ANSÖKAN OM FORSKNINGSSTÖD Datum Dnr 1 (6) Projektnr Sökande Företag/organisation Organisationsnummer Mälardalens Högskola 202100-2916 Institution/avdelning Postgiro/Bankgiro/Bankkonto Akademin för hållbar samhälls- och teknikutveckling 788115-4 Postadress Box 883 Postnummer Ort Länskod Kommunkod Land 721 26 Västerås 19 1980 Sverige Projektledare (förnamn, efternamn) Björn Karlsson Telefon 021 10 14 32, 070 371 30 10 021 10 13 70 E-postadress Bjorn.karlsson@mdh.se Eventuell medsökande (ange organisation) Fax Webbplats www.mdh.se Projektet x Ansökan avser nytt projekt Fortsättning på tidigare projekt, ange projektnummer: Projekttitel (på svenska) Utformning av ett PV-matad Värmepumpsystem för hög andel solenergi Projekttitel (på engelska) Energy System with Heat pump and Solar Cells for a high Solar fraction Sammanfattning (på svenska). Sammanfattningen skall omfatta max 250 ord och skall skrivas både på svenska och på engelska. Sammanfattningen skall skrivas så att den i ämnet oinvigde med lätthet förstår projektets innehåll och syfte. Det finns behov att utveckla energisystem för byggnader med hög andel solenergi. Kombinationer av solfångare och värmepumpar är dock svåra att motivera ekonomiskt eftersom solfångaren ersätter el till värmepumpen. Ett energisystem för ett enfamiljhus uppbyggt omkring ett PV system som matar en värmepump får högre andel solenergi utan överproduktion sommartid än ett solvärmesystem. Simuleringar av energi-tillförseln från ett PVsystem i ett enfamiljhus med värmepump har genomförts baserade på månadsvis nettodebitering av PVproduktionen. PV-effekten är anpassad så att balans mellan tillskott och last erhålls under sommaren, elexport undviks. Resultaten visar att ett standardhus med en bergvärmepump och solceller får en soltäckningsgrad på 40%. Ett hus med passivhusstandard får över 60% soltäckningsgrad. Täckningsgraden ökar med PV-modulernas lutningsvinkel. PV-systemet är av storleken 3-5 kwp eller 18-30 m 2.Om månadsvis nettodebitering inte införs i Sverige måste värmepumpen kombineras med 1-dygns ackumulator. Systemet regleras så att elexport undviks. När solcellernas produktion överstiger husets last bereds varmt vatten för ackumulatorn via värmepumpen. I projektet skall en detaljerad simuleringsmodell för systemet utformas. Ett komplett system med värmepump, ackumulator och solceller skall byggas upp i laboratorium. Simuleringarna skall kalibreras mot mätningar och ett optimalt system föreslås. Detta system skall provas i ett nytt en-familjshus och funktionen skall mätas. Projektet skall genomföras som ett doktorandprojekt. STEM038 ver.n-1.1, 2005-09-14 Sekretariatet EFFSYS+ Institutionen för Energiteknik Avdelningen Tillämpad termodynamik och kylteknik Kungliga Tekniska Högskolan 100 44 Stockholm Besöksadress Brinellvägen 68 Telefax 08-204161 E-post Effsysplus@energy.kth.se
Datum 2 (6) Sammanfattning på engelska enligt ovan (max 250 ord). A combination of PV-systems and heat pumps interesting, since they give a higher solar fraction than solar thermal systems. The contribution from the solar thermal system in a Swedish single family house is limited to 50% of the domestic hot water load. Combinations of heat pumps and solar collectors are difficult to justify since the saved electricity by the solar collector is divided by the COP of the heat pump. Simulations show that a system with heat pump and PV-modules gets a significantly higher solar fraction without exporting electricity to the electric grid. The simulations are based on the assumptions that the PV-system has a monthly net metering and that overproduction and export to the grid is avoided. The system is designed so the PV-modules balance the energy demand during the summer. A standard single family house can get a solar fraction of around 40%. A building with passive house standard can get over 60% solar fraction. The solar fraction increases with increasing tilt on the PV-modules. If monthly net metering will not be introduced in Sweden the system has to be connected to a storage volume for daily accumulation, so the PVmodules are used for delivering heat via the heat pump to the storage during the sunny hours with no load. In the project detailed simulations on the systems with and without an accumulator and with PV-modules in different geometries is carried out. A system will be constructed in the laboratory for testing purposes and a system will be installed in a domestic house for demonstration. The proposal is suggested as a PhD project. Enskilt projekt Datum för projektstart Forskningsprogram, ange vilket: EFFSYS+ 2011-03-01 2014-06-30 Totalt sökt belopp 1600 000 kr Tidpunkt då projektet beräknas vara genomfört
Datum 3 (6) Motivering; Energi-/miljö-/näringslivsrelevans, max 250 ord. Ange koppling till resultat från tidigare genomfört program eller projekt. EU;s direktiv att öka andelen nollenergi byggnader innebär att det är angeläget att utforma energisystem med en stor del egenproducerad energi. Detta kan endast göras genom att installera solvärme och solelsystem i byggnaden. Svagheten med solenergisystem i svensk klimat är de får relativt låg täckningsgrad. Ett tidigare Effsys-projekt har vidare visat på att installation av solvärmesystem i hus där varmvattnet bereds med värmepump inte kan motiveras ekonomiskt. Det finns ett tydligt miljömässigt och kommersiellt behov att utforma ett energisystem för byggnader med hög andel solenergi och värmepump. Ett sådant system kommer att gynna såväl solenergiföretag som hustillverkare och värmepumpföretag. En inledande analys visar att kombinationen av solceller och värmepump får hög täckningsgrad. För att systemet skall bli ekonomiskt konkurrenskraftigt krävs att den solel som levereras kan användas direkt i byggnaden utan att matas ut på nätet. Detta kan åstadkommas om värmepumpen kopplas ihop med en ackumulator för minst dygnsackumulering. Alternativt kan samma effekt uppnås om månadsvis nettodebitering av PV-genererad el införs. Det är svårt att utforma energisystemen för extremt energieffektiva hus. Kombinationen av solceller och värmepump blir då ett intressant alternativ. Med vertikala PV-moduler kan ett nollenergihus med relativt liten missmatch utformas, dvs behov av att flytta energi från sommar till vinter. Bakgrund; vad har gjorts tidigare?, vad är nytt i detta projekt?, forskargruppens verksamhet?, samarbeten? etc, max 1 A4-sida Generellt gäller att solfångare inte skall kombineras med värmepumpar som bereder varmt vatten. Detta har understrukits i ett tidigare effsys-projekt vid Lunds Tekniska Högskola. Återladdning av borrhål med solvärme kan inte rekommenderas. Däremot är kombinationen av luft-luft värmepump och solvärme ett kostnadseffektivt alternativ för direktelvärmda hus. Ett STEM projekt med den inriktningen pågår vid Lunds Tekniska Högskola. Björn Karlsson har varit projektledare eller medverkat vid dessa projekt vid LTE. Han är sedan 1 juni 2010 professor vid Mälardalens Högskola med inriktning mot solenergi, smarta elnät och energieffektiva byggnader. Detta projekt ingår som en viktig del för att bygga upp denna verksamhet vid MdH. Vidare har projektet en direkt koppling till smarta elnät genom det grundläggande kravet att solcellerna skall spara köpt el och inte exportera el ut på nätet. Mälardalens Högskola har redan tidigare kompetens inom kyl och värmepumpområdet och ger kurser både om kyla och solenergi. Björn Karlsson medverkar som svensk representant inom IEA task-40-nollenergihus. Det energisystem som utvecklas inom detta projekt skall presenteras där. Det viktigaste nytänkandet i detta projekt är strategin att solcellerna skall ge maximalt bidrag till värmepumpen och husest övriga behov utan att överskott matas ut på nätet! Strategin baseras på det faktum att en sparad kwh har betydlig högre pris/värde än en levererad kwh. Mål; Ange enkla, tydliga och mätbara mål i exempelvis kwh, max 250 ord. Projektets mål är att utveckla ett energisystem med en solcellmatad värmepump som har 40% soltäckningsgrad i ett standardhus. Projektets mål är att utveckla ett energisystem med en solcellmatad värmepump som har 60% soltäckningsgrad i ett passivhus. Projektets mål är att utveckla ett energisystem med en solcellmatade värmepump som har 100% soltäckningsgrad och högst 20% missmatch i ett passivhus. Projektet har vidare som mål att bygga upp ett komplett laboratoriesystem vid MdH och ett komplett demonstrationssystem i en ny villa. Projektet skall utexaminera en doktor och ett antal examensarbetare.
Datum 4 (6) Genomförande, max 250 ord. Projektet består av följande delprojekt: Uppförande av system i laboratorium; Ett komplett system med värmepump, ackumulator, PV-moduler och reglersystem skall uppföras vid Högskolans laboratorium i Västerås. Mätningar med demonstrationssystem Detaljerade mätningar skall genomföras på detta system. Utveckling av simuleringsmodeller och simuleringsprogram En simuleringsmodell som beskriver system skall utvecklas, troligen i TRNSYS. Denna modell skall användas för att optimera systemet och för att föreslå hur systemet skall regleras för att få maximal användning av solelen.. Uppförande av demonstrationssystem i hus Ett komplett system skall installeras i ett nybyggt energieffektivt hus Utvärdering av demonstrationssystemet Energianvändning i demonstrationshuset skall mätas och utvärderas under ett år.
Datum 5 (6) Kostnader Projektets totala kostnad Projektets totala kostnader per år % av heltid KALENDERÅR 2011 2012 2013 2014 Lönekostnader 2625 540 640 726 719 Laboratoriekostnad Datorkostnad Utrustning 400 250 150 Material Resor Övriga kostnader Ev förvaltningskostnader 975 210 210 274 281 SUMMA 4000 1000 1000 1000 1000 Finansiering inkl. samfinansiärer Andel i kronor och procent av projektets totala kostnader/år FINANSIÄR År 2011 År 2012 År 2013 År 2014 År Total (%) Energimyndigheten 400 400 400 400 1600 40 IVT 100 100 50 50 300 7,5 Eksjöhus 30 30 30 30 120 3,0 Solarus 100 100 50 50 300 7,5 Solarit 40 50 30 30 150 4,8 Mimer 30 30 30 30 120 3.0 Eskilstuna Energi och Miljö 30 30 30 30 120 3,0 Riksbyggen 30 30 30 30 120 3,0 NCC 50 50 50 50 200 5.0 MälarEnergi 30 30 30 30 120 3,0 Sustainable Innovation 30 30 30 30 120 3,0 JM 30 30 30 30 120 3,0 ABB 30 30 30 30 120 3,0 Solarwave 30 30 30 30 120 3,0 Sala-Heby Energi 30 30 30 30 120 3,0 Industristöd via MdH 10 0 120 120 240 6,0 SUMMA 1000 1000 1000 1000 4000 100 Detta projekt är i sin helhet i vissa delar lika med ansökan till annan myndighet, ange vilken: Sökt stöd för dyr utrustning (Vetenskapsrådet, Wallenbergsstiftelsen e.d.) Gäller endast högskola. Namn på doktorand Ny doktorand Namn på doktorand Namn på doktorand Namn på doktorand Övriga samarbetspartners (ange organisation och namn)
Datum 6 (6) Resultatredovisning (ange här om resultatet kommer att redovisas på något ytterligare sätt än det obligatoriska, se information). Bilagor Resultatet skall redovisas i en doktorsavhandling. De ingående delarna i avhandlingen skall publiceras i internationella tidskrifter och presenteras vid konferenser. Eftersom projektet har stort allmänintresse är det angeläget att resultaten presenteras i de vanliga svenska energitidskrifterna. Resultaten skall presenteras inom IEA task-40, d.v.s. om nollenergibyggnader. Intyg med underskrifter från samfinansiärer Samfinansiärerna har bekräftat sitt deltagande och respektive insats genom email intyg. Gantt-schema Gantt-Schema Delprojekt 2011 2012 2013 2014 Uppförande av system i laboratorium xxxx xx Mätningar på demonstrationssystem xx xxxx xxxx xx Utveckling av simuleringsmodeller och simuleringsprogram xx xxxx xxxx Uppförande av demonstrationssystem i xx nybyggt hus Utvärdering av demonstrationssystem xxxx* xx Kräver ytterligare finansiering* Övriga bilagor Förstudie som presenterar resultaten av inledande simuleringar. Datum Datum Västerås 2010-01-14 Västerås 2010-01-16 Behörig firmatecknares (prefekt motsv.) underskrift Projektledarens underskrift Namnförtydligande, titel och telefon Thomas Wahl, vice akademichef Namnförtydligande och titel Björn Karlsson, Professor
Intyg om Medfinansiering i Effsys+ Projektet: "Energy System with Heat pump and Solar Cells for a high Solar fraction" vid Malardalens Hogskola. Projektledare: Bjorn Karlsson Riksbyggen kommer under aren 2011-2014 att arligen finansiera eget arbete omfattande 30 kkr/ar och totalt 120 kkr inom projektet. Stockholm 14 januari 2011. Kjell Berntdsson Energichef