Energy Efficiency through Thermal Energy Storage - Evaluation of the Possibilities for the Swedish Building Stock, Phase 1

As a first step in assessing the potential of thermal energy storage in Swedish buildings, the current situation of the Swedish building stock and different storage methods are discussed in this paper. Overall, many buildings are from the 1960’s or earlier having a relatively high energy demand, creating opportunities for large energy savings. The major means of heating are electricity for detached houses and district heating for multi dwelling houses and premises. Cooling needs are relatively low but steadily increasing, emphasizing the need to consider energy storage for both heat and cold. The thermal mass of a building is important for passive storage of thermal energy but this has not been considered much when constructing buildings in Sweden. Instead, common ways of storing thermal energy in Swedish buildings today is in water storage tanks or in the ground using boreholes, while latent thermal energy storage is still very uncommon.

Evaluation of a high temperature solar thermal seasonal borehole storage

A solar thermal system with seasonal borehole storage for heating of a residential area in Anneberg, Sweden, approximately 10 km north of Stockholm, has been in operation since late 2002. Originally, the project was part of the EU THERMIE project “Large-scale Solar Heating Systems for Housing Developments” (REB/0061/97) and was the first solar heating plant in Europe with borehole storage in rock not utilizing a heat pump. Earlier evaluations of the system show lower performance than the preliminary simulation study, with residents complaining of a high use of electricity for domestic hot water (DHW) preparation and auxiliary heating. One explanation mentioned in the earlier evaluations is that the borehole storage had not yet reached “steady state” temperatures at the time of evaluation. Many years have passed since then and this paper presents results from a new evaluation. The main aim of this work is to evaluate the current performance of the system based on several key figures, as well as on system function based on available measurement data. The analysis show that though the borehole storage now has reached a quasi-steady state and operates as intended, the auxiliary electricity consumption is much higher than the original design values largely due to high losses in the distribution network, higher heat loads as well as lower solar gains.

Energieffektivisering i småhus i Dalarna

En undersökning av byggnadsbeståndet i landet visar att permanentbodda småhus står för 70 % av det totala antalet byggnader, eller 54 % av den totala byggnadsarean. Inkluderas även fritidshus är siffran uppe i 92 % sett till antalet byggnader och det är tydligt att energieffektivisering i våra småhus spelar en nyckelroll i möjligheterna att nå uppsatta mål för minskad energianvändning i byggnadssektorn. Dalarna är ett län med en större andel småhus än genomsnittet för hela landet, med en stor mängd småhus byggda fram till 1960, samt mellan 1971-1980. Några anledningar att fokusera energieffektiviseringsarbete på småhusen byggda mellan 1971-1980 är dels att det är den åldersgrupp som innefattar näst flest hus (näst efter småhus uppförda fram till 1940) och dels att dessa småhus är tillräckligt nya för att innehålla många orenoverade objekt. Åldersspannet är även relativt snävt (endast 10 år) vilket innebär att byggtekniken som använts i dessa hus troligtvis är relativt lika. Å andra sidan förbrukar de äldre småhusen betydligt mer energi (köpt energi per m2) vilket är en anledning att titta även på äldre hus då potentialen för minskad energianvändning kan vara högre trots att de kanske redan är renoverade i en större utsträckning.

Bikesharing i Ludvika : ett initiativ från Idéteknik, Anders Dahlberg

Med tre stora expansioner inom näringslivet, ABB, Spendrups och gruvdrift under Väsman, står Ludvika inför omfattande förändringar. De nya arbetstillfällena väntas dra med sig ökad trafik genom inpendling. För att avlasta befintliga flaskhalsar samt för att öka attraktionsvärdet på Ludvika för inflyttande och turister har därför denna förstudie kring möjligheterna för utveckling av ett lånecykelsystem, LCS, gjorts. Det visar sig att Ludvika, med omnejd, har goda förutsättningar för att kunna utveckla ett eget LCS och exportera detta på en kraftigt växande marknad. Detta kräver dock innovation och nytänkande då det redan finns starka konkurrenter som erbjuder standardiserade system. Att endast köpa in ett LCS till Ludvika är knappast intressant då staden är i minsta laget för att det ska bli lönsamt. Däremot kan det vara intressant att stödja utvecklingen av ett dalaproducerat system då detta kan ge synergier t.ex. inom ökad användning av RFID-teknik i regionen samt en grön image till Ludvika och de aktörer som knyts till systemet.

Vägar och irrvägar till energieffektivisering : vägvalet är politiskt

Rapporten är en litteraturstudie som lyfter vikten av ett systemperspektiv på energianvändningen och diskuterar samhällets mål och medel utifrån detta perspektiv. För att väga in de olika effekter som en förändrad energianvändning innebär måste olika bedömningar göras. Vi konstaterar att det finns stora osäkerheter i detta, men att det viktigaste inte är att finna en exakt värdering av de olika energikällorna. Istället bör fokus ligga på att, ur ett systemperspektiv, fastställa och implementera en värdering av de olika energikällorna samt låta denna värdering vara konsekvent tvärs över alla sektorer. Det viktiga är alltså inte den exakta fördelningen mellan kol- och gas på marginalen i Danmark och Tyskland i framtiden, utan att vi överhuvudtaget antar ett systemperspektiv och ser till hur förändringar i vår konsumtion påverkar energisystemet som helhet. EU har valt att fokusera på primärenergi när det gäller mål för energieffektivisering, eftersom man inte vill reducera den nytta som energianvändningen skapar i användarledet, utan snarare vill minska slöseriet på väg till slutanvändning. Vi har i Sverige valt liknande mål för energieffektivisering, men ännu inte lyckats implementera några styrmedel som genomsyras av ett system- eller primärenergiperspektiv. Vi har i båda de exempel som vi tar upp lyckats identifiera spår av systemtänkande, som dock inte lyckats nå hela vägen. Det första är att Boverket ser ut att ha utgått från ett systemperspektiv vid utformningen av det ursprungliga förslaget till byggregler 2006, med en tydlig linje inom värme och kyla för både lokaler och bostäder. Det andra är i trafikskattelagstiftningen där även utsläpp uppströms från avgasröret räknats med, fast inte värderats på något enhetligt sätt. Det är viktigt att styrmedlen inte utformas så att det styr "ur askan i elden". Beroende på hur vi värderar t.ex. den el som används för att ladda elfordon finns här en uppenbar sådan risk. Oavsett befintliga styrmedel pekar rapporten på det utrymme för diskussion som finns kring värdering av olika energikällors resursavtryck samt svårigheterna i att vetenskapligt bestämma den exakt korrekta viktningsfaktorn för varje energikälla. Dock finns det gränser för vad som, på en för de flesta investeringar relevant horisont, kan anses rimligt. Inom dessa gränser är det upp till politiken att, genom styrmedlens utformning, definiera de relativa viktningar som marknaden sedan får förhålla sig till. Här ligger EU längre fram än Sverige, trots att svårigheterna att komma överens rimligen borde vara större i europaparlamentet än i svenska riksdagen. Samtidigt som det är viktigt att sträva efter styrmedel som ger önskad effekt får dessa förstås inte ändras för ofta, eftersom det leder till osäkerhet och uteblivna investeringar. När det gäller energipolitiken är dock riktlinjerna från EU tydliga och frågan är när Sverige ansluter sig till det primärenergiperspektiv som EU förespråkar, även vid utformningen av svenska energipolitiska styrmedel. Det är också viktigt att energianvändning i alla sektorer behandlas på ett likartat sätt. För att hantera detta kan det vara klokt att hänvisa till en gemensam standard eller ett gemensamt direktiv från Energimyndigheten och/eller Naturvårdsverket som definierar olika energikällors primärenergifaktor, liknande hur Tyskland gjort med sina byggregler.

Economic Evaluation of a Solar Charged Thermal Energy Store for Space Heating

A thermal energy store corrects the misalignment of heating demand in the winter relative to solar thermal energy gathered in the summer. This thesis reviews the viability of a solar charged hot water tank thermal energy store for a school at latitude 56.25N, longitude -120.85W

Design and assessment of a large commercial Photovoltaic System in Barbados

One of the main aims of this thesis is to design an optimized commercial Photovoltaic (PV) system in Barbados from several variables such as racking type, module type and inverter type based on practicality, technical performance as well as financial returns to the client. Detailed simulations are done in PVSYST and financial models are used to compare different systems and their viability. Once the preeminent system is determined from a financial and performance perspective a detailed design is done using PVSYST and AutoCAD to design the most optimal PV system for the customer. In doing so, suitable engineering drawings are generated which are detailed enough for construction of the system. Detailed cost with quotes from relevant manufacturers, suppliers and estimators become instrumental in determining Balance of System Costs in addition to total project cost. The final simulated system is suggested with a PV capacity of 425kW and an inverter output of 300kW resulting in an array oversizing of 1.42. The PV system has a weighted Performance Ratio of 77 %, a specific yield of 1467 kWh/kWp and a projected annual production of 624 MWh/yr. This system is estimated to offset approximately 28 % of Carlton’s electrical load annually. Over the course of 20 years the PV system is projected to produce electricity at a cost of $0.201USD/kWh which is significantly lower than the $0.35 USD/kWh paid to the utility at the time of writing this thesis. Due to the high cost of electricity on the island, an attractive Feed-In-Tariff is not necessary to warrant the installation of a commercial System which over a lifetime which produces electricity at less than 60% of the cost to the user purchasing electricity from the utility. A simple payback period of 5.4 years, a return on investment of 17 % without incentives, in addition to an estimated diversion of 6840 barrels of oil or 2168 tonnes of CO2 further provides compelling justification for the installation of a commercial Photovoltaic System not only on Carlton A-1 Supermarket, but also island wide as well as regionally where most electricity supplies are from imported fossil fuels.

Solar Collectors for Historic Homes : Linking consumption to perceptions of space

Reduction of household energy consumption is one of the top issues in contemporary discussions on sustainable consumption. This chapter concerns one way through which consumption of purchased energy for house heating can be reduced; by having a solar thermal system added to one's house. However, the fact that one of the components - the solar collector - usually is situated on the roof or the facade of a building, is a recurrent impediment to such installations. In certain contexts, these attributes may melt into the building, while in others, they may be perceived as problematic. The latter may particularly be the case when the appearance of the building is of major imiportance, as with houses deemed worthy of preservation for coming generations. This chapter draws upon a study carried out in Visby Town, a walled Hanseatic town and a World Heritage site on the island of Gotland, Sweden.

Solcellsdrivet FTX-system för miljonprogramshus : Tjärna Ängar, Borlänge

Projektet omfattade undersökning och framtagande av ett solcellssystem med förmåga att försörja ett FTX-system i ett flerbostadshus från miljonprogrammet med el. För att kunna bedöma storlek och utformning av komponenter har information tagits genom: Informationssökning via databaser, kurslitteratur och intervjuer Simuleringar av solceller i datorprogrammet PVSYST Modulering av ventilationskanaler i datorprogrammet MagiCAD Syftet var främst att undersöka om det gick att få fram ett teoretiskt fungerande system med avseende på både solceller och ventilation. Beroende på vad resultatet blev skulle även ekonomin i projektet undersökas. Undersökningen visade att det teoretiskt ska gå att installera solceller för elframställning som klarar av att täcka FTX-systemets elbehov på årsbasis. Solcellerna bedöms även producera tillräckligt med el för viss övrig elkrävande utrustning under stora delar av året. Det visade sig även att det skulle gå att få solcellerna ekonomiskt lönsamma om en kalkyltid på 14 år används. Metoden som använts för dessa resultat är noga beskriven och är med små förändringar tillämpbar för ett stort antal byggnader i det svenska byggnadsbeståndet. En viktig slutsats är att om fastighetsägarna kan se 15 år fram i tiden för en investering i solenergi, skulle det innebära inte bara miljömässiga utan även ekonomiska vinster. Det finns redan idag kunnande, teknik och produkter för att utvinna en stor del av fastigheternas elbehov genom solens energi.

Thermal Evaluation of a Solarus PV-T collector

Low concentrator PV-T hybrid systems produce both electricity and thermal energy; this fact increases the overall efficiency of the system and reduces the cost of solar electricity. These systems use concentrators which are optical devices that concentrate sunlight on to solar cells and reduce expensive solar cell area. This thesis work deals with the thermal evaluation of a PV-T collector from Solarus.Firstly the thermal efficiency of the low concentrator collector was characterized for the thermal-collector without PV cells on the absorber. Only two types of paint were on the absorber, one for each trough of the collector. Both paints are black one is glossy and the other is dull,. The thermal efficiency at no temperature difference between collector and ambient for these two types of paint was 0.65 and 0.64 respectively; the U-value was 8.4 W/m2°C for the trough with the glossy type of paint and 8.6 W/m2°C for the trough with dull type of paint. The annual thermal output of these two paints was calculated for two different geographic locations, Casablanca, Morocco and Älvkarleby, Sweden.Secondly the thermal efficiency was defined for the PV-T collector with PV cells on the absorber. The PV cells cover 85% of the absorber, without any paint on the rest of the absorber area. We also tested how the electrical power output influences the thermal power output of the PV-T collector. The thermal and total performances for the PV-T collector were only characterized with reflector sides, because of the lack of time we could not characterize them with transparent sides also.

Buried screen-printed contacts for silicon solar cells

A Simple way to improve solar cell efficiency is to enhance the absorption of light and reduce the shading losses. One of the main objectives for the photovoltaic roadmap is the reduction of metalized area on the front side of solar cell by fin lines. Industrial solar cell production uses screen-printing of metal pastes with a limit in line width of 70-80 μm. This paper will show a combination of the technique of laser grooved buried contact (LGBC) and Screen-printing is able to improve in fine lines and higher aspect ratio. Laser grooving is a technique to bury the contact into the surface of silicon wafer. Metallization is normally done with electroless or electrolytic plating method, which a high cost. To decrease the relative cost, more complex manufacturing process was needed, therefore in this project the standard process of buried contact solar cells has been optimized in order to gain a laser grooved buried contact solar cell concept with less processing steps. The laser scribing process is set at the first step on raw mono-crystalline silicon wafer. And then the texturing etch; phosphorus diffusion and SiNx passivation process was needed once. While simultaneously optimizing the laser scribing process did to get better results on screen-printing process with fewer difficulties to fill the laser groove. This project has been done to make the whole production of buried contact solar cell with fewer steps and could present a cost effective opportunity to solar cell industries.

Paketering av energisparåtgärder i småhus

Ska energimålen med halvering av energianvändningen kunna nås i länet måste småhusägare och ägare av mindre flerbostadshus övertygas om nyttan och möjligheter med att energieffektivisera i egna byggnader. Genom att använda en metod för paketering av energisparåtgärder kan byggnader energirenoveras på ett effektivt sätt och energianvändningen kan på så sätt minimeras. BELOK Totalprojekt är en metod för energieffektivisering i kommersiella byggnader genom renovering med åtgärdspaket. Metoden har även använts för flerbostadshus och uppgiften i den här rapporten är att undersöka ifall samma metod kan vara lämplig att använda även för småhus. Resultaten visar att metoden mycket väl kan användas även för småhus, men att vissa anpassningar är nödvändiga för att småhusägare ska kunna relatera till resultatet. Vid renovering i småhus kan många olika aktörer vara inblandade beroende på hur småhusägaren väljer att utföra en renovering. Om småhusägaren själv gör huvuddelen av arbetet är det lämpligt att Energikalkylen eller motsvarande kan användas för att göra en förenklad energianalys av byggnaden för att sedan föra över data till BELOK Totalverktyg, där det ekonomiska utfallet för renoveringspaket illustreras. Uppföljningen efter slutförd renovering är något som till exempel energibolag skulle kunna erbjuda tjänster för. Om småhusägaren väljer att anlita en energikonsult för den initiala analysen av byggnaden kan BELOK Totalprojekt användas mer i sin helhet men detta innebär förstås en högre kostnad för småhusägaren. För att öppna upp för fler möjligheter för småhusägare att totalrenovera är det viktigt att även involvera banksektorn för att diskutera ett upplägg för lån till energieffektivisering. Här kan även styrmedel av karaktären statliga lånegarantier eller ROT-avdrag för energieffektivisering vara aktuella att ta upp till diskussion. Slutligen är kommunikation med småhusägarna väldigt viktig och här är aktörer som redan idag har kontakt med småhusägare centrala. Två sådana aktörer är energibolag samt Villaägarnas Riksförbund.

Energy savings potential in existing houses : Energy simulation results for Dalarna's single-family housing stock

Vägar till en halverad energianvändning i Dalarnas byggnadsbestånd

Using locally available components and local knowledge to build sustainable stand-alone power systems

The aim of this paper is to point out benefits as well as disadvantages associated with the use of locally available, not necessarily standardized, components in stand-alone electrical power systems at rural locations. Advantages and challenges arising when the direct involvement in design, construction and maintenance of the power system is reserved to people based in the area of implementation are discussed. The presented research is centered around one particular PV-diesel hybrid system in Tanzania; a case study in which technical and social aspects related to the particular power system are studied.

Passive solar options for reducing heating demand and maintain indoor climate in a multifamily house in Sweden

This research was carried out by studying possible renovation of a two-storey detached multifamily building by using passive solar design options in a cold climate in Borlänge, Sweden where the heating Degree Days are 4451 (base 20°C). Borlänge`s housing company, Tunabyggen, plans to renovate the project house located inthe multicultural district, Jakobsgårdarna. The goal of the thesis was to suggest a redesign of the current building, decrease the heating energy use, by applying passive solar design and control strategies, in a most reasonable way. In addition ensure a better thermal comfort for the tenants in the dwellings. Literatures have been studied, from which can be inferred that passive design should be abasic design consideration for all housing constructions, because it has advantages to ensure thermal comfort, and reduce the energy use. In addition further savings can be achieved applying different types of control strategies, from which the house will be more personalized, and better adapted to the user’s needs.The proposed method is based on simulations by using TRNSYS software. First a proper building model was set up, which represents the current state of the project building. Then the thermal insulation and the windows were upgraded, based on today's building regulations. The developments of the passive solar options were accomplished in two steps. First of all the relevant basic passive design elements were considered, then those advantages were compared to the advantages of applying new conventional thermostat, and shading control strategies.The results show that there is significant potential with the different types of passive solar design; their usage depends primarily on the location of the site as well as the orientation of the project building. Applying the control strategies, such as thermostat, and shading control, along the thermal insulation upgrade, may lead to significant energy savings (around 40 %), by comparison to the reference building without any upgrade.