Sweden has experienced a significant increase in installed solar power capacity between 2010 and 2020, driven by decreasing installation costs, government subsidies and widespread public interest. However, Sweden's geographical distribution of electricity generation and consumption presents challenges for the national grid. Recent instability in the electricity supply due to the war in Ukraine has prompted increased interest in residential battery energy storage systems (BESS) as a means to enhance energy resilience and reduce electricity bills. The rapid growth of the European residential BESS market is expected to continue, driven by the need for flexibility and energy-shifting services in response to increasing renewable energy production. BESS can provide economic benefits to households with installed PV systems through peak shaving, allowing them to store excess electricity during periods of high production and use it during peak demand. This thesis investigates photovoltaic (PV) and BESS performance and profitability for Swedish households under various conditions. The study considers parameters such as system costs, energy prices, grid tariffs and dynamic battery management strategies to investigate the profitability of the systems. The research aims to provide guidelines for households to maximize the benefits of their PV and BESS installations and minimize their dependence on the grid. The effectiveness and practicality of the developed method are demonstrated through verification in two real-world installations. The study’s findings demonstrate that electricity prices, household consumption and roof orientation highly influence the profitability of PV systems. If future electricity prices align with present forecasts, installations on north-facing roofs will not be profitable under any circumstances investigated in this study. A distinct correlation is also discernible between larger loads and improved economic viability for PV and BESS installations, while a smaller battery capacity results in higher economic viability. This reveals that BESS profitability currently is limited due to high installation costs. However, the potential for future BESS profitability is shown if battery costs are reduced and more advanced battery dispatch strategies are developed. / Sverige har upplevt en betydande ökning av installerad solkraftskapacitet mellan åren 2010 och 2020, drivet av faktorer som minskande installationskostnader, statliga bidrag och ett brett folkligt intresse. Geografiska skillnader mellan elproduktion och konsumtion i Sverige innebär utmaningar för elnätet. Instabilitet i elförsörjningen till följd av kriget i Ukraina har ökat intresset för batterilagringssystem i bostäder som ett medel för hushåll att öka deras energiresiliens och minska elkostnaderna. Den snabba tillväxten på den europeiska marknaden för batterilagringssystem förväntas fortsätta, drivet av behovet av flexibilitet i elnätet och energiomställningstjänster till följd av ökad produktion av förnybar energi. Batterilagringssystem kan ge ekonomiska fördelar för hushåll med installerade PV-system genom utjämning av effekttoppar, vilket gör att överskottsenergi kan lagras under perioder av hög produktion och användas under toppbelastning. Denna rapport undersöker prestanda och lönsamhet för solcells- och batterisystem för svenska hushåll under olika förhållanden. Studien utforskar betydande parametrar såsom systemkostnader, energipriser, nättariffer och dynamiska batterihanteringsstrategier för att undersöka lönsamheten för systemen. Detta ämnar till att ge riktlinjer för hushåll att maximera fördelarna med solcells- och batteri-installationer och minimera dess beroende av elnätet. Effektiviteten och praktikaliteten av den utvecklade metoden demonstreras genom verifiering i två verkliga installationer. Resultaten visar atta elpriser, hushållsförbrukning och takorientering i hög grad påverkar lönsamheten hos solcellsanläggningar. Om framtida elpriser stämmer överens med nuvarande prognoser kommer installationer på tak mot norr inte att vara lönsamma under några omständigheter som undersökts i denna studie. En tydlig korrelation kan också urskiljas mellan större elkonsumtion och förbättrad ekonomisk lönsamhet för PV och batteri-installationer, medan en mindre batterikapacitet resulterar i högre ekonomisk lönsamhet. Detta visar att batteriers lönsamhet för närvarande är begränsad på grund av höga installationskostnader. Potentialen för framtida lönsamhet för batterier visas dock om batterikostnaderna sänks och mer avancerade batterihanteringsstrategier utvecklas.

’Netto-noll utsläpp’ i EU vid 2050 är ett av målen för att påskynda övergången från fossila bränslen till mer förnyelsebara och hållbara alternativ. Detta har däremot introducerat mer turbulens på elnäten. Ett av verktygen för att reglera och förbättra eldistributionen är stor-skaliga batterier, där litium-jon är den mest förekommande kemin. Men på grund av oro kring resursutbud och hopp om teknologidiversifiering har det påbörjat en sökning efter alternativ som kan användas i stället eller tillsammans med litium-jon batterier. Från en lång lista så har tre alternativ med hög potential identifierats. Dessa är nickel-vätgasbatteri, zink-brom flödesbatteri och järn-luftbatteri. Deras lämplighet undersöktes och diskuterades för flertalet användningsområden och för ett speciellt användarfall av Vattenfall. Slutsatsen var att utav de tre, så är det endast nickel-vätgas som kan förväntas vara ett bra alternativ för specifika fall, att zink-brom har få möjligheter att konkurrera och att järn-luft har väldigt hög potential men också många oklarheter som gör det svårt att förutspå dess utveckling. / With net-zero emissions set to be achieved in the EU by 2050, the transition from fossil-based energy sources to more renewable and green options are ever expanding. This puts a strain on the electricity grids because of the intermittent nature from these energy sources. To mitigate this battery systems are used, of which the lithium-ion battery is the most prevalent, and expected to only increase in use. However, material resource concerns and possible danger of over-reliance on one technology has opened for a search to find other alternatives that could be used instead or in conjunction with the battery. Out of a long list of batteries, the nickel-hydrogen battery, zinc-bromide flow battery and iron-air battery are three alternatives that have been identified to have potential. Their suitability was researched and discussed for various grid-applications. The result show that out of the three, it is only believed that the nickel-hydrogen battery have a definitive competitiveness, that the zinc bromide flow battery has few things going for it, and that the iron-air battery has large potential but just as large uncertainty surrounding its future. Lastly, a specific off-shore wind park case was investigated to see the practicality and competitiveness of the nickel-hydrogen battery compared to a specific lithium-ion chemistry.

Renewable energy for energy production, like Solar, is turning out to be very pertinent in today's world [1]. It is very clear that Solar Energy is going to emerge as one of the key sources of energy in future. Moreover, the storage option is going to play an essential role to the future deployment of solar power plants. Concentrated solar power plants with thermal storage, photovoltaic plants integrated with battery energy storage, and hybrid plants are attractive solutions to obtain a stable and dispatchable energy production. Investors or policymakers usually find it challenging to come up with the most feasible solar storage technology because they need to consider techno-economic feasibility, and at the same time, from a market or administrative perspective as well. So, this thesis study will address the key problem which is aimed at investors or policymakers since there is a need to choose the best solar storage technology at a utility level in future based on so many attributes. The thesis project was carried out in two phases which includes forecast modelling & estimations and techno-economic assessment of virtual plants. These two phases helped to address various questions in relation to the problem statement of this study. The entire thesis study broadly covered seven countries spanning across four major regions around the world. The first phase of the thesis, forecast modelling estimations shows how the seven countries will look in future (2020 – 2050) with respect to installed capacity and costs for PV, CSP, and BESS technologies. Some major results from phase 1 include, in low-cost estimates, China will remain to be the market leader in PV & CSP by 2050. In U.S.A and India, the installed costs of PV are projected to decline by 70% by 2050. By 2050, the installed costs of Solar Tower technology are estimated to drop by about 65% in China and Spain. In U.S.A, the prices of BESS technology are likely to fall by around 58 – 60 % by 2050. In the second phase of thesis study, a techno-economic evaluation of virtual plants addressed the aspects which are to be considered for a solar project if it is deployed in future across seven specific countries. Results from this analysis helps investors or policymakers to choose the cheapest solar storage technology at a utility level across seven specific countries in future (2020 – 2050). Key results from this analysis show that, in the U.S.A, by 2050, PV+BESS will be the cheapest storage technology for 4 – 10 storage hours. Addition of another renewable technology will add up more viability to the comparison. In China, Hybrid will be the cheapest storage technology for 4 – 8 hrs by 2050. There is huge potential for deployment of CSP & hybrid plants in future than PV. In South Africa, CSP will be the cheapest storage technology by 2050 for 4 – 10 hours of storage. It is assumed that deployment of BESS projects at utility level starts from 2025 in South Africa. Beyond this, market forces analysis was carried out which offers insights especially for the policymakers of how various drivers and constraints are influencing each solar technology across the specific countries in future. Overall, the entire thesis study provides guidelines/insights to investors or policy makers for choosing the best solar storage technology in future at a utility scale for a particular country. / Förnybar energi för energiproduktion, liksom Solar, visar sig vara mycket relevant i dagens värld [1]. Det är mycket tydligt att solenergi kommer att framstå som en av de viktigaste energikällorna i framtiden. Dessutom kommer lagringsalternativet att spela en väsentlig roll för den framtida distributionen av solkraftverk. Koncentrerade solkraftverk med värmelagring, solcellsanläggningar integrerade med batterilagring och hybridanläggningar är attraktiva lösningar för att få en stabil och skickbar energiproduktion. Investerare eller beslutsfattare brukar tycka att det är utmanande att komma på den mest genomförbara solcellstekniken eftersom de måste överväga teknikekonomisk genomförbarhet, och samtidigt, ur ett marknads- eller administrativt perspektiv också. Så denna avhandlingsstudie kommer att ta itu med nyckelproblemet som riktar sig till investerare eller beslutsfattare eftersom det finns ett behov av att välja den bästa solenergilagringstekniken på en användningsnivå i framtiden baserat på så många attribut. Avhandlingsprojektet genomfördes i två faser som inkluderar prognosmodellering och uppskattningar och teknikekonomisk bedömning av virtuella anläggningar. Dessa två faser hjälpte till att ta itu med olika frågor i samband med problemstudien i denna studie. Hela avhandlingsstudien omfattade i stort sju länder som sträcker sig över fyra stora regioner runt om i världen. Den första fasen i avhandlingen, prognosmodelleringsuppskattningar visar hur de sju länderna kommer att se ut i framtiden (2020 - 2050) med avseende på installerad kapacitet och kostnader för PV-, CSP- och BESS -teknik. Några viktiga resultat från fas 1 inkluderar, i lågkostnadsuppskattningar, att Kina kommer att vara marknadsledande inom PV och CSP år 2050. I USA och Indien beräknas de installerade kostnaderna för PV minska med 70% år 2050. Av 2050 beräknas de installerade kostnaderna för Solar Tower -teknik sjunka med cirka 65% i Kina och Spanien. I USA kommer priserna på BESS -teknik sannolikt att sjunka med cirka 58 - 60 % år 2050. I den andra fasen av avhandlingsstudien behandlade en teknikekonomisk utvärdering av virtuella anläggningar de aspekter som ska övervägas för ett solprojekt om det används i framtiden i sju specifika länder. Resultaten från denna analys hjälper investerare eller beslutsfattare att välja den billigaste solenergilagringstekniken på en användningsnivå i sju specifika länder i framtiden (2020 - 2050). Viktiga resultat från denna analys visar att i USA, år 2050, kommer PV+BESS att vara den billigaste lagringstekniken på 4 - 10 lagringstimmar. Tillägg av en annan förnybar teknik kommer att öka jämförbarheten. I Kina kommer Hybrid att vara den billigaste lagringstekniken i 4-8 timmar fram till 2050. Det finns en enorm potential för distribution av CSP & hybridanläggningar i framtiden än PV. I Sydafrika kommer CSP att vara den billigaste lagringstekniken år 2050 för 4 - 10 timmars lagring. Det antas att distributionen av BESS -projekt på verktygsnivå börjar från 2025 i Sydafrika. Utöver detta genomfördes marknadskravsanalys som ger insikter speciellt för beslutsfattarna om hur olika drivkrafter och begränsningar påverkar varje solteknik i de specifika länderna i framtiden. Sammantaget ger hela avhandlingsstudien riktlinjer/insikter till investerare eller beslutsfattare för att välja den bästa solenergitekniken i framtiden i en nyttoskala för ett visst land.

With the increase of electric vehicles (EVs) on the roads the availability of charging infrastructure becomes more important. Today it is relatively straightforward to install fast chargers in areas with strong power grid connections, such as in urban areas. However, in areas with less available electrical power, the grid is considered to be a weak grid, typically in remote areas, which limits charging speeds. Local peak shaving can be implemented with battery energy storage systems (BESS) to support faster charging at these locations by increasing available power when needed. As the majority of the power is supplied by the BESS there are noticeable conversion losses when converting from the BESS DC voltage to AC in the grid and then back to DC through the fast charger. This thesis investigates DC/DC converters to charge EVs directly from a BESS DC bus by regulating the voltage to the level of the EV, while also supporting safe simultaneous charging capability. It was done through understanding relevant standards’ requirements, converter review, as well as design and simulation of the interesting topologies. The converters selected to simulate were the Buck-Boost and the Dual-Active Bridge (DAB). After analysing the efficiency result in combination with industry requirements, it was concluded that one DAB per output is the preferred option in most use cases. This would potentially also reduce the material usage and carbon footprint of this type of infrastructure compared to the current solution. Furthermore, some suggestions were made for improving the design of DAB converter before making a prototype for real testing. / Denna avhandling har undersökt hur en snabbladdares effektelektronik för en mobil batterienergilagringssystem kan designas för att ladda två elbilar samtidigt. För att göra detta har systemkrav från relevanta standarder sammanställts och olika snabbladdares kapacitet undersökts. Därefter har olika DC/DC-omvandlare identifierats i ändamål att välja ut de mest lämpade för att uppfylla funktionen. De utvalda omvandlarna designades iterativt och simulerades med i verktyget PLECS för att kunna jämföra hur vardera omvandlare presterade under olika scenarior och med olika transistorer. Resultat och slutsatser från detta arbete är att galvanisk isolering krävs mellan de två elbilarna samt att två Dual-Active Bridge (DAB) omvandlare är den mest lämpade utifrån effektivitet, kapacitet och materialanvänding. Det finns även flera områden att fortsätta arbetet på för att förbättra designen och testa med en prototyp.