The grid connected solar PV system with battery storage is one of the promising alternativeenergy solutions for electricity consumers. The Local System Operator (LSO) will be a newactor to operate its own energy system by integrating PV and battery system with other technicalsolutions. This thesis investigates the technical and economic viability of a grid connected PVsystem with battery storage in behind-the-meter approach for aggregated residential load toassess the LSO model for the present conditions in Sweden.The system model is developed using the System Advisory Model (SAM) – a simulationsoftware for renewable energy system analysis. The PV system model is designed using solarirradiation profile and fifty multi-dwelling aggregated residential load data from Sweden. Theappropriate design inputs of solar PV module, inverter and system loss are taken from previousstudies. The electricity price is analysed from the comparative study of Nord-pool wholesaleprice, market retail price and distribution grid tariffs. The financial metrics such as discountrate, inflation rate, system cost and currently available PV incentives are considered to make anaccurate model. To help with the assessment, three cases are formed; the first case representsonly the PV system and the other cases include storage - using a lithium-ion or lead-acid battery.This comparative study helps to determine the optimum PV and battery size at two differentlocations in Sweden.The optimum net present value (NPV) and profitability index (PI) is found at the 40 kW PVand 3 kWh battery system at Karlstad, Sweden. The optimum case is considered for furtherinvestigation to evaluate the system life time energy profile, electricity bill saving capabilityand battery performance. The system peak shaving potential is investigated by making twoother scenarios with higher battery capacity. Sensitivity analysis is also performed to assess thesystem’s technical and financial input parameters. The system capacity factor at the site locationis found as an influential parameter to the annual production and profitability. The optimumsize of PV system with a lithium-ion battery investment is found feasible for the LSO realimplementation only considering the current PV incentives and electricity price in Sweden. Thereport concludes with the assessment, the technical and economic feasibility of the studied PVand battery storage system profitability depends on the system site location, residential loadsize, consumer electricity cost and available PV incentives. / solcellsystem (PV) med batterilagring är en lovande alternativenergilösning förslutkonsumenten. Den 'local system operator', LSO, blir en ny aktör som driver egetenergisystem genom att integrera PV- och batterisystem med andra tekniska lösningar. Dennaavhandling undersöker det tekniska och ekonomiska genomförbarhetet i ett nätanslutet PVsystem med batterilagring i 'bakom mätaren' scenario för aggregerade bostäder i ettflerbostadshus, för att urvärdera LSO modellen.Systemmodellen är utvecklat med 'system advisory model' (rådgivande modell), SAM, ettsimuleringsprogram för förnybara energisystem. PV systemparametrarna beräknas med hänsyntill väderprofiler och lastdata från Sverige. Lämpliga parametrar för solcellsmoduler, omriktareoch systemförluster tas från tidigare studier. Slutkonsumenternas elpriser analyseras frånjämförande studie av NordPool grosshandelspris, konsumentpris och distributionnätstariffer.Finansiella mått såsom system kostnad, rabatt och inflationstakten och tillgängliga incitamentför PV investeringar används för att göra modellen noggrannare. Tre fall undersöks; det förstarepresenterar systemet med bara PV, och de övriga fallen lägger till lagring, genom antingenlitiumjon eller bly-syre batterier. Denna jämförande studie är ett underlag för att bestämma denoptimala PV och batteristorleken för anläggninar på två olika område i Sverige.Den optimala netto nuvarande värde (NPV) och lönsamhet index (PI) är på 40 kW PV systemetoch 3 kWh batteri på Karlstad, Sverige. Ytterligare undersökning av detta fall används för attutvärdera energiprofilen under systemets livstid, möjlighet till minskad elräkning, och batterietsprestanda. Potential för utjämning av systemets topplast utreds genom att skapa två andrascenarier med högre batterikapacitet. Känslighetsanalys utförs också för att bedöma de tekniskaoch ekonomiska parametrarna. Den optimuma storleken på PV system med ett litium-jonbatterifinns rimligt för LSO riktiga genomförande med tanke på incitamenten. Simuleringsresultatenoch systemkonsekvenserna av LSO modellen diskuteras. Rapporten visar att den tekniska ochekonomiska genomförbarheten av det studerade PV systemet med litium-jon batteri beror påslutkonsumentelpriset, PV incitament och globala trender i kostnaderna försystemkomponenter, samt på valet av lämplig plats med en effektiv analys av väder profil ochsystemetförluster.

As we are moving towards a future carbon-neutralsociety, development of residential microgrids attracts much attentionaround the world with its efficient utilization of renewableenergy. A residential microgrid is a small power system fora house, which consists of a solar photovoltaic (PV) source,a battery storage, residential loads, and an interface to thegrid. In this paper, a hybrid AC-DC microgrid is proposed,studied and simulated in Matlab/Simulink. A coordinated controlstrategy is developed so that the PV converter is controlledto maximize its power generation, the battery converter iscontrolled to stabilize the system with the battery state of chargeconstraints, and an interlinking converter is controlled to decidethe connection/disconnection and the power flow with the grid.The simulation results show the effectiveness of the proposedsolution under various operating conditions. / I det här pappret föreslås, studeras ochsimuleras ett hybrid-anpassat lokalt självförsörjande elnät iSimulink och Matlab. Solpaneler utgör den distribueradeförnyelsebara energikällan i nätet. Panelerna styrs med enMPPT-algoritm för att maximera kraftgenereringen. Batterietsladdningstillstånd används i det designade batterilagringssystemetför att garantera lång livstid och för att fatta beslut omladdning och urladdning. Kraftöverföring mellan ACoch DCnätverk sker via en dubbelriktad omvandlare. Det konstrueradehybridnätet fungerar självständigt samt vid sammankopplingtill huvudnätet. Ett koordinerat kontrollsystem implementerasför att möjliggöra kommunikationen mellan lokalnätets olikadelar. Resultaten från simuleringstestet visar att det föreslagnanätet uppfyller stabilitetskrav och god funktion under varierandedriftstillstånd. / Kandidatexjobb i elektroteknik 2021, KTH, Stockholm

Sammanfattning Mer än en fjärdedel av Indiens befolkning motsvarande 311 miljoner människor saknar elanslutning. Det allra flesta av dem bor i fattigar landsbygden. Indien är även en av dem största producenterna av lök i världen där staten Maharashtra står för 30 % och distriktet Nashik för 60 %. Gällande förvaringen av lök på landsbygden i Nashik, i området Sinnar, är det ett problem. Under perioder med hög temperatur och hög luftfuktighet i distriktet ruttnar lökarna som förvaras som resultat kan inte bönderna sälja sina lökar på marknaden och allt slängs. Med hjälp av den icke-statliga organisationen Yuva Mitra i Indien och Mälardalens Högskola har detta arbete kunnat utföras till följd att hjälpa bönderna. Syftet med detta arbete har varit att komma med ett förbättringsförslag av nuvarande förvaringslager till lökarna. Främst att bönderna ska kunna bevara sina lökar i gott skick och öka deras livslängd så att dem kan användas och säljas till marknaden framöver. Fältstudier gjordes i Sinnar under två månader där det ingick intervjuer med bönder, producentföretag, chefer på ” National bank for agriculture and rural development” (NABARD) och kyl företag i både Sverige och Indien. Observationer gjordes också på tre olika förvaringslagrar och andra jordbruksfält i både byn Vadangali och Wadgaon. Beräkningar på en kyleffekt gjordes i Sverige med hjälp av en beräkningsmall, för kylbehovsberäkning av kyllager, och med hjälp av litteraturstudier. Programmet PVsyst användes för att beräkna hur stort ett solcellssystem krävs för att driva en kompressorkylmaskin. Revit användes för ritning av en exempel modell på ett kyllager med bestämt material och mått. Ekonomisk utvärdering utfördes för att se investeringskostnaden och återbetalningstiden. Ett förvaringslager i byn Vadangali valdes för detta arbete som utpunkt för förbättring. Lagret har en area på 105 m2, volym på 420 m3 och rymmer maximalt 50 ton lök. Förvaringstiden är på 8 månader mellan mars och oktober månad. Materialet som används idag är av lokalnivå, trä längder, plåt och stålgaller, lagret är sponsrat av regeringen och kostade cirka 35 500 kr. Arbetet inkluderade utformandet av ett kyllager med en kompressorkylmaskin driven av ett fristående solcellssystem. Det föreslagna kyllagret har samma area som det nuvarande, dock en annan volym på 525 m3, och är dessutom utformat för att klara av en inomhustemperatur på 0°C. Detta kräver en kyleffekt av 20 kW samt en soleffekt av 18,48 kW med arean 153 m2 på solpanelen som skall placeras på marken med hjälp av en ställning. Solpanelens ska även placeras med en riktning mod syd och ha en vinkel på 20 grader för att uppnå maximal effekt. Två resultat åstadkoms av detta arbete varav ena är ett självbyggt kyllager med ett solcellssystem, och den andra en prefabricerad kyllager med ett kylaggregat med samma solcellssystem. Som slutsats av detta arbete är bästa lösningen med lägst investeringskostnad och återbetalningstid en prefabricerad kyllager med kylaggregat och ett solcellssystem som ska driva kompressorn med elenergi. Den totala investeringskostnaden med bidrag och lån från NABARD för ett sådant system kommer att kosta 240 633 kr vilket motsvarar en återbetalningstid på 4 år. Nyckelord: Kyllager, solcellssystem, solenergi, kompressorkylmaskin, Yuva Mitra, lök, producentföretag, landsbygdsutveckling, jordbruk, förvaringslager / Abstract India is one of the largest producers of onion in the world, which means that there is a great demand of storage facilities for the harvested onions. Indian onion farmers usually don’t use cold storage for their onions because of lack of electricity in the rural areas. During periods of high temperature and high humidity large quantities of stored onions rot. This results in much of the produce being wasted as the rotten onions cannot be sold to the market. This is a serious problem to the farmers in Nashik, situated in a block called Sinnar. The non-government organization Yuva Mitra in Nashik is supporting farmers to improve their storage of onions. Malardalens University has been asked to assist the NGO with this, therefore this work has been carried out to investigate how to improve the cooling of harvested onions, in order to improve the situation for the onion farmers. The aim of the study was to investigate cost- and energy effective solutions to provide electricity to the farmers, using solar power, allowing the farmers to build a cold storage. The purpose of this work has been to present a suggestion for improvement of an existing warehouse that currently is used by the onion farmers in Nashik. The main purpose is to provide a solution to the farmers that allows them to preserve their onions in good condition and increase the onions lifetime so that more onions can be sold to the market. Field studies were made in Sinnar, including interviews with farmers, the producer companies, managers at "National Bank for Agriculture and Rural Development" (NABARD) and cooling companies in both Sweden and India. Calculations of cooling effect were made in Sweden using a calculation template, for cooling calculations of cold storage, and with the help of literature. The solar program, PVsyst, was used to calculate how big a PV system has to be to operate a compressor chiller. The Revit program was used to draw a model example of a cold storage with selected materials and dimensions. An economic evaluation was conducted to determine the investment cost and payback period. The suggested cold storage has the same area as the current storage facility of ​​105 m2, but a larger volume of 525 m3. The suggested storage can accommodate a maximum of 50 tons of onions. It is designed to hold an indoor temperature of 0°C, which requires a cooling capacity of 20 kW and solar power of 18,48 kW with a solar panel area of ​​153 m2 to be placed with a position on the ground facing south at an angel of 20 degrees. The results show that the total investment with grants and loans from NABARD for such a system will be 240 633 SEK, which corresponds to a payback period of 4 years. The best solution with the lowest investment cost and with the lowest payback period is a prefabricated warehouses, which has chillers and a solar system to drive the compressor with electrical energy. Keywords:    cooling storage, PV-system, solar energy, compressor chiller, Yuva Mitra, onion, Producer Company, rural development, agriculture, warehouse

In this thesis the potential benefits of combining a photovoltaic (PV) system with a battery storage are investigated. The thesis is conducted at the company WSP in Uppsala and the aim is to design a PV system for the new city bus depot that is planned to be built in Uppsala, estimate the PV system capacity and investigate whether a battery storage can increase the self-consumption of the system. The results of this study are that the most appropriate installation of the PV modules is to place them horizontally on the roof and by that one can achieve an installed power of 715 kWp and a total annual electricity production of 871 MWh. This corresponds to a self-sufficiency of 29 % and a self-consumption of 92 %, which indicate that overproduction of electricity sometimes occurs. How different battery storages, based on both lead-acid and lithium-ion batteries, affect the system is evaluated by developing a battery model in MATLAB. From the results of the battery model it is concluded that battery storages with a capacity of 0.3–0.8 kWh/kWp are most suitable to combine with the PV system and this applies to both lead-acid and lithium-ion batteries. The interval 0.3–0.8 kWh/kWp corresponds to battery capacities of 200–600 kWh and the self-consumption increases to 93–94 % for the lead-acid battery storages and to 93–95 % for the lithium-ion battery storages. The economic analysis show that it is generally more profitable to increase self-consumption of self-produced PV power than to sell it to the grid. However, the high costs that are associated with the battery storages eliminates the economic benefits of the increased self-consumption of PV power. Therefore, it is not considered possible to justify the installation of a battery storage at the bus depot.

This work examines the local distribution system in two residential areas in two Swedish towns, Oxelösund and Karlskrona, and studies how integration of PV systems and electric vehicle (EV) charging stations (CS) will affect the present distribution system. The research questions focus on the economic feasibility of a LVDC system, how it compares to a traditional LVAC (low voltage alternating current) system from an economic and technical perspective, and the possibilities a LVDC system brings to other DC component applications. The Swedish government aims to have a fossil-free vehicle fleet by 2030 and one of the measures is no fossil-fuel burning vehicle will be produced and sold in Sweden. This means the number of CS, and the charging infrastructure around these, need to be developed, to contribute to this goal and sustain this transformation. A connected issue is that updates on the regulations for non concession-regulated networks (IKN) in January 2022 extended the basic preconditions and allows possibilities for energy sharing between buildings. The new regulations are also in favor of micro-production and contribute to more decentralised systems. Connections of Renewable Energy Sources (RES) to the distribution system are expected to increase in the coming years. Grid-connected solar PV systems in Sweden have increased by 56% between 2019 and 2020, and at the same time EVs are becoming more apparent on the roads. These DC-(direct current) based technologies, and the possible need to strengthen local networks to accommodate new sources and loads, are bringing new opportunities for low voltage direct current (LVDC) based distribution systems. To answer the research questions, two different models with different concepts, parallel pure DC and parallel AC/DC, were built in simulation software. The conclusion of this study is that a traditional LVAC system is preferable over pure DC system from both economic and technical perspective for already connected areas, such as the two areas in this project. A parallel pure DC system might be preferable in newly built areas with substantial PV and EV, where exchange is wanted between buildings with separate AC grid connections. / Detta examnesarbetet undersöker det lokala distributionssystemet i två bostadsområden, i Oxelösund och Karlskrona. Arbetet fokuserar på hur (nya) anslutningar av solceller och laddstationer för elfordon (CS) kommer att påverka det nuvarande distributionsnätet i områdena. Forskningsfrågorna fokuserar på den ekonomiska genomförbarheten av ett LVDC-system, och hur det är jämfört med ett traditionellt LVAC-system (lågspänningsväxelström) ur ett ekonomiskt och tekniskt perspektiv, samt vilka möjligheter ett LVDC-system kan bidra med till andra DC-komponenttillämpningar. Den svenska regeringen ämnar ha en fossilfri fordonsflotta år 2030 och en av åtgärderna till målet är att sluta producera och sälja fossildrivna fordon i Sverige. Det innebär att antalet CS samt en laddingsinfrastruktur behöver utvecklas för att kunna bidra till målet och upprätthålla omställningen. De senaste uppdateringarna i regelverket för icke koncessionspliktiga nät (IKN) i januari 2022 vidgade de grundläggande förutsättningarna och bidrog till större möjligheter till energidelning mellan flera huskroppar. Det nya regelverket gynnar mikroproduktion och bidrar också till mer decentraliserade system. Anslutningar av RES till distributionsnätet förväntas öka under de kommande åren. Nätanslutna solcellsanläggningar i Sverige ökade med 56% mellan 2019 och 2020, samtidigt som det blir fler och fler elbilar på vägarna. Dessa DC-(likströms) baserade teknik kan öppna upp nya möjligheter för ett lågspänningslikström- (LVDC) baserad distributionssystem. För att besvara forskningsfrågorna byggdes två olika modeller med olika koncept, parallell ren DC och parallell AC/DC i simuleringsprogram. Slutsatsen av denna studien är att ett traditionellt LVAC-system är att föredra framför rent DC-system ur både ekonomiskt och tekniskt perspektiv för redan anslutna områden, som de två områdena i detta projekt. Ett parallellt rent DC-system kan vara att föredra i oanslutna områden, dvs nya bostadsområden under utveckling.

About a third of Mozambique’s population has access to electricity, and the same number in rural areas, where most of the population lives, is down to 5 %. Small-sized off-grid solutions are economical alternatives to increase the electricity access rate in rural areas, and solar power is a common energy source due to price and weather conditions. Still, the economical aspect is the main hindrance to an increased electrification rate in Africa. This report aims to investigate how to make electricity affordable, in a sustainable way, by answering the main research question “What is the capability, economically, socially, and technically, for a shared nano off-grid system in the village Linga Linga?”. This was done by performing a Minor Field Study in the village Linga Linga, in southern Mozambique, with the help of the non-profit organization Project Vita. A collective nano-grid photovoltaic (PV) system was installed to electrify three households, including nine houses and eleven people, where the wage earners are all women. Before the construction and installment of the PV system, the first round of two interviews was conducted to investigate the energy situation for the households. After the interviews, the main components of the energy system: PV panels, inverter, charge controller, batteries, and cables, were sized and purchased. The energy system was sized to cover an energy demand of eleven Light-Emitting Diode (LED)-lights, four 3 W and seven 5 W, lit all day and all night, and three outlets for charging cell phones eight hours a day. This corresponds to an energy demand of 1,369 Wh per day, and a maximum power demand of 77 W. The resulting system cost is 87,570 Mozambique Metical (MZN), or 1,400 United States Dollars (USD). When calculating the technical lifetime to be 20 years, three of the main components must be replaced. That results in a system cost of 122,470 MZN, 1,960 USD, and the cost per wage earner of the participating households is 4.3 % of the average Mozambican’s annual salary. After the system had been running for about a week, the second round of interviews was carried out. On the same occasion, the households were informed about the maintenance and usage of the system, and they were handed manuals and contracts to sign. The interviewees reported that they had been working for more hours a day, handicrafts being their main source of income, thanks to the electric lights. The women were positive about collective ownership and sharing electricity and stated that they prefer a collective system to separate ones, even for the same cost. The interviews showed that the energy demand was lower than what the system was sized for, meaning that a system designed for the actual energy demand would have been both cheaper and smaller. However, the energy behavior could change with time as society develops and the users get more familiar with electricity. No clear answers were obtained regarding the willingness to pay (WTP) for the system, and the interpretation is that the household, in their current situation, cannot consider buying an energy system comparable to the prototype built for this report, due to the system cost. A collective solar nano-grid in rural Mozambique is concluded to be a well-functioning solution and one of the more economical electrification alternatives. Although the prototype in this study was too expensive for the participating households to pay for by themselves, it could support sustainable development and open for possibilities like increased productivity and income. Moreover, it could be expanded by connecting more loads and upscaling to further cut the system cost per person and increase the societal benefits. / Ungefär en tredjedel av Moçambiques befolkning har tillgång till elektricitet, och motsvarande andel på landsbygden, där majoriteten av befolkningen bor, är 5 %. Mindre off-grid lösningar är ekonomiska alternativ för att elektrifiera landsbygden, där solkraft är en vanlig energikälla på grund av det relativt låga priset och väderförhållandena med goda förutsättningar. Den ekonomiska aspekten är dock fortfarande det främsta hindret för att öka Afrikas elektrifieringsgrad. Den här rapporten syftar till att undersöka hur elektricitet kan göras tillgänglig för alla, på ett hållbart sätt, genom att besvara frågeställningen ”Vad är möjligheterna, ekonomiskt, socialt, och tekniskt, för ett delat nano off-grid system i byn Linga Linga?”. Detta utreds genom att genomföra en Minor Fields Study i byn Linga Linga i södra Moçambique med hjälp av välgörenhetsorganisationen Project Vita. Ett nano-nätsystem drivet av solceller installerades, innefattande tre hushåll med nio hus och elva personer, med endast kvinnliga inkomsttagare. Innan byggnationen av solcellssystemet genomfördes intervjuer för att undersöka hushållens energisituation. De mest fundamentala systemkomponenterna; solcellspaneler, växelriktare, solcellsregulator, batterier och kablar, dimensionerades och införskaffades efter intervjuerna. Energisystemet utformades efter ett energibehov på elva Light-Emitting Diode (LED)-lampor, varav fyra 3 W och sju 5 W, tända dygnet runt, och tre uttag för att ladda mobiltelefoner åtta timmar om dagen. Detta motsvarar ett energibehov på 1,369 Wh per dag, och ett maximalt effektbehov på 77 W per dag. Den resulterande systemkostnaden är 87 570 Mozambique Metical (MZN), eller 1 400 United States Dollar (USD). För att räkna om systemkostnaden för en teknisk livslängd på 20 år måste tre av systemets huvudkomponenter bytas ut, vilket resulterar i en systemkostnad på 122 470 MZN, 1 960 USD. Kostnaden per inkomsttagare i de deltagande hushållen utgör då 4,3 % av den årliga moçambikiska medelinkomsten. När solcellssystemet varit i gång i en vecka utfördes en andra omgång intervjuer. I samband med detta informerades hushållen om skötsel och användning av systemet, och mottog manualer och kontrakt. Det framkom att kvinnorna, tack vare den elektriska belysningen, hade kunnat arbeta längre på kvällarna med sina hantverk - deras främsta inkomstkälla. De var positiva till det kollektiva ägandet av systemet och sade sig föredra ett delat system framför varsitt separat, även för samma kostnad per person. Intervjuerna visade att hushållens energikonsumtion var mindre än systemet var designat för. Ett system anpassat efter det verkliga energibehovet hade därmed blivit både mindre och billigare. Energianvändandet kan dock förändras i takt med samhällsutveckling och användarnas bekantskap med elektricitet. Inga tydliga svar angående betalningsvilja (WTP) för systemet mottogs, och tolkningen är att hushållen, i deras nuvarande situation, inte kan tänka sig köpa ett energisystem som är jämförbart med studiens prototyp, på grund av den höga systemkostnaden. Ett soldrivet kollektivt nano-nät på Moçambiques landsbygd bedöms vara en välfungerande elektrifieringslösning och ett av de mest ekonomiska elektrifieringsalternativen. Fastän studiens prototyp var för dyr för att de deltagande hushållen kan det ses stödja en hållbar utveckling genom att öppna upp för möjligheter såsom ökad produktivitet och inkomst. Systemet skulle även kunna expanderas genom att koppla in fler eller större last, och byggas i större skala för att dra ner systemkostnaden per person och öka samhällsnyttan.

Access to energy is an important part in the development of most countries and societies, linked to both social and economic growth. Nevertheless, 70% of the population in sub-Saharan Africa does not have access to electricity, which brings consequences to several of these areas. A country to which this largely applies is Mozambique, where the percentage of the country's population that had access to electricity in 2021 was only 31.5%. Working towards the goal of electrifying the least developed countries in a sustainable way, solar technology is believed to have potential to play a vital role, as 60% of the best terrestrial-based global solar resources of the world are located in sub-Saharan Africa. Mini-grids and solar off-grid solutions can further help address the issue of lack of electricity access, especially in rural areas. In previous studies carried out in the village Linga Linga in Mozambique, off-grid solar solutions have been implemented for a small energy demand. With the intention of giving a larger part of the village’s population access to energy services such as light, phone charging and computer access, this thesis will investigate and design an off-grid PV system for a community center in the village. The main research question that will be answered in this report is "How can solar energy be used to supply a community center in the village Linga Linga with a low-cost, reliable and sustainable electricity supply?". To answer the research question, relevant data and information were collected through a literature study on the situation in Mozambique, off-grid PV systems and on PV system components such as inverters, batteries, PV panels and charge controllers. Interviews were also carried out in the village to be able to calculate the expected energy demand of the community center. The community center’s daily energy demand for weekends was estimated to be the highest, at 7 544 Wh with a maximum power demand of 1 230 W. To meet this requirement, the main components were dimensioned so that the system had a maximum power of 2 000 W, a battery storage capacity of 750 Ah and a system voltage of 24 V. For this system, the approximate total cost of the main components was calculated to 56 120 SEK. / Tillgång till energi är en viktig del i utvecklingen av de flesta länder och samhällen, kopplat till både social och ekonomisk tillväxt. Ändå har 70% av befolkningen i Subsahariska Afrika inte tillgång till el, vilket får konsekvenser för flera av dessa områden. Ett land som detta till stor del gäller är Mozambique, där andelen av landets befolkning som hade tillgång till el 2021 endast var 31.5%. I arbetet mot målet att elektrifiera de minst utvecklade länderna på ett hållbart sätt tros solteknik ha potential att spela en avgörande roll, eftersom 60% av världens bästa jordbaserade globala solresurser finns i Subsahariska Afrika. Mininät och solenergilösningar utanför nätet kan ytterligare hjälpa till att lösa problemet med bristande tillgång till elektricitet, särskilt på landsbygden. I tidigare studier utförda i byn Linga Linga i Mozambique har off-grid solenergilösningar implementerats för att tillgodose energibehov för små system. Med avsikten att ge en större del av byns befolkning tillgång till energitjänster som ljus, telefonladdning och datoråtkomst, kommer detta examensarbete att undersöka och designa ett off-grid solcellssystem för ett kultur- och fritidscentrum i byn. Den huvudsakliga forskningsfrågan som kommer att besvaras i denna rapport är "Hur kan solenergi användas för att förse ett kultur- och fritidscentrum i byn Linga Linga med en låg kostnad, pålitlig och hållbar elförsörjning?". För att svara på forskningsfrågan samlades relevant data och information in genom en litteraturstudie om situationen i Mozambique, off-grid solcellssystem och om systemkomponenter såsom växelriktare, batterier, solpaneler och laddningsregulatorer. Intervjuer genomfördes även i byn för att kunna beräkna det förväntade energibehovet för kultur- och fritidscentrumet. Kultur- och fritidscentrumets dagliga energibehov för helger uppskattades vara högst, 7 544 Wh med ett maximalt effektbehov på 1 230 W. För att möta detta krav valdes huvudkomponenterna så att systemet hade en maximal effekt på 2 000 W, en batterilagringskapacitet på 750 Ah och en systemspänning på 24 V. För detta system beräknades den ungefärliga totalkostnaden för huvudkomponenterna till 56 120 SEK.

En raison de la demande croissante d’énergie dans le monde et des nombreux dommages causés par l’utilisation des énergies fossiles, la contribution des énergies renouvelables a augmenté de manière significative dans le mix énergétique global dans le but de progresser vers un développement plus durable. Dans ce contexte, ce travail vise à l’élaboration d’une méthodologie générale pour la conception de systèmes photovoltaïques, basée sur les principes d’écoconception, en tenant compte simultanément des considérations technico-économiques et environnementales. Afin d’évaluer la performance environnementale des systèmes PV, une technique d’évaluation environnementale basée sur l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) a été utilisée. Le modèle environnemental a été couplé d’une manière satisfaisante avec le modèle de conception d’un système PV connecté au réseau pour obtenir un modèle global, apte à un traitement par optimisation. Le modèle de conception du système PV résultant a été développé en faisant intervenir l’estimation du rayonnement solaire reçu dans une zone géographique concernée, le calcul de la quantité annuelle d’énergie produite à partir du rayonnement solaire reçu, les caractéristiques des différents composants et l’évaluation des critères technico-économiques à travers le temps de retour énergétique et le temps de retour sur investissement. Le modèle a ensuite été intégré dans une boucle d’optimisation multi-objectif externe basée sur une variante de l’algorithme génétique NSGA-II. Un ensemble de solutions du Pareto a été généré représentant le compromis optimal entre les différents objectifs considérés dans l’analyse. Une méthode basée sur une Analyse en Composantes Principales (ACP) est appliquée pour détecter et enlever les objectifs redondants de l’analyse sans perturber les caractéristiques principales de l’espace des solutions. Enfin, un outil d’aide à la décision basé sur M- TOPSIS a été utilisé pour sélectionner l’option qui offre un meilleur compromis entre toutes les fonctions objectifs considérées et étudiées. Bien que les modules photovoltaïques à base de silicium cristallin (c-Si) ont une meilleure performance vis-à-vis de la production d’énergie, les résultats ont montré que leur impact environnement est le plus élevé des filières technologiques de production de panneaux. Les technologies en « couches minces » présentent quant à elles le meilleur compromis dans tous les scénarios étudiés. Une attention particulière a été accordée aux processus de recyclage des modules PV, en dépit du peu d’informations disponibles pour toutes les technologies évaluées. La cause majeure de ce manque d’information est la durée de vie relativement élevée des modules photovoltaïques. Les données relatives aux procédés de recyclage pour les technologies basées sur CdTe et m-Si sont introduites dans la procédure d’optimisation par l’écoconception. En tenant compte de la production d’énergie et du temps de retour sur énergie comme critères d’optimisation, l’avantage de la gestion de fin de vie des modules PV a été confirmé. Une étude économique de la stratégie de recyclage doit être considérée et étudiée afin d’avoir une vision plus globale pour la prise de décision. / Because of the increasing demand for the provision of energy worldwide and the numerous damages caused by a major use of fossil sources, the contribution of renewable energies has been increasing significantly in the global energy mix with the aim at moving towards a more sustainable development. In this context, this work aims at the development of a general methodology for designing PV systems based on ecodesign principles and taking into account simultaneously both techno-economic and environmental considerations. In order to evaluate the environmental performance of PV systems, an environmental assessment technique was used based on Life Cycle Assessment (LCA). The environmental model was successfully coupled with the design stage model of a PV grid-connected system (PVGCS). The PVGCS design model was then developed involving the estimation of solar radiation received in a specific geographic location, the calculation of the annual energy generated from the solar radiation received, the characteristics of the different components and the evaluation of the techno-economic criteria through Energy PayBack Time (EPBT) and PayBack Time (PBT). The performance model was then embedded in an outer multi-objective genetic algorithm optimization loop based on a variant of NSGA-II. A set of Pareto solutions was generated representing the optimal trade-off between the objectives considered in the analysis. A multi-variable statistical method (i.e., Principal Componet Analysis, PCA) was then applied to detect and omit redundant objectives that could be left out of the analysis without disturbing the main features of the solution space. Finally, a decision-making tool based on M-TOPSIS was used to select the alternative that provided a better compromise among all the objective functions that have been investigated. The results showed that while the PV modules based on c-Si have a better performance in energy generation, the environmental aspect is what makes them fall to the last positions. TF PV modules present the best trade-off in all scenarios under consideration. A special attention was paid to recycling process of PV module even if there is not yet enough information currently available for all the technologies evaluated. The main cause of this lack of information is the lifetime of PV modules. The data relative to the recycling processes for m-Si and CdTe PV technologies were introduced in the optimization procedure for ecodesign. By considering energy production and EPBT as optimization criteria into a bi-objective optimization cases, the importance of the benefits of PV modules end-of-life management was confirmed. An economic study of the recycling strategy must be investigated in order to have a more comprehensive view for decision making.

As fossil fuel sources continue to diminish, oil prices continue to increase, and global warming and CO2 emissions keep impacting the environment, it has been necessary to shift energy consumption and generation to a different path. Solar energy has proven to be one of the most promising sources of renewable energy because it is environmentally friendly, available anywhere in the world, and cost competitive. For photovoltaic (PV) system engineers, designing a PV system is not an easy task. Research demonstrates that different PV technologies behave differently under certain conditions; therefore energy production varies not only with capacity of the system but also with the type of module. For years, researchers have also studied how these different technologies perform for long periods of time, when exposed out in the field. In this study, data collected by the Florida Solar Energy Center for periods of over four years was analyzed using two techniques, widely accepted by researchers and industry, to evaluate the long‐term performance of five systems. The performance ratio analysis normalizes system capacity and enables the comparison of performance between multiple systems. In PVUSA Regression analysis, regression coefficients are calculated which correspond to the effect of irradiance, wind speed, and ambient temperature, and these coefficients are then used to calculate power at a predetermined set of conditions. This study allows manufacturers to address the difficulties found on system lifetime when their modules are installed out on the field. Also allows for the further development and improvement of the different PV technologies already commercially available.