Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Comparison of solar thermal and photovoltaic assisted heat pumps for multi-family houses in Sweden
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The building sector account for 40 % of the global energy demand, and an increasingly popular way to supply buildings with heat is through the use of heat pumps. Solar thermal (ST) can either be used as a low temperature energy source in the heat pump or to directly supply the building’s heating demand. 

The increasing market of PV has made it a favorite for roof-top solar installation. Its physical integration with buildings and HPs is simpler than that of ST and can supply any available electric load associated with the building and not just the HP system. It can also supply any excess power to the grid. 

In order to properly compare these two options, key performance indicators (KPIs) were identified for several system boundaries within the building and HP system. Technical KPIs used were seasonal performance factor (SPF), solar fraction (SF) and self-consumption (SC), while internal rate of return (IRR), net present value (NPV), profitability index (PI) and payback time was used to evaluate their economic performance. 

For the thesis a multi-family house was modelled in TRNSYS where different system sizes of either ST or PVs was simulated for a year with three-minute intervals. The ST was connected in a parallel configuration thereby supplying the building’s domestic hot water (DHW) through a separate storage tank. The modelled heat pump was a ground source heat pump (GSHP) which utilizes boreholes as the low temperature energy source.

The SPF increased for both the ST and PV integration from the reference scenario (no PV/ST integration) but to a varying degree depending on the analyzed system boundary. The economic results suggested that PVs are the more financially sound option over ST for the simulated MFH. The sensitivity analysis also showed the large impact of economic assumptions on the expected profitability for both the PV and ST systems. Based on the results would the simulated MFH with an existing GSHP benefit more from installing PV instead of ST from both a technical, economic and environmental perspective. 

It is reasonable that PVs will most likely be an integral part for future buildings in Sweden with or without HPs because of its financial strength and versatility of demand supply, especially compared to ST.

Abstract [sv]

Byggsektorn står för 40% av det globala energibehovet, och ett alltmer populärt sätt att leverera värme till ett hus är genom användning av värmepumpar. Solvärmefångare kan antingen användas som en lågtemperaturenergikälla i värmepumpen eller för att direkt leverera byggnadens värmebehov. 

Den ökande marknaden för solceller har gjort den till en favorit för takmonterad solinstallation. Dess fysiska integration med byggnader är enklare än solvärmefångare och kan leverera el till hea byggnaden och inte bara värmepumpssystemet. Solceller kan också leverera till elnätet om produktionen överstiger byggnadens behov.

För att korrekt jämföra dessa två alternativ identifierades viktiga indikatorer för flera systemgränser inom byggnaden och värmepumpssystemet. Tekniska indikatorer som användes var årsvärmefaktor, solfraktion och självförbrukning, medan internränta, nuvärde, lönsamhetsindex och återbetalningstid användes för att utvärdera deras ekonomiska resultat.

För uppsatsen modellerades ett flerbostadshus med tillgänglig takyta i TRNSYS där olika systemstorlekar (i kvadratmeter) av antingen solvärmefångare eller solceller var simulerade i ett år med tre minuters intervall. Solvärmefångaren var ansluten i en parallell konfiguration med värmepumpen, varigenom byggnadens varmvatten levereras genom en separat lagertank. Den modellerade värmepumpen var en bergvärmepump som utnyttjar borrhål som lågtemperaturenergikälla.

Årsvärmefaktorn ökade för både solvärmefångar- och solcells-integrationen från referensscenariot (ingen solteknisk-integration) men i varierande grad, beroende på den analyserade systemgränsen. De ekonomiska resultaten visade att solceller är det mer ekonomiskt sunda alternativet över solvärmefångare för det simulerade flerbostadshuset. Känslighetsanalysen visade också på den stora effekten av ekonomiska antaganden på den förväntade lönsamheten för både solceller och solvärmefångare. Baserat på resultaten skulle det simulerade flerbostadshuset med en befintlig bergvärmepump dra nytta av att installera solceller istället för solvärmefångare från ett tekniskt, ekonomiskt och miljömässigt perspektiv.

Det är troligt att solceller kommer vara en del i framtida byggnader i Sverige med eller utan värmepumpar på grund av den ekonomiska styrkan och möjligheten att tillgodose både byggnaden och elnätet vid överproduktion.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 62
Series
TRITA-ITM-EX 2018 ; 719
Keywords [en]
Solar Thermal, PV, Heat Pump, KPI, Multi-family houses, TRNSYS
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-244401OAI: oai:DiVA.org:kth-244401DiVA, id: diva2:1290312
Educational program
Master of Science in Engineering - Energy and Environment
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-02-20 Created: 2019-02-20 Last updated: 2019-02-20Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1305 kB)152 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1305 kBChecksum SHA-512
372b8bcc8fc77d85c5207324f5939f3dd3c6ee177453af0ef465eca888ae5eb56607e19f4273c804e844869abc541d08df0c109a7dee4cd72b25b67ff6ac5345
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 152 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 250 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf