varmvattenproduktionen är god vid solig väderlek. Systemet samlar in energi motsvarande 45 liter varmvatten med en temperatur av 45ºC under en solig dag. Systemets förmåga att lagra energi från en solig dag till en mulen dag är däremot dålig, eftersom värmeförlusterna från ackumulatortanken är stora. Orsaken är att ackumulatortanken är mycket liten (endast 90 l), relativt dåligt isolerad och har köldbryggor. Om vatten används som lagringsmedium i ackumulatortanken, måste den tappas av varje höst, för att inte frostsprängningar skall uppstå. Avtappningen har visat sig vara svår för en lekman att utföra.

Grundläggande förutsättningar för solfångare med interna reflektorer : en kunskapsöversikt

Syftet med föreliggande rapport har varit att visa på de grundläggande egenskaperna för solfångare med interna reflektorer. Vidare tjänar rapporten syftet att ge en bild av dagsläget inom detta område och därigenom fungera som en utgångspunkt för forskning och utveckling kring solfångare med interna reflektorer för svenskt bruk. Arbetet har därför till stor del gått ut på att leta referenser genom tidskrifter och databaser.Den stora fördelen med CPC-solfångare, som är den klart dominerande typen av solfångare med interna reflektorer, består i dess låga värmeförluster, vilket gör dem attraktiva speciellt vid högre driftstemperaturer. De optiska egenskaperna hos olika typer av CPC-solfångare har grundligt studerats sedan mitten av 70-talet, medan studier av värmeförluster varit mer begränsad. Idag har forskningen och intresset för CPC-solfångare mattats av något, men fortsatt forskning pågår t ex i ett flertal länder, t ex USA, Israel, NordIrland och Japan. Endast en kommersiell tillverkare av CPC-solfångare har hittats (Portugal), vilken dock upphört p g a yttre ekonomiska faktorer. Japans CPC-teknologi anses stå närmast kommersiellt genombrott.Idag har utvecklingen av CPC-solfångare inriktats mot i huvudsak två koncept:1. Stationära lågkoncentrerande CPC-solfångare för produktion av värme i området 60-100 grader C. Dessa konstruktioner är ofta enkla och man försöker minimera kostnaderna för dessa konstruktioner genom att minimera behovet av t ex reflektorer och isolering. Syftet med dessa är att konkurera med plana solfångare vilka producerar värme i samma temperaturintervall. Typiska solfångarparametrar 5 som rapporteras för denna typ är UL < 3.0 W/m2 ,°C och n0 = 0.65-0.75.2. Stationära lågkoncentrerande CPC-solfångare för produktion av värme i området 100-300 grader C. Ofta bygger dessa på olika teknik för evakuering av absorbatorn, antingen genom att omsluta cirkulära absorbatorer med glasrör eller genom att införa CPC-reflektorer i heatpipes. Syftet med dessa är ofta att på ett billigt sätt producera högtemperaturvärme för olika industriprocesser, och därmed konkurera med koncentrerande solfångare typ paraboliska tråg eller traditionella heat-pipes.Beräkningar av vad en Svensk CPC-solfångare, baserad på de plana absorbatorer som finns på marknaden idag, kan prestera visar att årsutbytet av energi är jämförbart med de bästa svenska plana solfångaren som finns på marknaden idag då driftstemperaturen är ca 60-65 °C. För högre driftstemperaturer ökar skillnaden till CPC-solfångarens fördel. Vidare visas att årsutbytet har en jämnare fördelning över året jämfört, med vad en plan solfångare med samma prestanda har. Den högre prestandan vid höga driftstemperaturer och den jämnare fördelningen av energiproduktion över året gör solfångare med CPC-reflektorer intressanta för större solfångarfält, kopplade till nät med höga returtemperaturer och/eller solvärmesystem med säsongslager.Det är dock brist på undersökningar av värmeförluster i CPC-solfångare med låga koncentrationer och med plana absorbatorer, vilket är av intresse ifall de svenska erfarenheterna av plana solfångare skall tas tillvara. Potentialen med ytterligare reduktion av värmeförlusterna genom att införa extra konvektionshinder i kombination med plan absorbator har inte heller undersökts tillräckligt.

Competitive Solar Heating Systems for Residential Buildings (REBUS)

Research on solar combisystems for the Nordic and Baltic countries have been carriedout. The aim was to develop competitive solar combisystems which are attractive tobuyers and to educate experts in the solar heating field.The participants of the projects were the universities: Technical University of Denmark,Dalarna University, University of Oslo, Riga Technical University and Lund Institute ofTechnology, as well as the companies: Metro Therm A/S (Denmark), Velux A/S(Denmark), Solentek AB (Sweden), SolarNor (Norway) and SIA Grandeg (Latvia).The project included education, research, development and demonstration. Theactivities started in 2003 and were finished by the end of 2006. A number of Ph.D.studies in Denmark, Sweden and Latvia, and a post-doc. study in Norway were carriedout. Close cooperation between the researchers and the industry partners ensured thatthe results of the projects can be utilized. The industry partners will soon be able tobring the developed systems into the market.In Denmark and Norway the research and development focused on solarheating/natural gas systems, and in Sweden and Latvia the focus was on solarheating/pellet systems. Additionally, Lund Institute of Technology and University ofOslo studied solar collectors of various types being integrated into the building.

Solar thermal components adapted to common building standards (SCAS)

Pilot versions of a solar heating/natural gas burner system, of a solar heating/pellet burner system and of a façade/roof integrated polymeric collector have been installed in the summer of 2006 in a number of demonstration houses in Denmark, Sweden and Norway.These three new products have been evaluated by means of measurements of the thermal performance and energy savings of the pilot systems in practice and by means of a commercial evaluation.The conclusion of the evaluations is that the products are attractive for the industry partners METRO THERM A/S, Solentek and SOLARNOR. It is expected that the companies will bring the products into the market in 2007.Further, the results of the project have been presented atinternational and national congresses and seminars for the solar heating branch. The congresses and seminars attracted a lot of interested participants.Furthermore, the project results have been published in international congress papers as well as in national journals in the energy field.Consequently, the Nordic solar heating industry will benefit from the project.

Mätning och utvärdering av PM brännaren

The PM-brännaren (pellets burner) have on commission by the company been measured and evaluated in the combustion laboratory of SERC. The objective was to measure the perform-ance and the emissions of CO and NO for three different combustion powers and for start and stop conditions. The burner have been mounted in the Bionett-boiler from Ariterm and been adjusted by the company. The boiler has been connected to a buffer store that admits firing during long period with constant inlet temperature to the boiler. The measurements have been performed by operating the boiler on constant power until stationary conditions are reached. Thereafter the following two hours of operation have been evaluated. The results show that the burner fulfils the limit values for Blauer Engel labelling and the proposed limit values for Nordic Eco labelling. The measured concentration of NO is far below all organisations limit values for NOx. Concerning the start and stop emissions there are no demands from organisa-tions to compare with, but comparing with other boilers measured at SERC, the CO emissions from PM-brännaren is in the same order of magnitude.