Elektrifiering i transportsektorn och Rysslands anfallskrig mot Ukraina är de främsta bidragande orsak till de nuvarande höga energipriserna. Ryssland använder energi som ett politiskt vapen genom att minska gasflöde vilket har resulterat i höga gaspriser i Europa. Dessutom går elektrifieringen av transportsektorn i hög varv i många europiska länder vilket också bidrar till att energikrisen på den europeiska energimarknaden höjs ännu mer.  Merparten av den energi som används idag kommer från fossila bränslen som bidrar till koldioxidutsläpp som påverkar miljön negativt. Något måste förändras för att minska utsläppen av växthusgaser och beroendet av fossila energikällor. En hållbar och miljövänlig lösning är att investera i solenergi som producerar förnybar energikälla. Med rätt teknik kan man enkelt installera villor och bostäder med solceller och solfångare och för att kunna producera el och värme. Syftet med detta examensarbete är att undersöka om ett solcellssystem i en villa kan tillgodose bostadens energibehov under olika årstider, och även att ta redo på om investeringen för solceller är lönsam.  Arbetsmetoden bygger på beräkningar, simulering och litteraturstudier för att nå ett tillförlitligt resultat. Resultatet redovisar villans totala elförbrukning i 2023 samt solcellernas energiproduktion. Genom att analysera resultatet visade det sig att solcellsanläggnings elproduktion täcker 53 % av hushållens totala elförbrukning. Detta betyder att huset köper el för sex av årets 12 månader enligt tabell 10. Resultaten redovisar även beräkningen av återbetalningstiden för olika fall av solceller, solceller utan batteri och solcell med batteri.  Av resultatet dras slutsatsen att solcellanläggningen är en bra investering 2024. Förutom att anläggningen producerar förnybara energikällor så betalar den sig även efter cirka 8-15år och ger också en besparing på cirka 649 654,75 kronor under en livslängd på 25år. Slutligen om elpriset stiger och priset på solceller fortsätter att sjunka kan återbetalningstiden bli ännu kortare.

Hybrid solar-Brayton systems utilize both solar thermal energy and supplementary renewable fuels to provide controllable and dispatchable power output, which renders them a promising way to meet the growing energy demand and reduce the carbon footprints. However, existing testing facilities for key components in such hybrid systems often fail to accomplish the testing requirements, hence impeding the improvement of the renewable energy share and the overall efficiency. A novel testing facility is urgently needed in order to thoroughly stimulate and analyze the component characteristics. This research work focuses on the development of a gas turbine simulator as an innovative testing facility for hot, pressurized components in hybrid solar-Brayton systems. The dual-flow choked nozzle based flow control has been proposed, explained, and analyzed in comparison to the single-flow layout. The basic idea of gas turbine simulator has been experimentally implemented and validated on a prototype, verifying its functionality. By incorporating a PLC-based control system, an automated gas turbine simulator has been designed and modified based on the prototype. Its performance with regard to stabilizing boundaries and tracking trajectories has been evaluated by experiments. Based on the experimental results, the gas turbine simulator prototype has proven its ability to establish controllable boundary conditions and migrate operating points for the impinging receiver. Through manual adjustments, excellent quasi-steady state performance has been obtained, with the precision for pressure control reaching ±0.005 bar at ambient temperature and ±0.015 bar at high temperature of 797.1-931.5 °C. The manual operation time has been identified at 23.1 s for establishing the receiver boundaries, and at 70 s for changing operating points. With the help of the proposed control strategy, the automated gas turbine simulator has eliminated the need for manual adjustments, and demonstrated the ability to maintain the safe and convergent operation for the receiver. The performance in boundary condition stabilization has been satisfactory, with enhanced steady-state accuracy comparing to the prototype by virtue of the PID controller. The transient-state fluctuations in pressure control have been effectively restrained within an acceptable region with deviations of ±0.018 bar to ±0.076 bar from the desired 2.400 bar operating pressure. The capability of tracking linear and nonlinear trajectories has also been testified, with the precision level between ±0.023 bar and ±0.037 bar. Finally, in view of the good stability, high precision, and rapid response manifested in the experimental studies, the gas turbine simulator has validated its ability to imitate the steady and transient characteristics of gas turbines on the boundaries of the test section. It also grants the possibilities to conduct control variable studies and wide-range transition studies. The gas turbine simulator is a suitable testing facility for the key components in hybrid solar-Brayton systems. / Hybrid solenergi-Brayton-system använder både solvärmeenergi och kompletterande förnybara bränslen för att ge kontrollerbar och sändbar effekt, vilket gör dem till ett lovande sätt att möta den växande energiefterfrågan och minska koldioxidavtrycken. Men befintliga testanläggningar för nyckelkomponenter i sådana hybridsystem misslyckas ofta med att uppfylla testkraven, vilket hindrar förbättringen av andelen förnybar energi och den totala effektiviteten. En ny testanläggning behövs omgående för att grundligt stimulera och analysera komponentens egenskaper. Detta forskningsarbete fokuserar på utvecklingen av en gasturbinsimulator som en innovativ testanläggning för varma, trycksatta komponenter i hybridsolar-Brayton-system. Den dubbelströms strypta munstycksbaserade flödeskontrollen har föreslagits, förklarats och analyserats i jämförelse med enkelflödeslayouten. Den grundläggande idén med gasturbinsimulator har experimentellt implementerats och validerats på en prototyp, vilket verifierar dess funktionalitet. Genom att införliva ett PLC-baserat styrsystem har en automatiserad gasturbinsimulator designats och modifierats utifrån prototypen. Dess prestanda med avseende på stabilisering av gränser och spårning av banor har utvärderats genom experiment. Baserat på de experimentella resultaten har prototypen av gasturbinsimulatorn bevisat sin förmåga att upprätta kontrollerbara gränsförhållanden och migrera arbetspunkter för den träffande mottagaren. Genom manuella justeringar har man erhållit utmärkt prestanda i nästan konstant tillstånd, med precisionen för tryckkontroll som når ±0,005 bar vid omgivningstemperatur och ±0,015 bar vid hög temperatur på 797,1-931,5 °C. Den manuella drifttiden har identifierats till 23,1 s för att fastställa mottagargränserna och till 70 s för att byta arbetspunkter. Med hjälp av den föreslagna styrstrategin har den automatiserade gasturbinsimulatorn eliminerat behovet av manuella justeringar och visat förmågan att upprätthålla en säker och konvergent drift för mottagaren. Prestandan vid gränstillståndsstabilisering har varit tillfredsställande, med förbättrad steady-state noggrannhet jämfört med prototypen tack vare PID-regulatorn. De transienta tillståndsfluktuationerna i tryckregleringen har effektivt begränsats inom ett acceptabelt område med avvikelser på ±0,018 bar till ±0,076 bar från det önskade 2,400 bar arbetstrycket. Förmågan att spåra linjära och olinjära banor har också vittnats, med precisionsnivån mellan ±0,023 bar och ±0,037 bar. Slutligen, med tanke på den goda stabiliteten, höga precisionen och snabba responsen som manifesteras i de experimentella studierna, har gasturbinsimulatorn validerat sin förmåga att imitera de stabila och transienta egenskaperna hos gasturbiner på gränserna för testsektionen. Det ger också möjlighet att genomföra kontrollvariabelstudier och omfattande övergångsstudier. Gasturbinsimulatorn är en lämplig testanläggning för nyckelkomponenterna i hybridsolar-Brayton-system.

Purpose: The purpose of this report is to engage the house owners to their own small scale electricity production with solar cells (photovoltaic). Small scale electricity production with solar cells is a way that contributes to the development of a sustainable society. Method: Literature review has been used for collecting information about solar cells. Interviews were used for information on the solar industry in Sweden. Document analysis was used to obtain information on the regulation of small scale power generation and statistical data on its market. Calculations have been made on the profitability of small scale electricity generation with solar cells. Findings: Electricity produced by solar cells is one of the most environmentally friendly methods available. Small-scale photovoltaic electrical generation can contribute to achieving the national environment objectives. Small scale electricity production should not exceed the household electricity needs, because of grid losses. In Sweden, it is not profitable to produce its own electricity with solar cells. It requires national economic subsidies. Implications: In an extensive expansion of small scale power generation, it is required that the grid is adapted to receive the unused amounts of electricity from solar cells. Grid modification requires large investments and may affect the price of electricity. Large scale production of solar cells requires the development of national recycling systems. Silver should be replaced with copper as a cheaper alternative for electrodes. Limitations: The report is about small scale photovoltaic electrical generation for households. The effect on PV (photovoltaic) installations are limited to a maximum power of 10 kW, and only installations connected to the grid are treated. Storage of solar energy and energy conversion are not included. The study is limited to Sweden. The economic calculations ranging is up to 30 years.

In this thesis different methods of energy storage are evaluated for use in multifamily residential buildings in order to increase the self-consumption of self-generated photovoltaic electricity. The computational software MATLAB was used to simulate and study five different energy systems applied on two case studies. The five energy systems are; one reference system consisting of photovoltaics, one system with photovoltaics and a hydrogen storage system, and three systems consisting of photovoltaics and batteries using different management strategies. The different systems were compared based on their effect on the buildings self-consumption ratio and grid interaction as well as system costs and profitability. The battery systems successfully increased the self-consumption ratio and decreased grid interaction. Assuming a favourable development of market conditions, all systems containing batteries were paid back. The battery system that could reduce high consumption peaks during the entire year was the most profitable system as the buildings fixed grid fees could be lowered. The hydrogen storage system increased the self-consumption ratio to a small degree, as much of the electricity was lost in the conversion processes. Also, the components of the hydrogen system are very costly and the investment could therefore not be paid back within the 30 year life-time. Photovoltaics can be used to decrease variable electricity costs while energy storage can be used to decrease both variable and fixed electricity costs. The results suggest that focusing on handling power peaks and leveling grid interaction is more valuable than focusing on increasing self-consumption in multifamily residential buildings. The value of energy storage systems in multifamily residential buildings has been discussed with respect to technology development and changes in market conditions, the conclusion being that the value will most likely increase within the next decade and onward. It is believed that local energy storage systems have an important role to play in a power system with an increasing amount of renewable and intermittent power sources.

This study analyses a carport located in the Hylte municipality equipped with eight EV charging stations that use solar panels as its only roof material. The main focus of the report is to review the maximizing of internal electricity consumption, implementation of load management, effects on the local grid and to report general improvements. Data was collected from driving logs, analysis of charging patterns and the inverter. The data was then compiled with the software Polysun and MS Excel for further investigation of internal electricity consumption, load management, electricity quality and more. The report shows that there is a 29.1 % internal energy consumption and that implementation of a 100 kWh battery may raise it to as much as 57.4 %. It also shows that there is a possibility of saving up to 39 238 SEK per year with the implementation of load management and that a 19 % increase of electricity production would be possible if the construction had the optimized direction and roof angle.

In line with the expansion of the building industry, future projects like buildings and infrastructure require high demands on energy issues. EU directives and major global goals constantly set guidelines for what should be done and not. Construction and architecture companies in Sweden can influence what future cities will look like. This requires knowledge in these issues, not least about solar cell facades. Solar panels are mostly applied to roofs and big fields directed upwards towards the sun, but could one imagine solar cells integrated or applied to the facade of a building? This is what this thesis is about, and how the market looks today for these technologies in 2019. Therefore, the purpose is to compare solar cell technologies and attachment possibilities on facades of buildings. The goal is to give architects insight into how they are and can be used for future facade solutions. Most of the work has consisted of literature studies from books, reports research and the internet. The results turned out to be that the techniques are under a maturing phase after intensive research has been made in the field of solar cells, as well as increased use, lower prices and more efficient techniques. Today, it is possible to utilize solar cell facades in Sweden and other countries around the world. The sun is a renewable energy source that can cover the majority of the world's energy and electricity needs.

Renewable energy sources, in form of solar power, is a growing source of energy. Not only at an industry level but also at a commercial level. Grid-connected, building-applied solar power has increased rapidly and as the implementation of solar energy grows, so does the importance of being able to evaluate locations that are of interest of installations with respect to its potential production and its impact on the electrical grid. In this thesis the energy production for different future scenarios is modelled for BAPV (Building Applied Photovoltaics) in Uppsala and Herrljunga. This is done by using calculation and simulation programs called MATLAB and ArcGIS. The results regarding Uppsala, are used in a report by BEESG (Built Environment Energy Systems Group) at Uppsala University to the Swedish energy agency. The grid impact of installing extensive solar power as concentrated and dispersed in Herrljunga are simulated and evaluated. Both authors has during the process been equally involved in all parts of the thesis in order to get a thorough understanding of the project as a whole. This due to the fact that the different parts of the thesis were dependent of each other (the second part could not be finished until the first were completed etc).

Klimatet och samhället förändras hela tiden och medvetenheten för konsekvenserna ökar. Genom att utnyttja alla tillgängliga delar i en energieffektivisering blir det möjligt att minska den tillförda energin till fastigheten. Detta arbete kommer belysa den potentiella energin i solen som kan utnyttjas för att värma upp fastigheter och andra resurser som har ett värmebehov. Rapporten kommer titta på hur solfångare kan bidra med värmeenergi till Hedlunda förskola. Med hjälp av beräkningar kommer lutningen på solfångarna visa vilka skillnader som framkommer gällande energimängd samt när energin går att nyttja. För att kunna besvara syftet med projektet kommer tre frågeställningar besvaras:  ·       Är det möjligt att minska energibehovet med 2,5 kWh/m2 med hjälp av solfångare? ·       Är det ekonomiskt lönsamt att använda solfångare för att minska energibehovet? ·       Hur löser man ett eventuellt problem med överhettning när energin inte utnyttjas under sommaren? Den metod som har använts för att undersöka solfångarnas tillförda energi är främst via beräkningar i Excel. För att få en ökad förståelse har litteraturstudier och informativa webbplatser använts. Avslutningsvis så visade resultatet att det är fullt möjligt att minska energibehovet årligen med 2,5 kWh/m2 eller 4 625 kWh totalt med solfångare.  Det framkommer att det inte är ekonomiskt lönsamt att använda sig av solfångare i den undersökta fastigheten. Detta beror till stor del på att den nuvarande uppvärmningen uppnås med relativt billig fjärrvärme. Att fjärrvärmen dessutom är billigast under sommaren då solfångarna är mest produktiva försvårar lönsamheten ytterligare. Det finns ett antal tekniska lösningar som gör det möjligt att undvika överhettning och kokning i systemet vilket möjliggör för en installation av solfångare. Sammanfattningsvis är det möjligt att använda sig av solfångare för att komma ner till energinivåer för ett internationellt certifierat passivhus. Solfångare kan vara intressant för Umeå Kommun trots att det inte är ekonomiskt lönsamt. En installation av solfångare kan ge Umeå Kommun mer kunskap om hur solfångare fungerar i praktiken samt vara ett budskap att man satsar på innovativitet och framtiden. / The climate and society are constantly changing, and awareness of the consequences of both is increasing. By utilizing energy efficient solutions, it will be possible to reduce the energy supplied to the system. This work will highlight the potential energy in the sunlight that can be used to heat structures and other facilities that have a heating demand. The report will look at how solar collectors can contribute thermal energy to Hedlunda preschool. By means of various calculations, the tilt angle of the solar collectors will show what differences appear in the current amount of energy and when the energy can be used. To fulfill the purpose of the project, three questions will be answered: ·        Is it possible to reduce the energy demand by 2.5 kWh/m2 with the help of solar collectors? ·        Is it economically profitable to use solar collectors to reduce external energy demand? ·        How do you solve a possible problem with overheating when the energy is not used during summer?  The method that has been used to investigate the solar energy supply is primarily calculations in Excel. To gain a better understanding, literature studies and informational websites have been used. In conclusion, the results showed that it is quite possible to reduce the yearly energy demand by 2.5 kWh/m2 living space or 4,625 kWh total with solar collectors. However, using solar panels in the investigated property is not financially profitable. This is largely because the heating is currently managed by a cheap district heating. Furthermore, the fact that district heating is at its cheapest during summer when solar collectors are most productive further complicates profitability. There are several technical solutions that make it possible to avoid overheating and boiling in the system, which allows for the installation of solar panels. In summary, it is possible to use solar collectors to reduce energy levels to an international certified passive house standard. Solar collectors can be interesting for Umeå Kommun even though it is not financially profitable. An installation of solar collectors can give Umeå Kommun more knowledge about how solar collectors work in practice and be a message that they are investing in innovation and the future.

Implementation av solföljare förbättrar effektiviteten hos en solcell genom att optimera panelens riktning. En solföljare består av en mekanisk ställning, ett elektriskt styrsystem och motorer eller servomotorer som riktar panelen. För att öka den totala effektiviteten behövs ett elektroniskt styrsystem som förbrukar mindre effekt än ställningens ökade effekt jämfört med en statisk panel. I detta projekt utnyttjades spänningsdelade fotoresistorer för att känna av omgivningens ljusnivå, och servomotorer för att sedan rikta om solföljaren. För att omvandla ljusdatan till rörelsekommandon användes en Arduino. Projektet resulterade i en fungerande solföljare som utan större problem klarade av att över längre tider hitta den ljusaste punkten i omgivningen (följa solen det vill säga). För att avgöra den ökade effektiviteten så jämfördes solpanelens stationära effekt med effekten för samma solpanel monterad på solföljaren. Resultatet visar på en tydlig skillnad, men är begränsad då mätningar inte har gjorts på flertal tider under året. Totalt visar resultatet på att det finns flera fördelar med att använda en solföljare, men kan i brist på tillräcklig data inte fastslås att vara en mer effektiv metod än en statisk panel över ett längre tidsspann.

Sverige har klimatmålet att nå negativa utsläpp av växthusgaser efter 2045 och det har en stor betydelse för att kunna uppnå Parisavtalet. Året 2021 stod bostäder och service för 43 % av den totala slutliga energianvändningen i Sverige och en minskning av den här användningen genom energieffektivisering är ett steg åt rätt riktning. Villa Ehrling byggdes 1982 i Falun och var tidigt ute med unika lösningar. I arbetet kartläggs de olika energieffektiviserande åtgärderna som förekommer i energivillan och energiberäkningar har genomförts över husets energiprestanda och klimatskal. Resultatet jämförs med dagens krav och andra lågenergihus för att avgöra om idéerna i villan kan implementeras än idag på nybyggnationer. Det primära syftet med villan är att utnyttja aktiv och passiv solenergi med vatten-och luftsolfångare samt lagra solenergi i villans stomme. Genom en unik utformning av fasaden med en 70 graders takvinkel, samt en orientering av byggnaden med stora glasspartier åt sydväst, kan värme tillföras från solinstrålningen under stora delar av året men också avskärmas under sommaren då solen står högre på himlen och värmebehovet är lägre. Utöver det har fasaden designats för att minska energiförluster från kall vind från norr med en låg takvinkel på 26 grader och begränsat antal fönsterytor. Villans ventilationssystem förvärmer tilluften genom lagrad värme i marken och återvinner värmen i frånluften. Överskottsvärmen kan lagras i ett stenmagasin under huset bestående av kullersten och tas ut när behovet finns. Ytterligare energieffektiviserande lösningar som förekommer i villan är återanvändandet av spillvärmen i avloppet med en avloppsvärmeväxlare. Resultatet av studien visar att villa Ehrling har en energiprestanda som varierar beroende på beteendet hos boende från omkring 35 % till 75 % lägre än de krav som ställs på nybyggnationer enligt Boverkets byggregler. Det här innebär att villan uppnår en hög energiklassificeringen med betygen A eller B än idag och hamnar i samma klassificering som andra lågenergihus. Byggnaden har en genomsnittlig värmegenomgångskoefficient på 0,314 W/(m2 K) vilket nästan uppfyller det högsta tillåtna värdet på denna koefficient idag. Jämfört med moderna lågenergihus fann den här studien att klimatskalet på villa Ehrling var mycket sämre. Slutsatsen från detta arbete är att trots villa Ehrling byggdes omkring 40 år sedan är det en villa som är mycket relevant än idag, både prestandamässigt och att mycket av husets energieffektiviserande lösningar är vanligt förekommande i nybyggnationer och andra lågenergihus idag. / Sweden has the goal of reaching negative emissions in the year 2045 to be able to reach the Paris agreement. In the year 2021, 43 % of the total energy consumption in Sweden came from housing and service and more efficient buildings is a step in the right direction. Villa Ehrling was built in 1982 in Falun, Sweden, with some interesting concepts. This report will present the concepts of the building and calculations that cover the performance of the house and its envelope. The results are compared with the requirement of how well insulated a house should be when built today. The performance and concepts of Villa Ehrling is also compared with other low-energy buildings to determine if some of Ehrlings concepts are of any use to implement in other buildings. The primary purpose of villa Ehrling is to utilize solar energy actively with air and water solar collectors, and passively by storing heat in building parts. A unique design of the façade, with and an orientation towards southwest with large areas of glass and a roof with an angle of 70 degrees, enables the ability to absorb solar heat during larger parts of the year and block the sun rays during summer when the heat demand is low. The façade contains small areas of glass towards northeast and a low roof angle of 26 degrees to reduce energy losses causes by cold winds.The ventilation system utilizes stored heat in the ground to preheat incoming air. The heat in the outflowing air is also utilized to preheat incoming air. Villa Ehrling has a heat storage made of cobblestone where energy is provided by heated air, and the energy can be extracted when the need occurs. Heat from showers and hot tap water usage is used in a heat exchanger and preheats tap water.The result of the study shows that villa Ehrling has an energy performance that varies depending on the behaviour of residents from about 35 % to 75 % lower than the requirements for new constructions according to the Swedish National Board of Housing, Building and Planning's building regulations. This means that the villa achieves a high energy classification with the grade A or B even today and ends up in the same classification as other low-energy houses. The building has an average heat transfer coefficient of 0.314 W/(m2 K), which almost meets the maximum permissible value of this coefficient today. Compared to modern low-energy houses, this study found that the envelope of villa Ehrling was much worse.The conclusion from this work is that despite villa Ehrling being built about 40 years ago, it is a villa that is very relevant even today, both in terms of the energy performance and that much of the house's energy efficient solutions are common in new buildings and other low-energy houses today.