Most of the photovoltaic (solar cell) systems in Sweden today are installed on private houses and connected to the public grid. Photovoltaic (PV) power can be consumed directly in the house, called self-consumption, or fed in to the public grid. For the house owner self-consumed PV energy often has a higher economic value than sold excess PV energy, since the savings from not buying one kWh is larger than the income of selling one kWh. The self-consumption can be expressed as an absolute value; amount of produced/consumed kWh, or as a relative; absolute self-consumption divided with total PV production. The PV production and self-consumption were calculated on an hourly basis. In this Master thesis a MATLAB tool for calculating and optimizing the production, absolute and relative self-consumption and profit for PV systems with panels in one (1DPV), two or three directions (3DPV) was developed. The results show possibilities to increase especially the relative self-consumption with 3DPV. There is however no economic gain of using 3DPV instead of south-directed 1DPV for the studied case; a private house close to Västerås with a 1DPV system of 3360 W and variable electricity prices based on hourly Nord Pool Spot prices. The rated power of the inverter can be decreased with 3DPV compared to south-oriented 1DPV and still keep minimal production losses. A smaller inverter and other peripheral equipment such as cables might compensate for the lower yearly profit with 3DPV when calculating the payback period. Further studies of economic aspects and how to optimize them have to be carried out for 3DPV systems, since economy is very crucial for investment decisions.

Mindre än en timmes solsken på vår planet innehåller mer energi än hela världens energiförbrukning på ett helt år. Ett vanligt villatak i Sverige tar på ett år emot flera gånger mer energi än vad dess behov är. Potentialen för solenergi är mycket stor. Samtidigt använder samhället idag stora mängder energi och det mesta av energin kommer från icke-förnyelsebara källor. Sverige har visserligen en hög andel förnyelsebar energi jämfört med andra länder men ändå är mer än hälften av energin som vi använder icke förnyelsebar. Syftet med den här rapporten är att utveckla ett mer hållbart samhälle genom att använda solenergi. Målet har varit att undersöka hur solenergi används i nybyggda villor och hur användningen av solenergi kan öka. Tre huvudfrågor har utarbetats för att kunna nå målet. Hur används solenergi idag? Hur kan användningen av solenergi öka i nyproducerade villor? Hur ser användningen av solceller ut i ett internationellt perspektiv? Dessa frågor besvaras i den här rapporten med hjälp av litteraturstudier och intervjuer. En genomgång av ett stort antal rapporter och böcker om solenergi som skrivits under de senaste fem åren har gjorts. Uppgifter ifrån småhustillverkare och leverantörer har inhämtats genom intervjuer både personliga möten och via telefon. Resultatet visar att solenergi är en hållbar lösning för framtiden men den används i liten utsträckning idag. I Sverige finns det idag 30 000 småhus som har solfångare och mindre än 900st installationer med solceller. Småhustillverkare erbjuder nästan aldrig någon form av solenergi till sina hus och menar också att efterfrågan är dålig. För att kunna öka användningen av solenergi i nyproducerade villor krävs information, statlig styrning och anpassade lösningar. Marknadsföring, nettodebitering, bidrag ifrån staten, hårdare energikrav, dyrare elpriser samt lösningar som är estetiska, driftsäkra och praktiska är också förslag som framkommer i rapporten. Internationellt pågår det en mycket stor ökning av andelen solceller. Vissa länder har uppnått att el ifrån solceller har lägre eller samma pris som konventionella källor till el. I Danmark ökade installationer av solceller från 11MW till 327MW under 2012. Under 2012 installerades det totalt 100 000 MW solceller i hela världen. / Less than one hour's sunshine on our planet contains more energy than the whole world's energy consumption in one year. A common roof for residential dwellings in Sweden receives several times more energy in one year than what its needs are. The potential for solar energy is huge. At the same time the society today uses large amounts of energy and most of the energy comes from non-renewable sources. Sweden does have a high percentage of renewable energy compared to other countries but more than half of the energy we use are non-renewable. The purpose of this report is to obtain a more sustainable society by using solar energy. The goal has been to investigate how solar energy is used in the newly built small houses and how the use of solar energy can increase. Three main issues have been developed in order to achieve the purpose. How is the use of solar energy today? How can solar energy increase in newly constructed homes? How is the use of solar cells in to an international perspective? These questions have been answered in this report using literature reviews and interviews. A review of numerous reports and books on solar energy in the last five years has been done. Data from small houses manufacturers and suppliers have been obtained by interviewing both in personal meetings and by phone. The results show that solar power is a viable solution for the future, but it is used to a small extent today. In Sweden, there are 30,000 single-family homes that have solar panels and less than 900 installations with solar cells. Small houses manufacturers offer almost never any kind of solar energy into their houses and they also says that demand is poor. In order to increase the use of solar energy in small houses, information, government control, and customized solutions are all needs. Marketing, net metering, grants from the state, tougher energy requirements, higher electricity prices, and solutions that are aesthetic, reliable, and practical are also possibilities presented in the report. Internationally, it is a very large increase in the proportion of solar cells. Some countries have reached that electricity from solar cells is lower or the same price as conventional electricity sources. In Denmark, installations of solar cells increased from 11MW to 327MW in 2012. In 2012 it was installed 100,000 MW solar cells worldwide.

There are a number of factors that influence both the physical and the economical performance of a photovoltaic solar energy (PV) installation. The aim of this project was to develop a simulation and optimization model with which these factors could be analyzed and the PV installation optimized. By supplying the model with meteorological data, electricity consumption data and available building surfaces the model finds the optimum PV installation. The output consists of both physical and economical performance as well as information on how to distribute and install the PV modules on the available building surfaces. The model was validated using annual and hourly measurement data from Swedish PV installations. The validation shows that the model is a reliable tool for simulating the electricity generation from a PV system. In the second part of the project the model was used to evaluate the PV potential at two different hospitals and one health care center within the Uppsala County, Sweden. The model was also used to study the effect of different house orientations on the PV potential in Swedish neighborhoods. The physical and economical PV potentials are high for the hospitals and the health carecenter. This is mainly due to a high electricity demand but also due to a good match between the load profile and the PV electricity generation profile. The study on different neighborhoods shows that for gable roof buildings it might be more favorable to plan the houses so that the roofs face east-west rather than north-south. / Det är många faktorer som påverkar de fysikaliska och ekonomiska resultaten av en planerad solcellsinstallation. Syftet med det här projektet var att utveckla en simulerings- och optimeringsmodell med vars hjälp det skulle gå att analysera dessa frågor och hitta det bästa installationsalternativet i varje enskilt fall. Modellen som togs fram i detta projekt kan både studera ett givet installationsalternativ och räkna ut den mest optimala installationen utifrån de av användaren specificerade målen och begränsningarna. För att kunna göra detta behöver modellen förses med meteorologiska data för den aktuella platsen, elkonsumtionsdata från det aktuella objektet samt mått och orienteringar för de tillgängliga byggnadsytorna. Dessutom behöver användaren ange vissa ekonomiska parametrar såsom exempelvis avbetalningstid, ränta och aktuellt solcellspris. Resultatet från modellen består av både fysikaliska och ekonomiska resultat, exempelvis timvis nettoflöde av elektricitet, avbetalningstid och genomsnittligt elpris från solcellssystemet. I optimeringsresultatet redovisas hur solcellerna bör fördelas och installeras på de olika byggnadsytorna för att ge bäst resultat enligt målspecifikationen. För att validera modellen jämfördes dess simuleringsresultat med årliga och timvisa mätvärden från svenska solcellsanläggningar. Dessutom jämfördes modellens resultat med motsvarande resultat från andra simuleringsverktyg för solceller. Valideringsresultaten visar att modellen är ett pålitligt verktyg för att simulera elgenereringen från solcellsystem med olika moduler, växelriktare och installationssätt. Som ett delresultat vid modellutvecklingen simulerades ett stort antal olika solcellssystempå platta och svagt lutande tak. Utifrån dessa simuleringar utformades ett antal tumregler för hur uppvinklade moduler på platta eller svagt lutande tak skall monteras. Tumreglerna visar vilket avstånd mellan modulraderna och vilken vinkel på modulerna som ger den högsta taktäckningsgarden (största installationen) vid olika övre gränser för de interna skuggningsförlusterna. I projektets andra del användes modellen för att utvärdera solcellspotentialen på Akademiska sjukhuset, Enköpings lasarett och Tierps vårdcentral. Resultaten som levererades till Landstinget i Uppsala län visar att både den tekniska och den ekonomiska solcellspotentialen är stor på dessa enheter. Huvudanledning till den höga potentialen är att elbehovet är väldigt stort på dessa enheter samt att solcellernas elgenereringsprofil stämmer mycket väl överens med när elbehovet är som störst. Modellen användes även för att studera hur olika byggnadsorienteringar påverkar solcellspotentialen i olika tänkbara svenska bostadsområden. De olika resultaten från dessa studier visar att det i många fall är bättre att orientera byggnader med sadeltak så att taken pekar i östlig och västlig riktning snarare än mot syd och nord. Därmed föreslås en översyn avde nu rådande rekommendationerna att optimera huvudorienteringarna av taken mod syd vid detaljplanering av stadsdelar.

The sun is a huge energy source with great potential of providing energy to the heating of homes and other buildings in an environmentally sustainable manner. In order to provide buildings with energy from the sun it is necessary to transfer the energy supply over time to when the demand arises. By storing the heat in a seasonal storage, solar energy from the summer can be used in the winter when the demand for heating is greatest. Today's existing plants are mainly in Europe and particularly in Germany. These facilities are designed to supply heat demands greater than 400 MWh and covers about 40-50 % of this need which consists of energy for space heating and domestic hot water. How much of the heat demand that is covered, the solar fraction, is partly due to losses from the storage which in turn is connected to the surface area of the storage. The bigger a storage, the smaller the losses because of the decreasing relationship between surface area and storage volume. Looking at the size of the seasonal storages that are currently in operation, the question if seasonal storage is also suitable for installations designed for heat demands smaller than 400 MWh arises. Jonas Haglund at the architect office Skanark AB in Karlstad is planning an accommodation of 40 flats and hopes that seasonal stored solar energy can serve as the main energy source for space heating and hot water. In order to make housing more attractive he is considering the idea of adding other features, like a pool and an atrium, that also require heating but with lower temperature requirements. Haglund would like to investigate whether the efficiency of the solar collector increases when the extra energy demands are added and if the energy cost, for those demands, in this way can be reduced. The purpose of this study is to investigate the possibility of covering a large fraction of a small-scale annual heat demand corresponding to about 40 newly built apartments. The study shall present the solar fractions that can be achieved with different storage concepts when storage size and collector area is varied. The study will also answer how the solar fraction will change if a heating demand with lower temperature requirements and varied character is added to the basic domestic heating and if the added energy demand to some extent can be free. These questions are answered by calculations and simulations with the simulation software COMSOL Multiphysics. The results show that it is possible to obtain solar fractions above 80% with sufficient collector area. Suitable storage volume varies depending on the specific storage concept. Simulations of seasonal storage in a tank show that a storage volume of 13 m3/MWh is an appropriate size, while the corresponding figure for duct storage in clay is 20 m3/MWh. An added heating demand of low temperature character increases the efficiency of the solar panels and creates, so called, free energy. / Examensarbete

This thesis aims to develop proposals and models for a modular electronics construction to a future D250S Dual battery charger. The aim also includes investigation of possibilities to use some of Texas Instruments C2000 microprocessors. The reason for this is that CTEK SWEDEN AB wants to renew the present D250S Dual battery charger and lower the manufacturing costs. The thesis work has involved gathering theoretical facts for the development of a design on the modular electronic construction, the choice on which microprocessor to use, the choice of electronic components and facts about peripheral equipment to the D250S Dual. With the theoretical there has been developed different solutions to the proposed hardware and software solutions with comparisons in aspects of positive and negative. The thesis work is only a feasibility study to a future D250S Dual. The development of a future D250S Dual needs more work to make it possible to do a proof of concept.

As a part of Fortum's vision of a future Solar Economy, a feasibility study of a Solar District Heating facility was conducted. The focus of this study was to determine the technical, economic and environmental potential of a Solar District Heating facility, combined with a seasonal thermal storage, in the district heating network in Stockholm. Three different cases have been studied. The cases differ on the size of the available land area, on what type of storage technology utilized and if excess heat from different production facilities in the network is included or not. The results indicate that it is technically possible to implement a Solar District Heating facility in Stockholm, no obvious limitations in the network has been identified. The thermal storage should preferably be charged throughout the year and be discharged during December to March. The economic results indicate that none of the studied cases are economically feasible without any subsidies, increased revenues or other reductions of initial investment costs. The most economically beneficial system configuration was to utilize a smaller land area for solar collector installations, include excess heat from local production facilities and to utilize existing rock caverns and infrastructure in the area. The Solar District Heating facility could decrease the climate impact and the net primary energy use compared to the production of a biofuel production facility, but a further study is needed.

Diss. Västerås : Mälardalens högskola, 2006.

Skellefteå Kraft är Sveriges femte största elproducent och störst av de kommunägda kraftbolagen. Den främsta produktionen är koncentrerad i norra Sverige och den mesta energin produceras från vind- och vattenkraft. Sommaren 2017 invigde Skellefteå Kraft dess första storskaliga solcellsanläggning, Röjmyran. Solcellsanläggningen har en installerad effekt på 178,2 kW och består av 540 moduler fördelade på fastighetstaket i tre riktningar. Modulerna är seriekopplade om 31 strängar där varje sträng är kopplad till en strängoptimerare som i sin tur lagrar produktionsdata. På södra taket sitter en referenscell som mäter och lagrar globalinstrålningsdata, modultemperatur och omgivningstemperatur. Denna referenscell är av samma teknik som solcellsmodulerna, således ska parametrarna som uppmäts motsvara samma värden som solcellsmodulerna känner av. Fastigheten är ett så kallat industrihotell, och ägs av Skellefteå Industrihus. Anläggningen är kopplad till elnätet och idag säljs all överskottsproduktion till elnätet. Skellefteå Kraft ville ha hjälp med att dimensionera ett batterilager till Röjmyran och vidare utvärdera elproduktionen som varit sedan solcellsanläggningens driftstart, juli 2017. Arbetet med batteridimensioneringen syftade till att undersöka de ekonomiska konsekvenserna som en implementering av ett batterilager i systemet skulle medföra i jämförelse med dagens situation utan batterilager. Batterilagret dimensionerades med hjälp av ett eget konstruerat Excelverktyg där verktyget jämförde den ekonomiska nyttan av tre olika batteritillämpningar. Ena tillämpningen som undersöktes var demand shift, som betyder att batteriet lagrar överskottsenergi för senare användning när behovet uppkommer. På så sätt kan självförsörjningen i fastigheten öka och mindre el behöver således köpas från elnätet. Den andra tillämpningen var trading, som betyder att batteriet laddar upp från elnätet under tidpunkter som elpriserna är låga, och laddar ur under tidpunkter där priserna är höga. Den tredje tillämpningen som undersöktes var peak shaving, som betyder att batteriet laddas upp under natten för att sedan ladda ur när effekten från elnätet uppgår till ett förutbestämt maxvärde. På så sätt minskar effekttopparna och således utgifterna. Arbetet avgränsades till att undersöka nyttan utifrån fastighetsägarens synvinkel då det främsta syftet för Skellefteå Kraft är att öka kunskaper och erfarenhet med batterilager inför kommande projekt. I dimensioneringen undersöktes olika batteritekniker från tre olika fabrikat, med varierande egenskaper och kostnader. Resultatet visade att det var ett nickelmetallhydridbatteri från Nilar, med en kapacitet på 32,4 kWh lagringskapacitet, som gav det högsta nuvärdet. Vidare utvärderades produktionen från två perspektiv, dels genom att undersöka hur strängarna producerat under de månaderna som anläggningen varit i drift och dels genom att beräkna den teoretiska produktionen utifrån globalinstrålningen som varit i anläggningen och jämföra med den verkliga produktionen. Resultatet från strängutvärderingen visade att produktionen under juli och augusti varierade relativt mycket mellan strängarna. Under september och oktober producerade anläggningen likvärdigt i respektive riktning och under november föll snön, vilket ledde till nollproduktion till mitten av april då snön försvann. Att strängproduktionen varierade relativt mycket under juli och augusti kan bero på att anläggningen precis hade sats i drift, vilket kan ha gett upphov till små driftstopp och omstarter av systemet. Vidare undersöktes huruvida anläggningen producerat enligt vad den teoretiskt sett borde ha gjort, med hänsyn till globalinstrålningen som varit i anläggningen. Det var tyvärr bara möjligt att exportera globalinstrålningsdata för 30 dagar bakåt i tiden, vilket ledde till en avgränsad tid för utvärderingen. Referenscellen var placerad på södra takhalvan, vilket avgränsade utredningen till att bara undersöka hur modulerna på södra taket producerat. Resultatet visade att många större fel inträffat under dessa 30 dagar. Uppdateringar av växelriktaren, filtermontage, säkringar som utlöstes och effektreducering var anledningar till de stora förlusterna som uppträdde under de flesta dagar. Detta ledde till att bara två dagar, av 30 dagar, var jämförbara i syfte att identifiera små förluster. Förlusterna förväntades uppgå till 1,5 % på grund av solsträngsoptimerarens verkningsgrad på 98,5 %, men förlusterna uppgick till 2,9 respektive 2,4 %. Detta behöver inte vara något anmärkningsvärt då modultemperaturen påverkar produktionen relativt mycket. För att i framtiden kunna verifiera hela anläggningens produktion, är en rekommendation att även implementera referensceller i modulernas övriga två riktningar.

This thesis evaluates a local direct current grid (DC-grid) wherefour office buildings with photo-voltaic (PV) facilities has beenconnected. The power system has been analyzed and a model of the gridhas been developed to quantify the increased own consumption and thereduction of power peaks. The results has been used to evaluate thegrid from an economic point of view to answer if the installation ofthe grid was profitable. The grid has also been evaluated from atechnical standpoint and future possibilities has been identified.The study shows that an own consumption of solar power was increasedfrom 81,6 per cent in average to 99,2 per cent, which resulted in areduction of annual consumed power by 34 MWh. The power peaks wasreduced with 196 kW in total annually. The analysis also shows thatthe electrical contract can be changed for in one of the buildings.The annual operating costs was reduced by 13 kSEK along with thereduction in energy equating to roughly 34 kSEK in savings, resultingin approximately 47 kSEK of total annually savings. With aninvestment cost of 531 kSEK and a cost of capital set to 5 per cent,the installed DC-grid is profitable. Future possibilities identifiedwas to connect more buildings and PV systems to the grid, analyzeelectrical consumption for greater understanding, implementation ofenergy storage and fast electrical vehicle chargers.

I detta examensarbete utvecklas ett solcellsstativ i trämaterial. Ett idékoncept fanns som grund för hur stativet skulle kunna utformas. Detta har vidareutvecklats, till färdigt system anpassat för tillverkning. Resultatet blev ett fackverksstativ i trä bestående av vinklade halva oktaeder i rad. Trädetaljerna binds samman med knutpunkter i formsprutad plast, som med klämkraft håller fast trädetaljerna. Knutpunkterna är konstruerade för att minimera åverkan på träet samt motverka röta. Systemet är verifierat både genom beräkning, simulering och jämförelse med liknande konstruktioner. Materilavalet är gjort med systematik enligt Ashby, Material Selection in Mechanical Design. Tillverknings – och monteringsunderlad utarbetade och jämförelser med andra tillgängliga stativ är utförda. Slutsatsen är att detta stativ kommer att fungera i verkligheten och det bör vidareutvecklas. Stativet klarar av alla fastställda hållfasthetskrav, och är dessutom bättre än alla jämförda metallstativ när miljöaspekter jämförs. / In this thesis an open field solar power mounting system in untreated wood is designed. A draft was available as basis for how the mounting system could be designed. This has been developed to a complete system adapted for manufacturing. The result is a wooden space grid structure made of angular half octahedrons in line. The wooden details are connected with joints in injection moulded plastics. The joints are designed to minimize machining to the wood and prevent decay. The system is verified by both calculation, simulation, and by finding similar structures. Material selection was made by methods according to Ashby, Material Selection in Mechanical Design. Blueprints for both manufacturing and assembly were developed. A comparison with other similar racking systems was also made. The conclusion of this thesis is that the developed mounting system would work in reality and should be further developed. This rack is better than all compared metal racks when environmental aspects are compared.