Evaluating the Performance of a Solar Thermal Field: A Case Study with Proposed Improvements
(2023) MVKM01 20231Department of Energy Sciences
- Abstract
- Given the urgency of climate change, alternative energy sources, and policy strategies
are needed to reach the net-zero emission goals and halt global warming. Solar thermal
energy is a renewable and abundant energy source that could be a part of the solution. In
this master’s thesis, the performance of a pilot solar thermal park in northern Sweden was modeled and evaluated based on an international evaluation standard, ISO 24194:2022
’Solar energy—Collector fields—Check of performance’. However, due to simplifications
and uncertainties in the ISO 24194:2022, a broader analysis of both the solar thermal field
and the ISO 24194:2022 was made. A fault in the ISO 24194:2022 was found which makes
the measured performance appear better... (More) - Given the urgency of climate change, alternative energy sources, and policy strategies
are needed to reach the net-zero emission goals and halt global warming. Solar thermal
energy is a renewable and abundant energy source that could be a part of the solution. In
this master’s thesis, the performance of a pilot solar thermal park in northern Sweden was modeled and evaluated based on an international evaluation standard, ISO 24194:2022
’Solar energy—Collector fields—Check of performance’. However, due to simplifications
and uncertainties in the ISO 24194:2022, a broader analysis of both the solar thermal field
and the ISO 24194:2022 was made. A fault in the ISO 24194:2022 was found which makes
the measured performance appear better if worse sensor maintenance and equipment were
used. A suggestion for this problem was changing a parameter in the ISO 24914:2022
to mark certainty/consistency in the performance evaluation rather than impacting the
actual performance calculation. By applying the ISO 24194:2022 and color coding the
performance data of the solar thermal park by hour it was shown that the performance of
the park had a significant dip in the middle of the day. A possible reason for this could be
non-ideal tracking which is most noticeable in the middle of the day. If the tracking system
would be fixed a performance increase of 2-3 % is plausible. It was also found that the
park had unnecessary heat losses from the pipes above ground, which if insulated correctly
could improve performance by a further 3%. Adding these improvements together a total
increase in performance of 4-5% is expected, which relates to 15-20 kW. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Utvärdering av ett solvärmefält i Sverige
Med de aktuella klimatförändringarna blir det alltmer angeläget att granska alternativa
energikällor. Det finns potential för solvärme, men marknaden kan behöva stöd i form av
ordentliga standardiseringar, reglemente och ekonomiskt. I Sverige har Energimyndigheten satsat åtta miljoner kronor på ett demonstrationsprojekt för storskalig solvärme
till fjärrvärme i Sverige. Detta solvärmefälts prestanda har evaluerats i detta projekt
därtill har det getts förbättringsförslag. Men hur evaluerar man ett solvärmefält och finns
det förbättringspotential i processen? Hur bra presterar solvärmefältet och finns det även
förbättringspotential här?
I detta projekt användes en internationell standard... (More) - Utvärdering av ett solvärmefält i Sverige
Med de aktuella klimatförändringarna blir det alltmer angeläget att granska alternativa
energikällor. Det finns potential för solvärme, men marknaden kan behöva stöd i form av
ordentliga standardiseringar, reglemente och ekonomiskt. I Sverige har Energimyndigheten satsat åtta miljoner kronor på ett demonstrationsprojekt för storskalig solvärme
till fjärrvärme i Sverige. Detta solvärmefälts prestanda har evaluerats i detta projekt
därtill har det getts förbättringsförslag. Men hur evaluerar man ett solvärmefält och finns
det förbättringspotential i processen? Hur bra presterar solvärmefältet och finns det även
förbättringspotential här?
I detta projekt användes en internationell standard för evaluering av solvärmefält. Under
arbetets gång märktes det att standarden hade en del brister, exempelvis
kunde solvärmefältets prestanda lättare bli verifierat av standarden ifall sämre
underhåll och utrustning användes! För den faktiska evalueringen märktes det att solvärmefältet presterade sämre än de modeller som gavs i den internationella standarden. Detta berodde på att värmeförlusterna var förenklade i standarden, värmeförlusterna beräknades därför med egna modeller. Efter de nya beräkningarna av värmeförluster insågs det att det fanns onödiga värmeförluster ifrån värmeledningsrören ovanför marken då dessa inte isolerats! Isoleras dessa skulle prestandan öka med 10 kW, motsvarande ungefär 3% förbättring. Med modellerna märktes
det också att prestandan var som sämst i mitten på dagen, det antas därför vara något
fel med tekniken som följer solen. Förbättras denna teknik kan en förbättring på 2-3% av
prestandas förväntas. Görs båda förbättringsförslagen förväntas prestandan öka med 4-5%, vilket motsvarar 15-20 kW. Denna ökning innebär att ytterligare två till tre medelstora villor kan värmas av solvärmefältet!
Anton Segovia Lundh
Examen i Elektroteknik vid Institutionen för Energivetenskaper,
Lunds Tekniska Högskola (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9123476
- author
- Segovia Lundh, Anton LU
- supervisor
- organization
- course
- MVKM01 20231
- year
- 2023
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- solar thermal, concentrated solar power (CSP), renewable energy, performance evaluation
- report number
- LUTMDN/TMHP-23/5533-SE
- ISSN
- 0282-1990
- language
- English
- id
- 9123476
- date added to LUP
- 2023-06-12 11:17:30
- date last changed
- 2023-06-12 11:17:30
@misc{9123476,
abstract = {{Given the urgency of climate change, alternative energy sources, and policy strategies
are needed to reach the net-zero emission goals and halt global warming. Solar thermal
energy is a renewable and abundant energy source that could be a part of the solution. In
this master’s thesis, the performance of a pilot solar thermal park in northern Sweden was modeled and evaluated based on an international evaluation standard, ISO 24194:2022
’Solar energy—Collector fields—Check of performance’. However, due to simplifications
and uncertainties in the ISO 24194:2022, a broader analysis of both the solar thermal field
and the ISO 24194:2022 was made. A fault in the ISO 24194:2022 was found which makes
the measured performance appear better if worse sensor maintenance and equipment were
used. A suggestion for this problem was changing a parameter in the ISO 24914:2022
to mark certainty/consistency in the performance evaluation rather than impacting the
actual performance calculation. By applying the ISO 24194:2022 and color coding the
performance data of the solar thermal park by hour it was shown that the performance of
the park had a significant dip in the middle of the day. A possible reason for this could be
non-ideal tracking which is most noticeable in the middle of the day. If the tracking system
would be fixed a performance increase of 2-3 % is plausible. It was also found that the
park had unnecessary heat losses from the pipes above ground, which if insulated correctly
could improve performance by a further 3%. Adding these improvements together a total
increase in performance of 4-5% is expected, which relates to 15-20 kW.}},
author = {{Segovia Lundh, Anton}},
issn = {{0282-1990}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Evaluating the Performance of a Solar Thermal Field: A Case Study with Proposed Improvements}},
year = {{2023}},
}