Over the past decade, technologies that facilitate household electricity production and storage have seen a rapid development along with a significant cost reduction. Research points to an increased share of household-produced electricity within the existing national grids across the globe. In some cases, self-sufficiency is possible where households are able to decouple from the grid and become independent on their electricity, in other words, go off-grid. Furthermore, this change puts additional pressure on how the electricity system is set up, which, challenges prevailing incumbents to adapt. Depending on the geographical location, circumstances for selfsufficiency varies. Sweden is a country with high seasonal variations with its Northern position, which raises the question of how off-grid households are feasible and, how they can receive traction. To investigate possible changes within large technical systems such as the electricity system, which is a vital part of the society, theories within socio-technical systems have shown much promise. However, these theories often lack the more techno-economic aspect of concrete and future investment costs from a consumer perspective, suggesting an existing research gap. Hence, the purpose of this study is to provide further knowledge regarding off-grid applications in the Swedish Context. This is done by investigating what circumstances could trigger existing electricity consumers to go off-grid. The research process and structure of the report can be interpreted as indiscriminate, however, the study has focused on combining theories surrounding socio-technical changes whilst applying techno-economic modelling to strengthen the work, similar to a dual paper study. Data was collected in the form of a literature review and interviews to provide a holistic representation of off-grid and its nexus to the electricity system. In addition to this, complementing modelling of grid-connected-, prosumer-, and off-grid households were performed. Results point towards a scene where off-grid reaches grid parity within the coming two decades, which, will increase the economic rationale of investing in an off-grid. Opposingly, there is currently no economic rationale in off-grid applications considering the relatively low electricity costs in Sweden as of today. Moreover, conditions show promise if the adopters see beyond economics and, possesses a strong will towards independence. However, implications suggest that the high reliability and low costs of the Swedish electricity grid impedes the ability of new radical innovations to receive traction. Furthermore, this study has contributed by filling the research gap between socio-technical changes and techno-economic projects in regards to electricity systems. Consequently, contributing to the academic field of socio-technical change, it has been shown that the combination of socio-technical change and techno-economic projections is applicable and beneficial. Additionally, it can be argued that the results of this study highlight that the consumer have a greater role in the development of off-grid applications than what the theories suggest. Lastly, the electricity system is a complex mechanism and, to further strengthen the perception of how a relatively new application, as in the case of off-grid, will impact the system, appurtenant suggestions for possible future research within the area are proposed. / Under det senaste decenniet har teknik som underlättar hushållens elproduktion och lagring haft en hastig utveckling tillsammans med en betydande kostnadsminskning. Forskning pekar på en ökad andel hushållsproducerad el inom de befintliga nationella elnäten över hela världen. I vissa fall är självförsörjning möjligt där hushållen kan koppla bort sig från nätet och bli oberoende av sin elförsörjning, med andra ord gå off-grid. Vidare leder en potentiell förändring mot offgrid till ytterligare påtryckningar på hur elsystemet är uppbyggt, vilket utmanar många aktörers sätt att agera. Beroende på geografisk plats så varierar förutsättningarna för självförsörjning. Sverige är ett land med stora säsongsvariationer i och med sin nordliga position, vilket väcker frågan om off-grid hushåll är genomförbara i Sverige och hur de kan skulle kunna etableras. För att undersöka möjliga förändringar inom stora tekniska system som elsystemet, som är en viktig del av samhället, har teorier inom socio-tekniska system visat vara till stor nytta. Däremot saknar dessa teorier emellertid den mer tekno-ekonomiska aspekten av konkreta och framtida investeringskostnader ur ett konsumentperspektiv, vilket antyder ett befintligt forskningsgap. Följaktligen är syftet med den här studien att ge ytterligare inblick om off-grid-applikationer i svenska sammanhang. Vilket har gjorts genom att undersöka vilka omständigheter som kan leda till att befintliga elkonsumenter går off-grid. Forskningsprocessen och strukturen i rapporten kan vara svårtolkat, men studien har fokuserat på att kombinera teorier kring socio-tekniska förändringar samtidigt som man använder teknoekonomisk modellering för att stärka arbetet. Data samlades in i form av en litteraturstudie och intervjuer för att ge en holistisk representation av off-grid och dess koppling till elsystemet. Utöver litteraturstudie utfördes kompletterande modellering av hushållsanslutna, prosumeroch off-gridhushåll. Resultaten pekar mot scenarion där off-grid når nätparitet under de kommande två decennierna, vilket kommer att öka den ekonomiska rationaliteten för att investera i ett off-grid. Det finns det för närvarande inga ekonomiska skäl till att investera off-grid-applikationer med tanke på de relativt låga elkostnaderna i Sverige idag. Förhållandena visar dessutom löfte om att potentiella användare ser förbi ekonomin och har istället en stark vilja mot självständighet. Implikationer tyder emellertid på att det svenska elnätets höga tillförlitlighet och låga pris hindrar nya radikala innovationers förmåga att ta få fäste. Det är argumenterbart att den här studien har bidragit med att fylla forskningsgapet mellan socio-tekniska förändringar och tekno-ekonomiska projektioner inom elsystem. Samtidigt har studien bidragit till det vetenskapliga området kring socio-tekniska visat på möjligheten och fördelen i att kombinera teorier kring socio-teknisk förändring och tekno-ekonomiska förändringar. Dessutom kan det hävdas att resultaten av den här studie visar att konsumenten har en större roll i utvecklingen av applikationer utanför nätet än vad teorierna föreslår. Slutligen är elsystemet en komplex mekanism, och för att ytterligare stärka uppfattningen om hur en relativt ny applikation, som i fallet utanför nätet, kommer att påverka systemet föreslås lämpliga förslag för eventuell framtida forskning inom området.

I detta arbete kan du läsa om ett alternativ för den fasta inredningen i ett Tiny hus på hjul. Jag har i detta examensarbete även utforskat boende på liten yta och tittat på vad ett mindre boende kan göra för vår miljöpåverkan, vår ekonomi och våra beteenden.   I mitt projekt har jag skapat inredningsarkitekturen till ett minihem på hjul för två personer som är 14m2 + 4m2 bi-area. Huset är tänkt för året-runt-boende. Ett minihus är ett hem med ett litet miljömässigt fotavtryck som inte tar större plats än vad det verkligen behöver. I ett så litet hem måste de boende värdera och prioritera vad som verkligen är viktigt för dem. Inget annat får plats. Nästa gång du flyttar, flytta med hela ditt hem. / In this thesis you can read about an alternative for the interior architecture of a Tiny house on wheels. It also explores tiny living as a possibility for some of us and looks at what a small accommodation can make for our environment, our economy and our behaviours.   In my project, I have created the interior architecture of a tiny house for two people on wheels. The house is 14m2+ 4m2in the loft and it is designed for year-round-living. A tiny house is a home with a small environmental footprint that doesn’t take up more space than it really needs. In such a small home residents must evaluate and prioritize what is truly important to them. Nothing else will fit. Next time you move, move your entire home.

Syftet med detta examensarbete är att studera om scenariot off-grid är en potentiell riktning i framtidens svenska energilandskap, samt undersöka vad som kan driva en sådan utveckling. För detta examensarbete har en kvalitativ forskningsstrategi tillämpats, genom ett abduktivt förhållningssätt till funnen empiri och teori. En empirisk datainsamling har genomförts i form av semistrukturerade intervjuer med ett tiotal aktörer på den svenska elnätsmarknaden. Därefter har en tematisk analys utförts, där det empiriska materialet ställts mot teori. Studien påvisar att det idag finns flertalet faktorer som kan vara drivande för en utveckling mot ett off-grid elsystem. I studiens empiriska material går det att finna tecken på att flertalet informanter tror att en förändring av dagens svenska elsystem behövs. Dock hur troligt det är, att en sådan förändringsprocess sker, finner studien inga belägg eller grunder för. De faktorer som skulle driva utvecklingen mot ett elsystem som karaktäriseras som off-grid kan identifieras som prisutveckling, utveckling i andra sektorer, ändrad tariffsättning, decentralisering, lagstiftning, ökad popularitet samt exempel där off-grid har realiserats. / The purpose of this master thesis is to study whether the off- grid scenario is a potential direction in the Swedish energy landscape of the future, and to investigate what can drive such development. For this master thesis, a qualitative research strategy has been applied, through an abductive approach towards the found empirical material and theory. An empirical data collection has been carried out in the form of semi-structured interviews with ten actors in the Swedish electricity grid market. Subsequently, a thematic analysis has been carried out, in which the empirical material is set against the theory. The study shows that there today are several factors that can drive the development towards an off-grid electricity system in Sweden. In the study’s empirical material, it is possible to find signs that most informants believe that change in today’sSwedish electricity system is needed. However, how likely it is that such a change process will take place, the study finds no evidence for. The factors that would drive the development towards an electricity system characterized by off-grid can be identified as price development, development in other sectors, changed tariff set, decentralization, legislation, increased popularity and examples where off-grid has been realized.

Termen off grid är av stort intresse nuförtiden och tillämpas av många privata ägare såväl som företag. Att vara off grid innebär att kunna hantera energiförsörjningen, avlopp och vatten. Den utmanande aspekten av övergången till off grid är hanteringen av energiförsörjningen. Intresset för ämnet finns för att uppfylla FNs Agenda 2030 och Sveriges klimatplan för år 2040. Båda målen inkluderar en övergång från användningen av fossila bränslen till förnybara energikällor. I detta examensarbete undersöks möjligheten att omvandla en äldre gård från 1900-talet till ett off grid småhus med avseende på energianvändningen. Undersökningen utförs genom att värdera vilka renoveringsåtgärder behövs för att minska energiförluster och begränsa energibehovet, vilka tekniker och förnybara energikällor behöver tillämpas, hur mycket energi behöver framställa lokalt samt hur mycket överskottsenergi måste förvaras för att täcka energibehovet. Undersökningen baseras på en referensbyggnad som ligger i Ljungbyhed. Programmet VIP-Energy används för att ta fram energi- och effektbehovet för byggnaden. Efter de genomförda renoveringsåtgärder som innefattar tilläggsisolering, lufttätning, byte av fönster och dörrar och tillsättning av en uteluftsvärmepump på 17.6 kW har referensbyggnaden ett primärenergital som uppfyller kraven från BBR på 73 kWh/m2Atemp och år och ett Um-värde på0.156 W/m2K. Referensbyggnaden har ett totalt energibehov lika med 53 183 kWh vilket inkluderar 20448 kWh för värme och 32 735 kWh för el. I denna studien konstrueras tre olika fall som undersöks för att täcka energibehovet med hjälp av vindkraft i Fall 1, solkraft i Fall 2 och en kombination av båda i Fall 3. Ett vätelagringssystem väljs för att komplettera de konstruerade off grid systemen för att anpassa energiproduktionen till behoven genom att hantera både korttids- och säsongslagring. I Fall 1 krävs det en energiproduktion på 58 236 kWh av ett vindkraftverk med en vingspann på 16 m där 9 780 kWh behöver lagras i vätgassystemet för att täcka energibehovet. Fall 2 innefattar ett 20 m2 solfångarsystemet för att producera 14 321 kWh som täcker upp till 50% av värmeenergibehovet som inte täcks av värmepumpen. Solcellsystemet ska komplettera resterande energibehov vilket uppnås genom att täcka resten av takytan som resulterar i enproduktion lika med 57 373 kWh där 30 386 kWh ska sparas för att klara energibehovet. I Fall 3 täcks energibehovet med ett 10 m2 solfångarsystem med en värmeenergiproduktion på 7 161kWh, ett vindkraftverk med ett vingspann på 10 m som producerar 22 748 kWh och ett 140 m2 solcellssystem med en produktion på 32 388 kWh. Av denna mängden producerad energin från solcellssystemet behöver 19 779 kWh lagras för senare användning. / The term off grid refers to being disconnected from the electrical grid in addition to self-management of the water and sewer systems. The application of off grid houses contributesto fulfilling UN’s Agenda 2030 as well as Sweden's climate plan for year 2040, by supporting the transition from using fossil fuel to renewable energy sources. A challenging aspect of the off grid application is obtaining the required amounts of energy for heating and electricity. This thesis aims to investigate the possibility of transforming an old farm to an off grid house inregards to its energy consumption. The investigation is carried out by examining the renovation measurements needed, the amount of energy that can be produced by renewable energy sources and how much excess energy needs to be stored for later use. The research is based on a case study of a reference house located in Ljungbyhed. The program VIP-Energy is used to carry out calculations that will aid in obtaining data in regards to energy and effect needs. Three cases are constructed to evaluate the possibility of covering the energy demand by implementing either wind power, solar power or a system that includes a combination of both. A hydrogen storage system is chosen to complement the off grid systems constructed. In the first case a wind turbine with a wingspan of 16 m is required to cover the energy demand. Case number 2 involves a 20 m2 system of solar thermal collectors and a solar cell system that covers the rest of the roof area to supply the house with the energy needed. In Case 3, the energy demand is met by using a 10 m2 solar thermal collector system, wind turbine with a wingspan of 10 m and a 140 m2 solar cell system.

Examensarbetet som presenteras i denna rapport är ett delprojekt utfört i samarbete med Glava Energy Center och redovisar framtagningen av ett PV-system för den eldrivna båten Bowter. I rapporten utfördes en energianalys där solinstrålning i olika plan studerades och analyserades. Möjligheter att utöka antalet solceller baserat på båtens design undersöktes, där båtens horisontella badbrygga samt vertikala långsidor bedömdes vara de ytor som var lämpliga för placering. Förslag på konfigurationer av PV-systemet dimensionerades och den förväntade mängden genererad energi och laddning beräknades. Systemet som togs fram skulle enligt beräkningar i genomsnitt generera mellan 1,06–2,22kWh energi per dag och kosta omkring tio tusen kronor. Energianalysen visade att solceller placerade i 30–40° lutning i genomsnitt skulle kunna generera mellan 20–43 procent mer energi och laddning än den valda vertikala placeringen. Med båtens nuvarande design utan några möjligheter för placering av solceller i lutande plan går därmed denna potentiella mängd energi förlorad. Praktiska mätningar av energi via reflektioner från vattenytan visar heller inga övertygande tecken på att rädda upp för denna mängd förlorad energi. Simuleringar av det framtagna systemet genomfördes och jämfördes med det beräknade genomsnittet, vilket visade att man skulle kunna förvänta sig cirka 25 procent mer energi under klara förhållanden och 76 procent mindre energi under svåra väderförhållanden med långvariga och heltäckande moln. Av resultaten drogs slutsatsen att det mest praktiska alternativet för maximal systemeffekt är att möjliggöra placering av fler solceller i horisontellt plan via t.ex. en takdel och på den vägen erhålla ett mer pålitligt och förutsägbart resultat som både skulle vara mer effektivt samt ekonomiskt fördelaktigt i jämförelse med det framtagna systemet. / The thesis work presented in this report is a sub-project carried out in collaboration with Glava Energy Center and reports on the development of a PV system for the electric boat Bowter. In the report, an energy analysis was performed where solar irradiance in different planes was studied and analyzed. Opportunities to increase the number of solar cells based on the boat's design were investigated, where the boat's horizontal swim platform and vertical sides were determined to be the areas that were suitable for placement. Proposals for configurations of the PV system were sized and the expected amount of generated energy and charge capacity were calculated. According to calculations the proposed system would on average generate between 1.06–2.22kWh of energy per day and cost around SEK 10,000. The energy analysis showed that solar cells placed at an angle of 30–40° could on average generate between 20–43 percent more energy and charge than the chosen vertical placement. With the boat's current design without any possibilities for placing solar cells in an inclined plane, this potential amount of energy is lost. Practical measurements of energy via reflections from the water surface show no convincing signs of compensating for this amount of lost energy. Simulations of the proposed system were carried out and compared with the calculated average, which showed that one could count on about 25 percent more energy in clear conditions and 76 percent less energy in harsh weather conditions with long-lasting and overcast clouds. From the results, it was concluded that the most practical alternative for maximum system power is to enable the placement of additional solar cells in a horizontal plane via e.g. a roof section and in that way obtain a more reliable and predictable result that would be both more efficient and economically advantageous in comparison with the proposed system.

All types of electricity production have a negative impact on the environment, the most sustainable electricity is the one that never has been produced. If the West is to continue living with electricity and at the same time try to reduce the carbon footprints, there must be a change. In order to increase the use of renewable energy, off-grid installations are currently being produced for those houses that are far from civilization. But if you can connect to the grid electricity, what option is best from a sustainability perspective? This project therefore examines the possibilities for energy alternatives and aims to explore which option is most environmentally friendly based on the resources offered by the environment on Bornholm. Based on previous research and data, the conditions for electricity from the grid and an off-grid combination, are examined. The study begins with an in-depth literature study that deals with site data, technical aspects and life-cycle assessments of the energy alternatives that today can be used on Bornholm. Built on the analyses and measurements made on Bornholm's electrical mix and the off-grid system that works best given the conditions that the site has, it is concluded that electricity from the electricity grid is affecting the environment the least. / All elproduktion har en negativ inverkan på miljön. Det mest hållbara är att inte producera någon el. Om världen ska fortsätta leva med elektricitet och samtidigt försöka reducera koldioxidavtrycken måste det ske en förändring. För att öka användningen av förnybar energi tillverkas idag off-grid installationer för de hus som ligger långt från civilisationen. Om det finns möjlighet att ansluta till elnätet, vilket alternativ är då bäst ur ett hållbarhetsperspektiv? I detta projekt undersöks därför möjligheterna till olika energialternativ för trädtoppshus på Bornholm. Målet är att försöka bena ut vilket alternativ som är miljövänligast utifrån de resurser som omgivningen erbjuder. Utifrån tidigare forskning och data undersöks förutsättningarna för el dragen från elnätet, och el från en off-grid kombination. Studien börjar med en djupgående litteraturstudie som behandlar platsdata, tekniska aspekter och livscykelanalyser av de energialternativ som idag kan brukas på Bornholm, samt på olika typer av off-grid alternativ. Utifrån de analyser och mätningar som gjorts på Bornholms elmix, och det off-grid system som fungerar bäst med tanke på de förutsättningar som platsen erbjuder, blir slutsatsen att el från elnätet är det som påverkar miljön minst.

Det här arbetet gjordes i samarbete med organisationen Stockholm Tiny House Expo. Syftet med arbetet var att försöka ta fram en fungerande off-grid-lösning för uppvärmning och elproduktion, för en specifik typ av småhus med två våningar. Femton småhus kommer placeras på en flytande plattform i vattnet utanför Kastellholmen i Stockholm till en utställning år 2022. Simuleringarna utfördes på ett sådant hus under premissen att en eventuell lösning skulle vara applicerbar på samtliga småhus. Det var på förhand inte givet att en fullständig lösning skulle påträffas, eller vilken metod som skulle vara mest lyckad. Off-grid-lösningen undersöktes genom simuleringar i programvaran IDA Indoor Climate and Energy. Arbetet innefattade dimensionering av husets klimatskal, värmesystem samt system för elproduktion och energilagring. Först konstruerades en enkel modell av huset. Två olika värmesystem undersöktes. Den ena modellen använde en pelletspanna för värmeproduktion och den andra modellen använde en värmepump med sjövärme som värmekälla. I båda modellerna arbetade värmeproducenterna mot en ackumulatortank, vars vatten värmdes och sedan försåg husets tre radiatorer med varmvatten. Båda modellerna använde ett kompletterande FTX-system för uppvärmning. Målet med uppvärmningen var att på årlig basis förse huset med värme motsvarande dess effektbehov, för att hålla en jämn inomhustemperatur. Båda modellerna lyckades upprätthålla en medelinnetemperatur nära förvald temperatur på 21℃ _under höst och vinter. Ingen hänsyn togs till kylning av huset vilket resulterade i att innetemperaturen steg under sommaren. För elproduktion dimensionerades en solcellsanläggning som kompletterades med energilagringskapacitet från ett solcellsbatteri. Målet var att förse huset med en elenergi motsvarande en normal årsförbrukning för hus av den storleken samt elenergi för att driva ventilationssystemets fläktar. I värmepumpmodellen behövde även värmepumpen förses med elenergi vid drift. När hänsyn togs till energibalansen under ett år kunde ingen av modellerna förses med elenergi under hela vinterhalvåret. Detta berodde på att elförbrukningen var större än vad solcellsanläggningen tillsammans med batterilager tillförde systemet under samma period. Pelletsmodellen klarade av att vara off-grid under cirka åtta månader av året, med undantag för årets två första och sista månader. Värmepumpmodellen klarade endast av att vara off-grid under vår och sommar.

India is experiencing a bitter challenge in terms of water resources, with the lack of access to safe drinking water being attributed to nearly 200 000 deaths per year. The rural population is especially exposed as groundwater make up 85 % of their drinking water, with widespread contamination being reported. One source of contamination is fluoride, which has been identified in concentrations far beyond the recommended limit from the World Health Organization (WHO), causing severe health problems such as skeletal fluorosis. While India has made significant progress in providing households connections to the grid, electricity access remains unreliable, particularly in rural areas. Membrane distillation (MD) is a thermally driven water purification technology which achieves excellent fluoride reduction rates. Several systems with various combinations of technologies integrated with MD has been researched, where the use of photovoltaic thermal hybrid solar collectors (PVT) and heat pumps (HP) has been receiving increased attention as of late. These two technologies have, to the Author’s best knowledge, never been integrated together for MD, which is the basis of this thesis. With the goal of providing an average of 1000 L of potable water a day, three novel off-grid systems are created using the energy modeling software Polysun with weather data from Balasore, India. Two PVT models and three different HPs identified on the market are considered for the systems. The PVTs differ in terms of glazing, and the HPs have various heating capacities and max water supply temperatures, with one being an air source heat pump (ASHP) and two water source heat pumps (WSHP). One configuration of each combination of PVT and HP is created and optimized in terms of MD modules, battery storage capacity, and feed flowrate, evaluated based on the Key Performance Indicators (KPI) production cost, PVT area, and average daily yield. Furthermore, two different controller strategies are evaluated based on their average daily yield, where one prioritize a high coefficient of performance (COP) for the HP, and the other energy recovery from the MD. The final configurations are thereafter compared based on their production cost. Nine out of the ten final configurations achieve a production cost between 60 - 72 $/m3 after being optimized, which is within the reported range for MD but at the higher end. The larger WSHP achieves the lowest production cost at 60.1 $/m3 paired with the glazed PVT, having a gross area of 323 m2. The glazed PVT performs better than the unglazed for all configurations in terms of both production cost and PVT area. However, the cost of the larger WSHP is based on the $/kW of the smaller WSHP while the two PVTs are assigned an identical $/m2, resulting in the price difference between the products being the determining factor for the actual configuration with the lowest production cost. The lowest PVT area for the final configurations is 294 m2. The required PVT area to reach the production goal is heavily dependent on the amount of MD modules, HP heating capacity and max water supply temperature, and battery storage capacity. Only one configuration achieved a higher yield when energy recovery was prioritized, which supplied 20 % of that system’s thermal energy while not utilizing 61 % of the energy recovery potential. / Indien upplever en bitter utmaning med vattenresurser, där bristande tillgänglighet till säkert dricksvatten är attribuerat nära 200 000 dödsfall per år. Befolkningen på landsbygden är särskilt utsatt då grundvattnet representerar 85 % av deras dricksvatten, som till stor del rapporterats som förorenat. En föroreningskälla är fluorid, vilket har identifierats i koncentrationer långt över den rekommenderade gränsen av World Health Organization (WHO), som leder till allvarliga hälsoeffekter som skelettfluoros. Även fast Indien har gjort stora framsteg inom elnätsanslutningar för hushåll, är elektricitetstillgången opålitligt, speciellt på landsbygden. Membrandestillation (MD) är en värmedriven vattenreningsteknik som uppnår utmärkta reduktionsnivåer av fluorid. Det har forskats om flera system med olika kombinationer av tekniker integrerade med MD, där användningen av hybridsolpaneler (PVT) och värmepumpar (HP) har fått ett ökande intresse på sistone. Dessa två tekniker har, till författarens bästa kännedom, aldrig blivit integrerade tillsammans för MD, vilket är grunden för denna uppsats. Med målet att uppnå en genomsnittlig dricksvattenproduktion på 1000 L per dag, har tre egenartade system skapats i energimodelleringsprogrammet Polysun med väderdata baserad på Balasore, Indien. Två PVT modeller samt tre olika värmepumpar är identifierade på marknaden och implementerade i systemen. PVT modellerna skiljer sig i främst i relation till glasering. Värmepumparna har olika värmekapaciteter samt övre gräns på levererad vattentemperatur, varav en är en luftvärmepump (ASHP) och de två resterande vattenvärmepumpar (WSHP). En konfiguration av varje kombination av PVT och HP skapas och optimeras i relation till MD moduler, batterilagring, och flödeshastighet, som utvärderas med prestandaindikatorerna (KPI) produktionskostnad, PVT yta, samt genomsnittlig dricksvattenproduktion. Två olika kontrollstrategier undersöks även baserat på dricksvattenproduktionen, där en strategi prioriterar en hög prestationskoefficient för HP, och den andra energiåtervinning från MD. De slutliga konfigurationerna jämförs sedan baserat på deras produktionskostnader. Nio av de tio slutliga konfigurationerna uppnår en produktionskostnad mellan 60 - 72 $/m3 efter optimeringen, vilket ligger inom det rapporterade intervallet men på den dyrare sidan. Den större WSHP uppnår den lägsta produktionskostnaden på 60.1 $/m3 i kombination med den glaserade PVT, som omfattar en bruttoarea på 323 m2. Den glaserade PVT presterar bättre än den oglaserad för alla konfiguration sett till produktionskostnad samt PVT area. Dock så är kostnad på den större WSHP baserad på $/kW kostnaden för den mindre WSHP, samt att båda PVT är tilldelade en identisk $/m2 kostnad. Detta leder till att den avgörande faktorn för den faktiska konfigurationen med lägst produktionskostnad är prisskillnaden mellan produkterna. Den lägsta PVT arean för de slutgiltiga konfigurationerna är 294 m2. Den nödvändiga PVT arean för att uppnå produktionsmålet är starkt beroende av mängden MD moduler, batterilagringskapacitet, samt värmekapacitet och övre gräns på levererad vattentemperatur för HP. Endast en konfiguration uppnår en större vattenproduktion när energiåtervinningprioriteras, där 20 % av systemets totala värmeenergi kom från energiåtervinning samtidigt som 61 % av den potentiella energiåtervinningen ej utnyttjas.

The global EV stock is expected to increase from 7.2 million in 2019 to nearly 140 million vehicles by 2030. So, the demand for the battery also increases due to the increase in the number of EVs. In any EV, battery degradation is an unavoidable phenomenon and EV batteries are assumed to arrive at their end-of-life in EV application when the state of health reaches 80 %, repurposing the eligible EV batteries after end of first life is expected to extend their lifetime by another 5-15 years in the second life applications.  This thesis aims to conduct a techno-economic study on the usage of second life EV batteries as an alternative storage option in off-grid PV systems compared to lead-acid batteries and new Li-ion batteries. A single-family house with an annual demand of 2245 kWh/year located in Athens was chosen as the primary location, the off-grid PV system is pre-sized for Athens and based on the pre-sizing results and what is state of art in the market. The system components were chosen for system design (4 kW bi-directional inverter, 2.9 kW PV array, 7.2 kW genset and three battery bank options i.e., 16.5 kWh of lead-acid, 8 kWh new Li-ion and 12.6 kWh of second life EV battery). PV off-grid system with different storage options is simulated using HOMER for both locations and the results are compared.   The simulation results show that the designed off-grid PV system can reach a solar fraction of 90 % in Athens and 73 % in Gotland when 16.5 kWh of lead-acid batteries are used with an allowed depth of discharge of 50 %. When a new Li-ion battery of 8 kWh with an allowed depth of discharge of 80 % is used then the achievable solar fraction is 84 % in Athens and 71 % in Gotland, When the second life EV battery of 12.6 kWh with an allowed depth of discharge of 60 % is used then the achievable solar fraction is 90 % in Athens and 74 % in Gotland. Sensitivity analysis is performed on the depth of discharge and results showed that the solar fraction can be increased by allowing the battery to discharge more, but it also decreases the battery lifetime.   The simulation results also show that the net present cost was lower in Athens for all the reference cases compared to Gotland. Net present cost and levelized cost of electricity for the off-grid system are 25.3 k€, 0.9 €/kWh in Athens and 29.2 k€, 1.0 €/kWh in Gotland when a lead-acid battery is used. When a new Li-ion battery is used then 26.2 k€, 0.9 €/kWh in Athens and 29.3 k€, 1.0 €/kWh in Gotland, when the second life EV battery is used then 26.7 k€, 0.9 €/kWh in Athens and 30.7 k€, 1.1 €/kWh in Gotland.   Overall, the net present cost and levelized cost of electricity are lower in Athens in all cases compared to Gotland. For the reference house in Athens, lead acid battery system has shown slightly lower net present cost than new Li-ion battery and second life EV battery. For the reference house in Gotland, both lead acid battery and new Li-ion battery system have shown similar net present cost and they are slightly lower than second life EV battery.   Also, the second life EV battery levelized cost of electricity is fairly comparable to the new Li-ion and lead acid battery system. In future, the massive inflow of used batteries from EV are expected to be available on the market for the second life application at a lower price than today. Thus, in future, second life EV batteries can become economically viable.

Previous studies have shown that provision of sustainable electricity supply to rural households is essential to bring development to off-grid populations. For this reason, most developing countries put large efforts into rural electrification programs to stimulate development and reduce poverty. However, to be sustainable these programs need to recover costs, which poses a challenge to remote low income populations.  This often forces governments and other institutions involved in rural electrification to subsidize the electricity production. It also affects the choice of technology and places a barrier on the level of energy provided in line with the ability to pay for services. As a result of this, most programs have failed to achieve the desired objectives, as the technologies used often do not support income generating activities that could increase the payment capabilities of the beneficiaries and contribute to development. This thesis is focused on the rural electrification program of South Africa, the country in sub-Saharan Africa that has the highest access to electricity. It investigates the success elements that influence the sustainability of rural electrification programs and their contributions to socio-economic development. This was achieved by evaluating the South African program that provides solar home systems to off-grid communities, and a hybrid solar-wind mini-grid project in South Africa. The study also draw lessons from other rural electrification programs in neighbouring countries, i.e. an evaluation of a hybrid solar-diesel mini-grid system in Namibia, and a review of two systems, a hybrid solar-biomass mini-grid project in Botswana and a hydro mini-grid program in Lesotho. The study revealed that hydro based hybrid mini-grid systems provide the most cost effective way of bringing energy services to rural settlements. Regardless of technology, successful programs depend on adequate support from the government, implementation of a progressive tariff system that allows the high consuming high income earners and businesses, to cross subsidize the low consuming , low income users. It shows that it is more likely for rural electrification programs to survive if the design considers the existing businesses, population growth and the corresponding load increase. The thesis further shows that provision of sufficient energy to induce income generating activities is essential to decrease the need for subsidies and to ensure the sustainability of programs. In addition, availability of spare parts and a capable management team is essential for the successful operations and maintenance of these systems.