Energikonsumtionen ökar globalt och på grund av detta så behövs ökad energiproduktion. El från förnyelsebara källor är och kommer vara en nyckel för att klara av dessa energibehov och den kanske viktigaste energikällan är den primära solinstrålningen. Umeå energi gör en satsning på en solcellsanläggning vid Gammlia idrottsanläggning i Umeå och på grund av detta har en undersökning gjorts om energilagring i kombination med solcellerna. Solinstrålningen varierar över dygnet och året och därmed också elproduktionen. Solcellerna producerar endast el när solen skiner och ett sätt att ta del av den elen de perioder som inte solen lyser så kan vara energilagring. I rapportens första del har Två energilagringsmetoder undersökts, batterilagring och vätgaslagring. Metodernas funktionsprincip, för/nackdelar och en redogörelse huruvida de passar som energilagring i byggnader har gjorts. I den andra delen har beräkningar gjorts för möjligheterna att göra Gammlia idrottsanläggning självförsörjande på den producerade elen från solpanelerna. Rapportens första del har gjorts av en litteraturstudie av vetenskapliga rapporter och annat webbaserat material. Energiberäkningarna grundar sig från tillhandahållen information från Umeå energi samt tillgängliga beräkningsmetoder på internet. Batterier är en elektrokemisk lagringsform och fungerar så att en anod, en katod samt att elektrolyt används i samtliga tekniker. Fördelen med batterier är flexibiliteten och låga underhållskostnader medan den stora nackdelen är den låga energidensiteten. Vätgaslagring med hjälp av elektrolys är en metod där vätgas produceras av vatten och elektricitet. Fördelen är hög energidensitet och miljövänlig omvandling. Den största nackdelen är höga omvandlingsförluster. I undersökningen om möjligheter för energilagring i Gammlia idrottsanläggning undersöktes det om anläggningen kan göras självförsörjande på el på solcellerna. Det har konstaterats att det ej var genomförbart med den solcellsproduktion och de lagringstekniker som är aktuell i denna studie. En mindre omfattande lösning hittades som innebär dygnslagring under sommarmånaderna. Med hjälp av batterier kan energi producerad på dagen sparas och användas på kvällen/natten. Denna lösning är genomförbar rent tekniskt men inte ekonomiskt då förtjänsten är för liten i jämförelse med investeringskostnaden. / Energy consumption is increasing globally and because of this, increased energy production is necessary. Electricity from renewable sources is and will further be a key to meet the energy needs and perhaps the most important energy source is the sun. Umeå energi makes an investment in a photovoltaic system at Gammlia sports center in Umeå, and because of this, a study has been made on energy storage in combination with solar cells. Solar cells have a varied production, seen over the day and year. The solar cells only produce electricity when the sun is up, and energy storage is a possible solution for storing some of the energy produced during the day, to use later during the evening/night. The report's first section has two energy storage methods studied, battery storage and hydrogen storage. Methods for the operating principles, pros/cons and a statement whether they fit as energy storage in buildings has been made. In the second part, calculations have been made for the possibility of installing energy storage in Gammlia sports center for the electricity generated from the solar panels. The first part is made of a literature review of scientific reports and other web-based material. Energy estimates are based from the information provided from Umeå energy and the available methods of calculations on the web. Battery is an electrochemical storage shape and function to an anode, a cathode, and the electrolyte is used in all techniques. The advantage of batteries is the flexibility and low maintenance costs while the major drawback is the low energy density. Hydrogen storage using electrolysis is a method in which hydrogen produced from water and electricity. The advantage is the high energy density and environmentally friendly conversion. The main disadvantage is the high conversion losses. The survey on the possibilities for energy storage in the Gammlia sports facility, an investigation was made whether the plant could be made self-sufficient for electricity on the solar cells. It was costly that it was not feasible with the solar cell demodulation and storage technologies that are relevant in this study. A less comprehensive solution was found that involves daystorage in the summer months. Using batteries, energy produced on the day could be saved and used in the evening / night. This solution was feasible, purely technical, but not economical, as earnings were too small in comparison to investment cost.

I detta arbete har optimeringsmöjligheterna för solpaneler undersökt, utifrån parametern energiproduktion beräknad med hjälp av infallen solstrålning. Detta genomfördes genom en modell där panelen kan simuleras mer eller mindre solföljande. Utöver denna optimering har även effekten av molnighet undersökts genom att jämföra direkt- och diffus solstrålning med olika metoder av solföljning. Arbete är gjort för institutionen för Energiteknik på KTH med anledning av deras intresse av att införskaffa en solpanel för experimentella syften. För att möta detta intresse har även en marknadsundersökning på rådande teknik genomförts med mål att rekommendera en solpanel till institutionen. Resultatet för optimeringen togs teoretiskt fram genom en modell som konstruerades i MATLAB. Marknadsundersökningens resultat togs fram genom mailkontakt med ett antal leverantörer och en litteraturstudie. Simuleringarna visade på att tvådimensionell solföljning var lika effektiv som endimensionell under året 2019 och att dessa var 13% effektivare än det stationära alternativet. Vidare visade resultaten från simuleringarna att det finns en marginell vinning i att optimera panelerna vid molniga förhållande. Dels genom ett konstruerat scenario där timmarna valdes till en period då den direkta solstrålningen var 0 W/m­2, vid detta scenario visade optimeringen att det finns 15% energi att hämta. För hela året användes flera scenarion vid optimeringen och det resultatet blev cirka 1,7% mer energi med hjälp av optimeringen. Som resultat av marknadsundersökningen valdes en solföljare från företaget HelioZenit AB som främsta rekommendation för installation på KTH-campus. De beräkningar som ligger till grund för resultatet i studien är svåra att verifiera  då det på grund av tidsbrist inte fanns tid att genomföra praktiska mätningar för jämförelse med simuleringarna. Även faktumet att modellen enbar prövas över ett år att slutsatser blir svåra att dra. En möjlig vidareutveckling skulle vara att testa modellen över ett decennium för tillförlitligare svar. Dock kan vissa slutsatser om vädrets påverkan på producerad effekt dras då hög molnighet kan negera de fördelar solföljning ger. Resultatet av marknadsundersökningen innebar val av solpanel för installation på KTH-campus. Tvådimensionell solföljning anses inte vara relevant för konsumenter i dagsläget då det finns ett smalt utbud och den ökade produktionen inte överväger de nackdelar som de mer avancerade systemen ger. Optimeringsmodellen är konstruerad utifrån att skillnaden i solstrålning är känd vilket kan göra programmerings lösningen svår att implementera i realtid. / This paper studies the optimization possibilities for solar panels from the parameter of energy production calculated based on solar radiation hitting the panel. This has been done through a model where the panels can be simulated more or less suntracking. Beyond this optimization the paper also studies the effects clouds have on the energy production by comparing the differences of beam and diffuse radiation to the different sun tracking scenarios. The paper is produced for the Energy Technology department at KTH with cause of their interest of  investing in a solar panel for experimental purposes. With the purpose of meeting this interest we performed a market analysis on the current technology with the goal of recommending a solar panel to the department. The results from the optimization were produced theoretically through a model that was constructed in MATLAB. Results from the market analysis came from mail contact with a number of suppliers and through a literature study. The simulations showed that two dimensional sun tracking was as effective as one dimensional tracking during 2019 and that they were 13 % more efficient than a stationary panel. Furthermore the results from the simulations showed a marginal gain in optimizing the panels during cloudy weather. These results were produced by first constructing a scenario during a portion of the year where the beam radiation was 0 W//m­2. During this scenario the result was a gain of 15%. When implemented during the whole year more criterias where tested and the result was around 1,7% gain. As a result of the market analysis a solar panel from the company HelioZenit AB was chosen as the primary recommendation for installation at KTH-campus. The calculations the results are based on in the paper are difficult to verify due to limited time to perform real time measurements for comparison. Furthermore the fact that the model only utilizes data from a single year makes it hard to draw conclusions. A possible development could be to test the model over a decade for more reliable results. Though some conclusions about the weather's effect on the produced energy can be drawn since cloudiness can negate the benefits of sun tracking. The results from the market analysis were used for deciding what solar tracker to recommend for installation on KTH-campus. Two-dimensional solar tracking are not viable for the consumer in the current time due to the low supply on the market and small return in relation to higher costs. The optimization model is constructed on known differences in magnitude of solar radiation, this means that the solution that was used in the programing might be hard to implement in real time.

Södra Gotland (Storsudret) är ett av de mest utsatta områdena i Sverige när det kommer till torka under somrarna. Trots stora mängder nederbörd har jordbrukare problem med bevattning då öns geologi påverkar lagringen av vatten i form av grundvatten negativt. Vilket beror på att berggrunden består främst av kalk, märgel och märgelsten. Dålig tillgång till vatten kombinerat med långa och varma somrar har medfört att skörden minskat markant under de senaste åren. Bevattningstekniker som används i dagsläget är inte bra på att utnyttja vatten på ett hållbart och effektivt sätt. Dessutom har kostnaderna ökat för många jordbrukare på Gotland med avseende på de ökande elpriserna. Bevattning kräver el och vissa bönder har exempelvis inte tillgång till el vid sina åkrar och måste därmed dra el vilket ökar kostnaderna markant. Behovet av mer resurseffektiva och hållbara bevattningstekniker är stort och något som behöver undersökas mer djupgående.  Syftet med denna studie var att undersöka ifall ett automatiserat bevattningssystem som drivs av solenergi faktiskt är möjligt att implementera. Detta utifrån olika kriterier såsom kostnad, energianvändning, skördemängd, klimatpåverkan och vattenanvändning. Därefter jämföra mot ett mer konventionellt system som används i dagsläget och därmed undersöka vilka skillnader det finns. Det var två system som valdes i studien. System 1 var ett potentiellt automatiserad rampbevattningssystem och system 2 ett konventionellt rampbevattningssystem. Båda systemen sattes in i verklighetsbaserade scenario (en åker i södra Gotland) för att få en mer realistisk överblick. Därefter användes en multikriterieanalys för att jämföra båda systemen mot varandra utifrån valda kriterier. Sist av allt användes en SWOT-analys för att sammanknyta all resultat som togs fram i studien.  Resultatet visade att det är i teorin möjligt att bygga ett helt automatiserat bevattningssystem som drivs av solenergi och att det finns både positiva och negativa delar med systemet jämfört mot en konventionell rambevattning. Det potentiella systemet har exempelvis både en högre kostnad som 1,1 gånger högre, samt en högre energianvändning per hektar, cirka 5 gånger högre jämfört med ett konventionellt system. Dock presterade det potentiella systemet bättre jämfört mot ett konventionellt system med avseende på klimatpåverkan som var 10 gånger lägre jämfört med ett konventionellt system. SWOT sammanställningen visade också att intresset för automatiserade bevattningssystem är låg bland jordbrukare delvis på grund av att systemen inte är anpassade till svenska förhållanden, samt den höga investeringskostnaden. Därav krävs det att fler aktörer blir involveras och kunskapen sprids för att öka etableringen av automatiserade bevattningssystem på södra Gotland (Storsudret) samt resten av Sverige. / The southern part of Gotland (Storsudret) is one of the most exposed areas in Sweden when it comes to drought during the summers. Despite large amounts of rainfall, farmers have problems with irrigation as the island’s geology negatively affects the storage of water in the form of groundwater. Poor access to water combined with long and hot summers has meant that the harvest has decreased significantly in recent years. Irrigation techniques used today are not good at using water sustainably and efficiently. In addition, costs have increased for many farmers in Gotland concerning the increasing electricity prices. Irrigation requires electricity and some farmers, for example, do not have access to electricity in their fields and thus have to get electricity, which increases costs significantly. The need for more resource-efficient and sustainable irrigation techniques is great and something that needs to be investigated in more depth.  The purpose of this study was to investigate whether an automated irrigation system powered by solar energy is realistically possible to implement. This was based on various criteria such as cost, energy requirements, yield, etc., and then compare against a more conventional system that is currently used and thus examines what differences there are. Two systems were chosen in the study. System one was a potentially automated irrigation system and system two was a conventional ramp irrigation system. Both systems were put into a reality-based scenarios (a field in southern Gotland) to get a more realistic overview. Multi-criteria analysis was then used to compare both systems against each other based on selected criterias. Afterward, a SWOT analysis was also carried out to summarize all the results that were produced in the study.  The result showed that it is theoretically possible to build a fully automated irrigation system powered by solar energy and that there are both positive and negative parts to the system com- pared to conventional ramp irrigation. The potential system has, for example, both a higher cost which was 1.1 times higher, and a higher energy requirement per hectare which was 5 times higher compared to a conventional system. However, the potential system performed better compared to a conventional system concerning climate impact which was 10 times lower compared to a conven- tional system. The SWOT summarize also showed that interest in automated irrigation systems was low among farmers partly due to the systems not being adapted to Swedish conditions and the large investment cost. Thus it is necessary that more actors be involved and the knowledge spread to increase the establishment of automated irrigation systems in southern Gotland (Storsudret) and in the rest of Sweden.