Med mikronät åsyftas i denna rapport en sammankoppling av solcellsanläggningar som möjliggör delning av elektrisk energi. Målet med undersökningen var att ta reda på vilka förutsättningar som gör att det är fördelaktigt att bygga mikronät. Detta har gjorts genom att undersöka två tidigare fall där mikronät varit intressant och jämföra slutsatserna från dessa fall med resultaten och slutsatserna från en egen undersökning av Södra Hemlingby där mikronät övervägs. Undersökningen av Södra Hemlingby visar att mikronät i deras fall är lönsamt och att tak som troligtvis inte skulle användas till en enskild solcellsanläggning nu kan komma till användning för solceller. Genom att bygga mikronät skulle mängden inköpt el minska, CO2-utsläpp undvikas och eventuellt skulle en högre nivå av Miljöbyggnad kunna uppnås.  Undersökningen av Södra Hemlingby visar också att ett batteri både kan användas till att reducera effekttoppar och att öka egenanvändningsgraden. Vidare dras slutsatserna att bra förutsättningar för mikronät är vid nybyggnation, när grävarbete kan göras tillsammans med andra grävarbeten, när husen som är tänkta att anslutas står nära varandra, då komponenterna i eventuellt befintligt system är kompatibla med mikronätet och således inte behöver bytas ut, då det finns storanvändare av el i systemet, när elanvändningsprofilerna matchar elproduktionen samt då det finns möjlighet till en ordentlig ökning av egenanvändning. Bäst ekonomi uppnås med en storanvändare som är bra på att ta tillvara på produktionen från solpaneler som har ett högt energiutbyte. / The term microgrid in this report refers to a link-up between solar cell plants which make sharing of electrical energy possible. The aim of this survey was to examinate the pre-requisites that makes building of microgrids meaningful. This has been completed by analyzing two earlier cases where microgrids has been evaluated. The conclusions from these cases have been compared with the results and conclusions from an own made survey of Södra Hemlingby where microgrid is considered. The survey of Södra Hemlingby shows that a microgrid would be a profitable investment and that roofs that probably not would qualify for separate plants now was useful. By building a microgrid the amount of electricity from the power distribution grid would decrease, the carbon dioxide emissions would be avoided, and possibly a higher energy classification for the building would be achieved. The survey of Södra Hemlingby also shows that a battery storage could be used for either power reduction or for increasing the own usage rate. The conclusion about good pre-requisites is drawn to be new housing estate, when ditching could be coordinated with other works, short distances between houses in the system, when the components in a existing system is compatible with a microgrid and dont have to be exchanged, when there is a large consumer of electricity in the system, when the electric consumtion profiles matches the production and when there is room for a large increas in own used electricity. Best economy is reached when large consumer of electricity is utilizing the electricity from panels with a high energy exchange.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第19316号 / 工博第4113号 / 新制||工||1634(附属図書館) / 32318 / 京都大学大学院工学研究科分子工学専攻 / (主査)教授 今堀 博, 教授 関 修平, 教授 梶 弘典 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

Sverige har en hög andel installerade bergvärmepumpar, som är en typ av vätska-vatten värmepump. Ett problem som finns för befintliga bergvärmesystem är att berget med tiden kyls ned då returslangen till borrhålet konstant levererar kyla till berget. Till följd av detta mister systemet en betydande del av sin verkningsgrad samtidigt som det i extrema fall kan leda till permanent isbildning i borrhålet. Ett sätt att motverka detta problem är att tillämpa termisk energilagring i bergvärmesystemets borrhål. Den internationella benämningen för denna teknik är ”Borehole Thermal Energy Storage, BTES”. Rapporten har behandlat en friliggande enplansvilla med ett befintligt bergvärmesystem som tillämpar termisk energilagring i bergvärmesystemets borrhål med solvärme. Två beräkningsfall har gjorts och resultatet från simuleringarna i en upprättad beräkningsmodell visar att en temperaturhöjning i borrhålet inte alltid innebär en årlig energibesparing. Vid varje grads temperaturhöjning sker en ökning av värmepumpens COP med ca 1,85 % enligt ett linjärt samband för höga temperaturdifferenser över värmepumpen. Detta motsvarar en kostnadsbesparing på 1,02 %/°C. Detta gäller för normala förhållanden med en framledningstemperatur för tappvarmvatten och rumsvärmare på 55 ⁰C. Med en högre energiförbrukning finns alltså större besparingar att göra. Vid mycket låga temperaturdifferenser mellan förångare och kondensor sker dock större procentuella förändringar, vilket medför att lågtemperatursystem kan bidra till en större energibesparing. I normalfallet är dessa system svåra att räkna hem för småhus. För en god lönsamhet krävs en optimerad systemlösning och effektiv styrning av cirkulationspumpar och andra samspelande komponenter med en PLC. I framtiden kommer dock sannolikt värmepumparnas mekaniska verkningsgrad att öka med bättre teknik och även energipriset som följd av politiska beslut, tillgång etc. Detta innebär att varje besparad kilowattimme kommer att bli mer värd. / Sweden has a high proportion of installed geothermal heat pumps, which are a type of liquid -water heat pump. One problem that exists for existing geothermal heating systems is that the rock in time cool down when the return hose to the borehole constantly supply cooling to the rock. As a result of this the system loses a significant portion of their efficiency while in extreme cases has led to the permanent ice in the borehole. One way to counter this problem is to apply thermal energy storage in the geothermal heating systems borehole. The international term for this technique is "Borehole Thermal Energy Storage, BTES". This report has analyzed a detached single storey house with an existing geothermal heating system utilizing thermal energy storage in the geothermal heating systems borehole with solar heating. Two calculation cases has been made and the results of the simulations in an established computational model shows that an increase in temperature in the borehole does not always result in an annual energy savings. Each degree of increased temperature is an increase in the heat pumps COP of 1.85 %, according to a linear relationship for high temperature differences across the heat pump. This results in a cost saving of 1.02 %/°C. This applies to normal conditions with a radiator temperature at 55 ⁰ C. With higher energy consumption can greater savings be made. At very low temperature differences between the evaporator and condenser is however larger percentage changes made, which means that low temperature systems can lead to greater energy savings. Typically, these systems are difficult to recoup for small detached houses. For a good profitability requires an optimized system solution and efficient control of circulation pumps and other interacting components with a PLC. In the future the heat pump mechanical efficiency will probably increase with better technology and even energy prices as a result of political decisions, access, etc. This means that each spared kilowatt hour will be worth more.

Inför anslutning av stora elkraftsproducenter till regionnäten i Sverige görs omfattande analyser och beräkningar. Vattenfall Eldistribution AB är ett av företagen som äger regionnät och på senare tid har det setts en ökad andel förfrågningar på att få ansluta stora solcellsparker. Då elproduktionen från en sådan anläggning är av intermittent karaktär behövs det undersökas hur produktion och produktionsmönster ska kunna estimeras på ett tillförlitligt sätt. Rapporten presenterar teorier och ekvationer för olika sorters solinstrålning och solcellsteknik för att sedan översiktligt gå igenom de huvudkomponenter som utgör en solcellspark. I rapporten undersöks två olika metoder att estimera produktion och produktionsmönster från en solcellspark. En av metoderna använder sig av strålningsdata som STRÅNG tillhandahåller. STRÅNG är en beräkningsmodell framtagen av SMHI tillsammans med Strålsäkerhetsmyndigheten och Naturvårdsverket där olika sorters inkommande strålning från solen registreras och bearbetas. Den andra metoden använder PVGIS, ett verktyg som utvecklats av EU-kommissionen för att ge information om förväntad prestanda för en solcellsanläggning. Estimeringen jämförs sedan med reellt produktionsutfall från en befintlig solcellspark för att validera beräkningarna. Senare delen av rapporten tar upp olika sammanlagringsscenarion mellan sol- och vindkraftsproduktion. Syftet var att studera på vilket sätt de båda parkernas produktion sammanfaller samt hur många timmar på ett år detta sker. I samma kapitel kan läsas om hur detta förhåller sig till en luftlednings överföringsförmåga. En lednings överföringsförmåga uttrycks i ström och är ett beräkningsresultat av ledningens mekaniska egenskaper men även väderparametrar så som lufttemperatur och solinstrålning. Resultatet av analysen utförd i arbetet pekar på att det går att estimera produktion och produktionsmönster från en solcellspark med hjälp av både STRÅNG och PVGIS. Estimeringen ska dock ses som en vägledning snarare än som underlag för detaljerade beräkningar. STRÅNG tillhandahåller mer aktuella mätdata än PVGIS men kräver desto mer bearbetning av data för att få fram estimatet. Vidare tyder även analysen på att det kan finnas goda förutsättningar att integrera solcellsparker där det redan finns befintliga vindkraftsparker utifrån beräknad ledningskapacitet. / In order to connect large scale electric power producers to the distribution system in Sweden, extensive analyses and calculations are carried out. Vattenfall Eldistribution AB - a company that owns a portion of this distribution system, has experienced a rise in requests to connect larger solar power plants. As power generated by such a plant is of intermittent character, it is necessary to investigate how production and production patterns can be reliably estimated. The report presents theories and equations for various types of solar radiation and solar cell technology, and then briefly discusses the main components of a solar power plant. In this report two methods to estimate the production and production pattern from a solar power plant are investigated. One of the methods uses radiation data provided by STRÅNG. STRÅNG is a radiation model funded by SMHI (Swedish Meteorological and Hydrological Institute) together with the Radiation Safety Authority and the Environmental Protection Agency. The other method to estimate production uses PVGIS, a tool developed by the European Commission to provide information on the expected performance of a solar panel installation. The estimations by the two methods are then compared to the actual production outcome from an existing park to validate the calculations and methods. The later part of the report discusses different scenarios of combined solar and wind power production. The aim was to study how the two parks' power generation coincide and how many hours per year this occurs. The same chapter also discusses how this relates to the transmission capacity of an overhead line. The transmission capacity of an overhead line is expressed as current and is the calculated result of its mechanical properties and weather parameters such as air temperature and solar radiation. The results of the analyses carried out in this thesis indicate that it is possible to estimate production from a solar power plant using both STRÅNG and PVGIS. The estimation; however, should be seen as a guidance rather than basis for detailed calculations. STRÅNG offers more current data than PVGIS but requires more processing of the data to produce an estimate. The analysis also suggests that there may be potential for integrating solar power plants in areas where there are already existing wind power plants, given the transmission capacity of an overhead line.

本論文は，色素増感型太陽電池(DSSC)に一般的に用いられる酸化チタン(TiO2)粒子(P25)および光電変換効率が比較的に高いとされるTiO2ナノ粒子について，薄膜作製および増感色素の吸着に電気泳動法を使用することを提案し，DSSCの光電変換効率の向上を目指して研究を行い，得られた成果を生かすことでDSSCの光電変換効率のさらなる向上，さらには量産性の大幅な向上の可能性を示したものである。 / 博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University

<p>As energy demands for the world increase, the necessity for alternate sources of energy are critical. Just in the United States alone, 92 quadrillion British thermal units (Btu) were used in 2020. As political and geographical pressures surrounding oil increase, along with the growing concern for climate, the drive to explore alternative and renewable means for harvesting energy is on the rise. Solar cells, also known as photovoltaics (PVs), are an attractive renewable source and have been developed as an alternative energy means for over 60 years. When considering losses due to atmospheric absorption and scattering, the Earth’s surface gets about 1000 W/m2 of energy from the sun, which is why there are research efforts around the world trying to maximize the efficiency of solar cells.</p> <p>Organic-inorganic halide perovskites provide for ideal absorbing layers that feature long carrier lifetime and diffusion lengths, strong photoluminescence, and promising tunability. Furthermore, the solution-processing methods used to make these perovskites ensure that the solar cells will remain low-cost and have easy scale-up possibilities. The main problem perovskites is that they degrade in the presence of water, thus leading to decreased device performance.</p> <p>In this work two approaches are investigated to increase moisture stability. The first investigates incorporation of thiols as pseudohalides into the 2D perovskite structure. Instead of the theorized perovskite, two novel 2D compounds were created, Pb₂X(S-C₆H₅)₃ (X= I, Br, Cl) and PbI_1.524(S-C₆H₅)_0.476. While not perovskites, this study gives insight into the effect that the thiol may have on determining structure when comparing –S-C₆H₅ with –SCN groups. Future work will explore more electronegative thiols that will be used to make moisture resistant, tunable 2D perovskites.</p> <p>The second approach is to incorporate longer organic ammonium cations into the perovskite structure to produce quasi-2D perovskite films fabricate them into devices. Adding in electronically insulating ligands leads to a stricter requirement for vertically aligned 2D films and special care must be taken to have efficient charge collection. The current field has successfully incorporated short ligands such as butylammonium (BA) into PVs, however the extension to larger and more beneficially hydrophobic ligands has been very scarce. In this work, a novel solvent engineering system is developed to create vertically aligned quasi-2D perovskite absorbing layers based off of a bithiophene ligand (2T). These absorbing layers are then characterized and incorporated into efficient PV devices. Generalizations to solvent conditions related to ligand choice is discussed herein, creating deep insights into incorporating more conjugated ligands into devices.</p>

PV solar cells and modules have to show high-efficiency at very low cost. The idea of the project is to understand and test the feasibility of an all-aluminum-silicon (AlSi)-wired solar cell and solar module enabling an easy cell string for module assembly. The cell is thought to be build up in the best case by a silicon wafer cleaned and passivated by dielectric layer which will be laser opened in lines or dashes or dots for contacting. The AlSi wires are used to contact the opened areas during high temperature treatment forming contacts to silicon with local doping. The main advantage of the concept is a much cheaper cell and module fabrication as a silver- and diffusion-doping-free solar cell is build, cell contacting and module cell string connection could be one process step (i.e. no paste screen-printing and no additional stringing), thus no copper nor silver is used. Solar cell structures of interest have to withstand the eutectic temperature of silicon, thus industrial PERC and TOPCon could be possible candidates.

The search for renewable energy resources and ways to harvest them has become a global mainstream topic among researchers nowadays, with solar cells and thermoelectric generators among the energy harvesting technologies currently being researched in vast. CZTS (Cu2ZnSnS4), a p-type semiconducting material initially researched to replace copper indium gallium selenide (CIGS) as the light absorbing layer in thin film solar cells, was studied in this doctoral work for alternative uses in energy harvesting. This work aims to systemically investigate the prospects of CZTS to be used as hole transport layers and thermoelectric generators. CZTS thin film was successfully fabricated using a versatile approach involving hot-injection synthesis of CZTS nanoparticles ink followed by spin coating and thermal treatment. Results obtained revealed the possibility to fine control CZTS thin film fabrication based on ink concentration and spin. Besides that, thermal treatment temperature was found to affect the film’s overall properties, where an increase in thermal treatment temperature improved the degree of crystallinity and electrical properties. In addition, a phase change going from less stable cubic and wurtzite structures to a more stable tetragonal structure was also observed. Furthermore, CZTS was found to be a good candidate to replace the commonly used organic hole transport layer in perovskite solar cells, with potentials in improving performance and stability. In addition, CZTS also possessed good transport properties to be a potential p-type material in a thermoelectric generator, with the preliminary performance of fabricated CZTS/AZO thermoelectric generator showing a maximum power output of ~350 nW at ~170 KΔT. These findings provide new perspectives for CZTS in energy harvesting applications, despite the struggle in its development as the absorber layer in thin film solar cells. Besides providing a deeper understanding of CZTS and its vast possibilities in energy harvesting applications, promising future research stemming from this work is also limitless, reinventing ways in material studies, in search of alternative applications which may be of benefit.

No description available.

No description available.