Assessing the feasibility of implementing DC-microgrids in addition to USB-C and rooftop PV in households and offices: The Cases of Sweden and Spain

• Main Author: Igual Escriche, Miguel
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Energiteknik 2018
• Subjects: Mechanical Engineering; Maskinteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-244409

This Thesis’s frame is the feasibility of DC-microgrids at buildings environment. Nowadays, there is plenty of literature available regarding the benefits of implementing DC at buildings instead of AC as a means of optimizing photovoltaic generation PV on the grounds of minimizing conversion losses, with an overall energy saving of about 5-12% [1] [2]. Studies conclude that even more energy, up to 14%, could be saved if Local Energy Storage (LES) was also integrated in the equation [1]. Basing its findings on this data and on the many papers and publications that ratify these conclusions, this Thesis aims to provide a new contribution on this issue. Thanks to the baseline discussion, where all the relevant information, inputs and facts that support the hypothesis of the Thesis had been presented, the model was developed in order to assess the feasibility of implementing DC-microgrids in addition to USB-C and rooftop PV in households and offices for both countries, Sweden and Spain. Each country represents different weather condition settings but also different sociopolitical commitments to both the environment and the renewable energy generation movements, and the model this Thesis has developed, has been capable to take all of this into account and provide coherent conclusions. Different scenarios, dependent on the DC market penetration, have been carried out through the model thanks to Microsoft Office Excel. The aim of the model per se was to provide answers about the energy, environmental and economic consequences that developing a hybrid grid with both AC and DC power infrastructure have on buildings equipped with rooftop PV. Furthermore, the profitability of creating “free storage” through USB-C have been studied in two different typologies of buildings, one with the PV generation matching the consumption in time, the offices, and other without this coincidence, the households, where the demand significantly varies after the sun goes down. After optimizing the number of PV modules and the amount of electric storage for each typology of building and country, the results of the Thesis show how non-technical aspects have strong positive or negative economic consequences in both countries but, nevertheless, the implementation of the system proposed carry considerable environmental savings independently on the DC penetration. Finally, office buildings have stated themselves as the most interesting typology of building to implement the system analysed.  === Denna avhandlingen utreder huruvida likströmsbaserade micronät är ett realistiskt alternativ för fastigheter. Det finns numera gott om litteratur som beskriver fördelarna med att implementera ett likströmsnät i stället för växelström i byggnader med lokalt genererad solel med målet att minska konverteringsförluster och få en övergripande elbesparing i storleksordningen 5-15% [1] [2]. Ytterligare studier visar att man med ett lokalt placerat energilager (Local Energy Storage, LES) så kan man få elbesparingar på upp till 14% [1]. Det finns ett antal avhandlingar som stödjer dessa antaganden och målet med denna avhandling är att bidra med ytterligare insikter inom detta område. Baserad på det aktuella forskningsläget och datan i dessa studier som underbygger hypotesen i denna avhandling, så utvecklades en modell för beräkna hur realistiskt det är att bygga en likströmsbaserad microgrid för kontor och bostäder i Sverige och Spanien och som även innehåller USB-C och takmonterade solpaneler. Varje land har olika förutsättningar vad det gäller väder men också olika politiska förutsättningar vad det gäller hur man stödjer miljön och förnyelsebar energi och den model som har utvecklats tar allt detta i beaktande och presenterar en komplett slutsats. Olika scenerier som tar i beaktande hur marknaden för likströmsinstallationer ser ut har modellerats i Microsoft Office Excel. Målet med modellen var att för en byggnad med en hybridinstallation av både växelström och likström och takmonterade solpaneler, undersöka konsekvenserna med avseende på energianvändning, miljöbelastning och finansiella aspekter. Utöver detta så har avhandlingen analyserat vinsterna med att skapa ”gratis energilager” baserat på USB-C. Detta har skett i två scenarier: 1) kontor med lokala solpaneler och där elkonsumption matchar solelsproduktion under dagen och 2) hushåll där man typiskt konsumerar mera el när solen har gått ner och man inte har denna matchning. Efter att ha optimerat antalet solpaneler och storleken på energilager för varje typ av byggnad och land så pekar resultat från avhandlingen på att icke-tekniska aspekter har stora ekonomiska konsekvenser i båda länderna, men oavsett detta skapar den föreslagna lösningen betydande miljömässiga besparingar oavsett av utbredningen av likström. Slutgiltligen så visar avhandlingen att kontorsbyggnader är den mest intressanta byggnadstypen för den undersökta lösningen.