Slutrapport för EU-projekt SolNET P22416-1

SolNET var den första europeiska forskarskolan för termisk solvenergi med 10 doktorander, där sju gemensamma doktorandkurser utvecklades och genomfördes under projektets gång. Projektet stöddes av EU-programmet Marie-Curie från juni 2006 till maj 2010.Centrum för solenergiforskning SERC vid Högskolan Dalarna deltog med en doktorand, Janne Paavilainen. SERC genomförde den första av doktorandkurserna, om dynamisk systemsimulering. 30 studenter deltog från 16 länder varav 22 var doktorander och tre var från industri.Under 2007 genomförde Paavilainen en teknoekonomisk utvärdering av mellanstora pellet- och solvärmesystem för närvärme som presenterades vid konferensen Eurosun 2008. Resultaten visar under vilka förutsättningar som solvärme kan vara ekonomisk lönsamt i närvärmesystem i Sverige och Finland. Paavilainen har varit medförfattare till en tidsskriftsartikel om SERCs simuleringsmodell för pelletspannor och –kaminer samt varit medförfattare till två tidsskriftsartiklar tillsammans med SPF (Schweiz) och TU Graz (Österrike) om en ny pannmodell för gas, olja och pellets. Dessa två validerade modeller i programmet TRNSYS används nu rutinmässigt i Sverige av SP och SERC och i Europa av ett flertal forskargrupper. Den nya pannmodellen som utvecklades med SPF och TU Graz har också införlivats i programmet Polysun som används av flera hundra användare runt hela världen, inkl. SERCs magisterstudenter.

System Integration of PV/T Collectors in Solar Cooling Systems

The demand for cooling and air-conditioning of building is increasingly ever growing. This increase is mostly due to population and economic growth in developing countries, and also desire for a higher quality of thermal comfort. Increase in the use of conventional cooling systems results in larger carbon footprint and more greenhouse gases considering their higher electricity consumption, and it occasionally creates peaks in electricity demand from power supply grid. Solar energy as a renewable energy source is an alternative to drive the cooling machines since the cooling load is generally high when solar radiation is high. This thesis examines the performance of PV/T solar collector manufactured by Solarus company in a solar cooling system for an office building in Dubai, New Delhi, Los Angeles and Cape Town. The study is carried out by analyzing climate data and the requirements for thermal comfort in office buildings. Cooling systems strongly depend on weather conditions and local climate. Cooling load of buildings depend on many parameters such as ambient temperature, indoor comfort temperature, solar gain to the building and internal gains including; number of occupant and electrical devices. The simulations were carried out by selecting a suitable thermally driven chiller and modeling it with PV/T solar collector in Polysun software. Fractional primary energy saving and solar fraction were introduced as key figures of the project to evaluate the performance of cooling system. Several parametric studies and simulations were determined according to PV/T aperture area and hot water storage tank volume. The fractional primary energy saving analysis revealed that thermally driven chillers, particularly adsorption chillers are not suitable to be utilizing in small size of solar cooling systems in hot and tropic climates such as Dubai and New Delhi. Adsorption chillers require more thermal energy to meet the cooling load in hot and dry climates. The adsorption chillers operate in their full capacity and in higher coefficient of performance when they run in a moderate climate since they can properly reject the exhaust heat. The simulation results also indicated that PV/T solar collector have higher efficiency in warmer climates, however it requires a larger size of PV/T collectors to supply the thermally driven chillers for providing cooling in hot climates. Therefore using an electrical chiller as backup gives much better results in terms of primary energy savings, since PV/T electrical production also can be used for backup electrical chiller in a net metering mechanism.

SOHOT : Solvärme för hotell

Vid dimensionering av ett solvärmesystem av den typ som diskuteras i rapporten är varmvattenförbrukningen avgörande för systemets storlek. Litteraturstudien visar dock att varmvattenförbrukningen varierar kraftigt mellan olika typer av hotell samt vilken beläggningsgrad dessa har. För ett normalt ”medel”-hotell kan varmvattenförbrukningen uppskattas till 70 liter vid 60 grader per person och dag. För ett enklare hotell (typ vandrarhem) är förbrukningen ungefär hälften och för ett lyxhotell dubbelt så stor (35 respektive 140 liter per person och dag). Den högsta förbrukningen äger rum under två toppar, en på morgonen och en på kvällen. Under en av dessa toppar används ca 18-30 % av dygnets varmvatten under en timme. Beläggningsgraden är typiskt som högst sommartid och lägre vintertid, men beror förstås på hotellets målgrupp.   Med detta som utgångspunkt har simuleringar för Stockholm och Malaga utförts i Polysun, där tre systemstorlekar samt två kvalitetsklasser av solfångare har använts. Resultaten visar att det går att nå en solandel på 50-75 % av tappvattenlasten i Stockholm och 60-90 % av tappvattenlasten för Malaga. Tack vare den högre solinstrålningen på Malaga kan systemet dimensioneras hälften så stort där. En känslighetsanalys över tappvattenlasten, där samma tappvattenlast som tidigare fast med jämn fördelning över årets månader används, visar att ett system i Nordiskt klimat får en lägre solandel medan systemet i Malaga inte påverkas lika mycket. Samma system i Malaga är alltså mindre känsligt för förändringar i tappvattenlastprofilen.   Aktörsanalysen visar att det finns ett flertal företag i Dalaregionen som kan tänkas vara lämpliga att ingå i en projektgrupp med syfte att ta fram och utveckla en prototyp för konceptet solvärme till hotell. För att välja ut lämpliga samarbetspartners är det en rekommendation att kontakta Teknikdalen i Borlänge. En närmare diskussion med Teknikdalen kan ge en tydligare bild av vilka typer av aktörer som krävs för projektet samt även hur finansieringen kan lösas. Något som bör undersökas vidare är möjligheten till finansiering för ett demonstrationsprojekt, t.ex. lokalt i anknytning till Teknikdalen. En annan möjlig finansiering som verkar vara på gång är en utlysning relaterad till demonstrationsprojekt utomlands. Utlysningen är en enligt kontakt med Teknikdalen en fortsättning på Demomiljö (Sida/Tillväxtverket) dock finns inga detaljer tillgängliga i dagsläget.

Energieffektivisering av klimatskal i tropiskt klimat : Fallstudie av en byggnad i Surabaya, Indonesien

Studien omfattar en undersökning av en byggnad i Surabaya, Indonesien belägen på universitet UBAYA. Användningen av luftkonditionering ökar kraftigt i utvecklingsländer. Detta gör att behovet av förbättringar i såväl klimatanläggningar som i byggnader kommer att vara nödvändiga för att inte orsaka ytterligare påfrestningar på miljön genom ökad energianvändning Syftet med studien är att hitta energibesparande åtgärder på byggnadens klimatskal med hänsyn till det tropiska klimatet utan att orsaka fuktproblem i ingående byggnadsdelar. Byggnaden fungerar i dagsläget bra ur fuktsynpunkt och har inga direkt synliga skador orsakade av fuktproblem i konstruktionen. Däremot påvisar det höga uvärdet för byggnaden dess ineffektivitet gällande energibehov. Fyra olika åtgärdsförslag med utgångspunkt i den nuvarande konstruktionen presenteras i studien. Åtgärdsförslagen utvärderas ur fuktsynpunkt med programmet WUFI samt ur ett energimässigt perspektiv med programmet Polysun. Resultatet visar att störst energibesparing kan ske genom att isolera taket då det visar sig vara en stor värmekälla till byggnaden. Denna åtgärd innebär samtidigt en viss risk för fuktproblem på grund av höga relativa fukthalter och temperaturer. Även en tätning av de nuvarande läckagen i byggnaden påverkar energiförbrukningen i stor utsträckning, vilket gör dessa två åtgärder till den bästa kombinationen för att sänka energiförbrukningen. Att byta ut nuvarande englaskassetter mot tvåglas samt isolera de befintliga ytterväggarna är de åtgärder som påverkar energibehovet minst. Några av de slutsatser som dras ur studien är att totalt sett kan byggnadens energiförbrukning sänkas med 50 % om samtliga åtgärdsförslag genomförs. Fuktriskerna ökar vid isoleringsåtgärder men är genomförbara.

Numerical optimization,modeling and system evaluation of a thermophotovoltaic hybrid panel

Photovoltaic (PV) solar panels generally produce electricity in the 6% to 16% efficiency range, the rest being dissipated in thermal losses. To recover this amount, hybrid photovoltaic thermal systems (PVT) have been devised. These are devices that simultaneously convert solar energy into electricity and heat. It is thus interesting to study the PVT system globally from different point of views in order to evaluate advantages and disadvantages of this technology and its possible uses. In particular in Chapter II, the development of the PVT absorber numerical optimization by a genetic algorithm has been carried out analyzing different internal channel profiles in order to find a right compromise between performance and technical and economical feasibility. Therefore in Chapter III ,thanks to a mobile structure built into the university lab, it has been compared experimentally electrical and thermal output power from PVT panels with separated photovoltaic and solar thermal productions. Collecting a lot of experimental data based on different seasonal conditions (ambient temperature,irradiation, wind...),the aim of this mobile structure has been to evaluate average both thermal and electrical increasing and decreasing efficiency values obtained respect to separate productions through the year. In Chapter IV , new PVT and solar thermal equation based models in steady state conditions have been developed by software Dymola that uses Modelica language. This permits ,in a simplified way respect to previous system modelling softwares, to model and evaluate different concepts about PVT panel regarding its structure before prototyping and measuring it. Chapter V concerns instead the definition of PVT boundary conditions into a HVAC system . This was made trough year simulations by software Polysun in order to finally assess the best solar assisted integrated structure thanks to F_save(solar saving energy)factor. Finally, Chapter VI presents the conclusion and the perspectives of this PhD work.