Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2006

Sweden has a climate target to get a total renewable electricity production by 2040, in order to succeed with the goal, the proportion of solar energy needs to increase. Increased environmental awareness and increased profitability of solar cells have led to an increase. A new way of attaching solar cells to buildings is by integrating them into building materials. A solution that optimizes material, makes the installation easier and creates better design. Today, there is concern that the temperature of the solar cells may become very high as their cooling decreases. The consequences of an increased temperature in the solar cells is that the efficiency of the electricity production decreases. The purpose of this study is therefore to increase understanding of the influence of modular temperature on electricity production. The aim of the study was to find out how much electricity production [kWh/m2, year] varies in solar cells depending on whether they are applied to buildings or if they are integrated into building materials for solar cells placed in Nordic climate. In order to do this, a calculation model was built in Simulink Matlab to calculate how the modular temperature varied during the varying weather conditions that occur during a year in Gothenburg. Air flow in the gap is created by self-convection. Some periods blew the wind into the gap in the ceiling and then the wind was also assumed to contribute with an air flow. In order to describe the self-conception, a theoretical relationship was established, to describe how the wind influenced the airflow of the roof, a connection from an experimental study was used. With the help of the calculated calculation model, it was possible to determine how much electricity production varied during integrated or applied assembly in Gothenburg. The result found was an increase of 4% for ceiling-mounted and 2% respectively for wall-mounted solar cells with applied mounting compared to integrated installation. The model was also tested for a warmer and a colder climate, Rome and Luleå. The conclusion was that building-applied solar cells can increase electricity production by up to 4% for solar cells on roofs and up to 2% for solar cells placed on the wall in Nordic climate compared to fully integrated solar cells, an air gap is therefore more effective for solar cells placed on roofs than on the wall. It was found that in warmer climates, as in Rome, the corresponding increase in electricity production was about double that for both roof and wall, an air gap is therefore more efficient in a warmer climate.

Zugl.: Darmstadt, Techn. Univ., Diss., 2007

University, Diss., 2005--Kassel.

Inductive power transmission is very useful, not only for systems where energy transfer should take place in hazardous, humid and wet areas, but also for mobile and very small systems. It finds today a widespread use in several fields, such as industry, automotive, medicine and smart buildings. For a good efficiency and a high-power transmission, the sending and the receiving coils should be perfectly aligned and close to each other. A misalignment between the sender and the receiver becomes unavoidable especially for systems with movable parts. This thesis aims to improve the transmitted power, the mutual inductance, the power at the load, and consequently the power transmission efficiency in case of lateral misalignment between the sending and receiving coils and at large coil-to-coil distance. For this purpose, we adopt a multi input single output (MISO) coil system able to orientate the issued magnetic field to the receiving coil by powering the neighbouring sending coils of the active ones with a weak current in the opposite direction. Furthermore, an analytical model of the used coils and an accurate three-dimensional model of the system have been developed to calculate the induced voltage, the induced current, and the equivalent mutual inductance. Both simulation and experimental results prove that the proposed multi-coil inductive system having an hexagonal arrangement and the sending coils, which have the half diameter of the receiving coil, is able to improve significantly the transmitted power in case of lateral misalignment and big air gap. The novel MISO system reaches better efficiency beginning with an air gap of 50% of the sending coil diameter, and a misalignment of 28% of the sending coil diameter. It reaches the double of the transmitted power of the conventional two-coil inductive system at 50 mm air gap (corresponding to 166% of the sending coil diameter) and at 10 mm lateral misalignment (corresponding to 33% of the sending coil diameter). In order to improve the equivalent mutual inductance between the primary and secondary sides and to avoid energy losses, we propose a receiver detection method using the sending coils themselves as detectors. Thereby, only the sending coils, under the receiver, are activated and the others remain switched off. For that, the peak of the AC current of the sending coils, is measured and then compared to a detection threshold. The excitation strategy of the active sending coils is optimized corresponding to the receiving coil position. The novel excitation strategy increases the mutual inductance by 85% and the induced voltage by 13% at perfect alignment and by 30% and 10% respectively at 10 mm lateral misalignment, in comparison to the MISO system without a receiver detector and coil-excitation strategy. In order to increase the transmitted power by resonance, different system topologies have been investigated, such as series-series SS, series-parallel SP, parallel-series PS, and parallel-parallel PP topologies for different levels of load impedance. The results show that a multi-coil inductive system with parallel-parallel PP topology realizes a higher transmitted power than the other topologies for both high and low load impedance values. The proposed multi-coil inductive system is suitable for low-power systems, such as wireless sensors and biomedical implants, but can be also applied to higher range of power at a flexible position of the receiver. / Die induktive Energieübertragung ist interessant, nicht nur für Systeme, bei denen die Energieübertragung in rauen, feuchten und nassen Bereichen erfolgen soll, sondern auch für mobile und sehr kleine Systeme. Diese Art von Energieübertragung findet heute eine breite Anwendung in verschiedenen Bereichen, wie z.B. Industrie, Automobil, Medizin und intelligente Gebäude. Um eine gute Effizienz und eine hohe Energieübertragungsleistung zu realisieren, sollten die Sende- und Empfangsspulen perfekt ausgerichtet und nahe beieinander sein. Insbesondere bei Systemen mit beweglichen Teilen ist jedoch eine Fehlausrichtung zwischen Sender und Empfänger unvermeidlich. Diese Arbeit zielt darauf ab, die übertragene Leistung, die gegenseitige Induktivität, die Leistung an der Last und damit den Wirkungsgrad der Leistungsübertragung im Falle einer seitlichen Fehlausrichtung zwischen Sende- und Empfangsspule und bei großem Abstand von Spule zu Spule zu verbessern. Zu diesem Zweck wird ein Multi-Input Single-Output (MISO)-Spulensystem vorgeschlagen, das in der Lage ist, das ausgegebene Magnetfeld auf die Empfangsspule auszurichten, indem die benachbarten Spulen der aktiven Sendespulen mit einem schwachen Strom in der entgegengesetzten Richtung versorgt wird. Darüber hinaus wurde ein analytisches Modell für die verwendeten Spulen und ein genaues dreidimensionales Modell für das System entwickelt, um die induzierte Spannung, den induzierten Strom und die äquivalente gegenseitige Induktivität zu berechnen. Sowohl die Simulation als auch die experimentellen Ergebnisse belegen, dass das vorgeschlagene induktive Mehrfachspulensystem mit hexagonaler Anordnung und die Sendespulen, die den halben Durchmesser der Empfangsspule haben, in der Lage sind, die Sendeleistung bei lateraler Fehlausrichtung und großem Luftspalt deutlich zu verbessern. Das neuartige MISO-System erreicht einen besseren Wirkungsgrad, beginnend mit einem Luftspalt von 50% des Sendespulendurchmessers und einer Fehlausrichtung von 28% des Sendespulendurchmessers. Sie erreicht bei 50 mm Luftspalt (entspricht 166% des Sendespulendurchmessers) und bei 10 mm seitlichem Versatz (entspricht 33% des Sendespulendurchmessers) das Doppelte der Sendeleistung des herkömmlichen Zwei-Spulen-Induktivsystems. Um die äquivalente gegenseitige Induktivität zwischen Primär- und Sekundärseite zu verbessern und Energieverluste zu vermeiden, schlagen wir ein Verfahren zur Detektion des Empfängers vor, bei dem die Sendespulen selbst als Detektoren verwendet werden. Dabei werden nur die Sendespulen unter dem Empfänger aktiviert und die anderen bleiben ausgeschaltet. Dazu wird der Scheitelwert des Wechselstroms der Sendespulen gemessen und mit einem vorgegebenem Schwellenwert verglichen. Die Anregungsstrategie der aktiven Spulen wird entsprechend der Position der Empfangsspule optimiert. Die neuartige Anregungsstrategie erhöht die gegenseitige Induktivität um 85% und die induzierte Spannung um 13% bei perfekter Ausrichtung und um 30% bzw. 10% bei 10 mm seitlichem Versatz, im Vergleich zum MISO-System ohne Empfängerdetektor und Spulenanregungsstrategie. Um die übertragene Leistung durch Resonanz zu erhöhen, wurden verschiedene Systemtopologien untersucht, wie z.B. Serien-SS, Serien-Parallel-SP, Parallel-Series-PS und Parallel-Parallel-PP-Topologien für verschiedene Stufen der Lastimpedanz. Die Ergebnisse zeigen, dass ein MISO System mit parallel-paralleler PP-Topologie eine höhere Sendeleistung realisiert als die anderen Topologien für hohe und niedrige Last-Impedanzen. Das vorgeschlagene induktive Mehrspulensystem eignet sich für Systeme mit geringer Leistung, wie drahtlose Sensoren und biomedizinische Implantate, kann aber auch flexibler Position des Empfängers in einen höheren Leistungsbereich angewendet werden.

Krypgrunder i någon form har använts som grundkonstruktion i Sverige under långtid. Förr var det torpargrunder som med tiden blev isolerade krypgrunder och plintgrunder. Gemensamt för krypgrundskonstruktioner som är ventilerade med utomhusluft är att under sommarhalvåret blir det förhöjda relativa ånghalter. Syftet med fallstudien är att studera en uteluftsventilerad konstruktion med välisolerat bjälklag och markisolering. Konstruktionen är nedgrävd och ventilationen i grunden sker via en tunn spalt under marknivå. Luftspaltens temperatur och relativa ånghalt är av intresse för att avgöra om det finns risken för mögel i konstruktionen. En simulering av värmeflödet mellan byggnad och mark genomförs i COMSOLMultiphysics 5.5 för att avgöra temperaturfördelningen i konstruktionen. Temperaturfördelningen ligger som grund för fastställandet av relativ ånghalt i konstruktionens luftspalt. Simuleringen använder klimatdata för ett typår i Gävle. Simuleringen visar att det är höga temperaturer i luftspalten året runt. Detta ger enrelativ ånghalt som månadsmedel på 37–77% under ett år. Den höga temperaturen iluftspalten bidrar till att hålla konstruktionen torr då kritisk relativ ånghalt, 75–80%, inte överstigs under en längre period. Resultat är förvånansvärt positivt med en låg risk för mögeltillväxt i konstruktionen.Det finns många antaganden framförallt vilket luftflöde som återfinns i luftspalten.För att validera resultaten i arbetet så bör mätningar genomföras på de två prototyphus som existerar. / Crawl spaces in some form have been used as foundations in Sweden for a long time.In the past, it was uninsulated crawl spaces that eventually evolved into insulatedcrawl spaces and open plinth foundations. An increased relative humidity during thesummer is a common problem for crawl spaces that are ventilated with outdoor air. The purpose of the case study is to study an outdoor ventilated structure with wellinsulated floor and ground insulation. The construction is below ground level andthe ventilation takes place via a thin air gap below ground level. The temperatureand relative humidity in the air gap are of interest to determine if there is a risk ofmould growth in the design. A simulation of the heat flow between the building and the ground is carried out inCOMSOL Multiphysics 5.5 to determine the temperature distribution in the design.The temperature distribution is the basis for the determination of relative vaporcontent in the air gap of the structure.The simulation uses climate data for a typicalyear in Gävle. The simulation shows a high temperature in the air gap which gives a relative vaporcontent as a monthly average of 37–77% during a year. The high temperature in theair gap contributes to keeping the structure dry when critical relative humidity, 75–80%, is not exceeded for a longer period of time. The results are surprisingly positive with a low risk of mold growth in the construction.There are many assumptions, in particular, which airflow is found in the airgap. In order to validate the results in the work, measurements should be made onthe two prototype houses that exist.