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.

The installed capacity of electricity produced from solar power has increased over the years and will do so even further. A lot of companies are investing in so-called solar parks to create large scale electricity production from solar power. With intermittent energy sources such as solar power comes challenges for the electricity net where storage systems can play an important role to handle these challenges. Storage systems connected to renewable energy can also be a way to increase the economic benefits of a system.  This study investigates whether a lithium-ion battery system connected to a solar park is economically profitable, and in that case under which circumstances. This is done by focusing on a solar park in Uppsala, Sweden, owned by Vasakronan AB. Different grid-connected services provided by the battery that could generate income were identified and chosen for the study which were arbitrage, a local flexibility market and frequency regulation. The usage of the battery for each and a combination of these services were modelled and simulated in Matlab (2020). Each individual case was created as its own model for three different battery capacities (2, 4 & 8 MWh). To investigate whether a case was profitable or not, the internal rate was calculated for each model. This was also done for a longer lifetime of the battery and for lower investment costs as a sensitivity analysis. The results show that a system of this kind is only profitable for one case which is if a 2 MWh battery is used for the frequency regulation services FFR and FCR-D. This results in an internal rate of 6% which is higher than the rate of return of 5% that Vasakronan requires. The conclusions of the study is that it is difficult to make an investment in a battery system that is only charged from a solar park profitable.

This bachelor thesis investigates what kind of battery system that is suitable for an electric driveline equipped with a mechanical fly wheel, focusing on a battery with high specific energy capacity. Basic battery theory such as the principle of an electrochemical cell, limitations and C-rate is explained as well as the different major battery systems that are available. Primary and secondary cells are discussed, including the major secondary chemistries such as lead acid, nickel cadmium (NiCd), nickel metal hydride (NiMH) and lithium ion (Li-ion). The different types of Li-ion chemistries are investigated, explained and compared against each other as well as other battery technologies. The need for more complex protection circuitry for Li-ion batteries is included in the comparison. Request for quotations are made to battery system manufacturers and evaluated. The result of the research is that the Li-ion NMC energy cell is the best alternative, even if the cost per cell is the most expensive compared to other major technologies. Due to the budget, the LiFeMnPO4 chemistry is used in the realisation of the final system, which is scaled down with consideration to the power requirement.

Kolfiber CF kan användas som positiv elektrod i strukturella batterier om de beläggs med ett aktivt material, såsom litiumjärnfosfat LFP. Fördelen med att använda kolfibrer som elektroder är att de samtidigt kan bära mekanisk belastning och lagra elektrisk energi. Det finns flera tekniker för att belägga kolfibrerna. I denna rapport kommer en jämförelse att göras av fibrer som belagts med elektroforetisk deponering, sprutbeläggning och pulverimpregnering. Elektrokemisk karakterisering kommer att avgöra och utvärdera prestandan hos dessa tre tekniker. Cellerna som monterades med sprutbeläggda och pulverimpregnerade prover visade de högsta kapaciteterna, 141 mAh/g vid C/10 respektive 139 mAh/g vid C/14. Vidare testning utfördes på de pulverimpregnerade proverna för att studera elektriska egenskaper och beteende, såsom elektrokemisk impedansspektroskopi EIS, cyklisk voltammetri CV och långtids-cykling. Svepelektronmikroskop SEM analys genomfördes för att observera ytmorfologin och förstå hur de elektrokemiska testerna kan påverka fibrernas yta. / Carbon Fibres (CF) can be used as the positive electrode in structural batteries if they are coated with an active material such as Lithium Iron Phosphate Oxide (LFP). The advantage of using carbon fibres as electrodes is that they simultaneously can carry the mechanical load and store electrical energy. There are several techniques to coat the carbon fibres. In this report, a comparison will be made on fibres coated using electrophoretic deposition, spray coating and powder impregnation. Electrochemical characterisation will determine and evaluate the performance of these three techniques. Cells assembled with spray-coated and powder-impregnated samples delivered the highest capacities, 141 mAh/g at C/10 and 139 mAh/g at C/14, respectively. Further testing was conducted on the powder-impregnated samples to study the electrical properties and behaviour, such as Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Cyclic Voltammetry (CV) and long-term cycling. Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis was performed to see the surface morphology and understand how electrochemical testing can affect the surface of the fibres.

The electrification of personal transport vehicles is one of the strategies to counteract global warming and dependance on fossil fuels. Diesel powered cars are already prohibited in several big cities and the prices for fuel are constantly climbing. Even so, electric cars are still a premium that not everyone can afford as they could an older ICE-car. This means that there can be a gap in the near future were the Swedish working- and middle class can neither afford a new EV nor refuel their combustion engine car. This thesis investigates the possibilities and challenges of electric conversion of an existing, (used) combustion engine car as an alternative to buying a new electric car. The conversion is meant to be a DIY-project that can be carried out by anyone with the capacity to learn all the skills necessary and with sufficient funds to own a car in the first place. Parts of or the whole project can be outsourced to machine shops or similar, if there are areas where knowledge or equipment of the builder are insufficient. This type of conversion proves to be highly modular where the selection of both car and components depends on budget, time, and knowledge. Brushed DC motors offer reliability at a low cost, but with relatively low efficiency. A three-phase induction motor will be a more costly option, but with the benefit of higher efficiency and power. The batteries that are deemed appropriate for the conversion are lead-acid and lithium-ion batteries. Lead-acid batteries are robust and have a low cost. Their low energy density will however result in a higher weight making this type of battery best suited for a small car with short range. Lithium-ion batteries, which are used in commercial EVs, have a high energy density and lower weight. They come at a high cost however, and they require individual monitoring of the cells’ voltage to prevent potential failure. The converted car will have to be registered as a modified vehicle in order to legally be used in Sweden. The original total weight of the car cannot be exceeded during the conversion and because of this, a car with low curb weight and high max load is preferable as a starting point. / Den pågående elektrifieringen av personlig transport är ett av verktygen för att uppnå en hållbar utveckling. I samband med detta stiger bränslepriser och förbud mot dieseldrivna bilar finns numera i flertalet städer. Trots detta är elbilar fortfarande mycket dyra i inköp. Elkonvertering av befintliga (begagnade) bilar kan vara både ekonomiskt och ekologiskt gynnsamt då resultatet blir en cirkulär ekonomi och minskat behov av fossila bränslen, samtidigt som bilägaren ej behöver betala för dyrt bränsle. Detta examensarbete kartlägger möjligheterna och utmaningarna kring elkonvertering av enbegagnad bil med förbränningsmotor som alternativ för att köpa en ny elektrisk bil. Konverteringen skall vara ett DIY-projekt som kan genomföras av alla som har kapaciteten att lära sig de färdigheter som krävs samt har finansiella möjlighten att äga en bil. Delar av eller hela arbetet kan även lämnas bort till en mekanisk verkstad om byggaren saknar kunskap eller utrustningen för att genomföra projektet. Att utföra en sådan konvertering visar sig vara högst modulärt där val av bil eller komponenter behöver fattas utifrån budget, tid och kunskap. Kolborst-DC motorer erbjuder pålitlighet till ett lågt pris men har förhållandevis låg verkningsgrad. Trefas AC motorer innebär högre kostnad men erbjuder högre effektivitet och mer effekt. De batterier som bedöms lämpliga för konverteringen är bly-syra batterier och litium-jonbatterier. Även här skiljer sig kostnad och prestanda. Bly-syrabatterier är robusta och innebär lägre kostnad, men har låg energidensitet och resulterar i hög vikt. De lämpar sig därför för mindre bilar med kort räckvidd. Litium-jonbatterier, som används kommersiellt i dagens elbilar, har hög energidensitet och lägre vikt. De är dock ett mer kostsamt alternativ och kräver cellövervakning för att förhindra potentiellt haveri. Bilen kommer behövas registreras som ombyggt fordon för att lagligt kunna brukas i Sverige. Viktigt är att bilens ursprungliga totalvikt ej överskrids, varför en bil med låg tjänstevikt och hög maxlast är att föredra som utgångspunkt för konverteringen.