kth.sePublikationer
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
A new optimal PV installation angle model in high-latitude cold regions based on historical weather big data
KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Energiteknik, Kraft- och värmeteknologi.ORCID-id: 0000-0001-6866-3036
Swedish Meteorological and Hydrological Institute, Folkborgsvägen 17, 60176, Norrköping, Sweden, Folkborgsvägen 17.
KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Energiteknik, Kraft- och värmeteknologi.ORCID-id: 0000-0002-8888-4474
KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Energiteknik, Kraft- och värmeteknologi.ORCID-id: 0000-0001-7193-5303
Visa övriga samt affilieringar
2024 (Engelska)Ingår i: Applied Energy, ISSN 0306-2619, E-ISSN 1872-9118, Vol. 359, artikel-id 122690Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

PV technologies are regarded as one of the most promising renewable options for the transition towards Net Zero. Despite the rapid development of PV systems in recent years, achieving the necessary goals requires more than a threefold increase in annual capacity deployment by 2030. However, current PV systems often fall short of optimal performance due to improper installation angles. In high-latitude cold regions, the actual PV generation capacity is frequently overestimated due to the omission of snow conditions. This study introduces a novel model designed for high-latitude regions to predict local optimal PV installation angle that maximizes PV power generation, utilizing historical weather big data, including snowfall and melting effects. A case study is presented within a Swedish context to demonstrate the implementation of these methods. The results highlight the crucial role snow conditions play in determining PV performance, resulting in an average reduction of 14.7% in annual PV power generation. Optimal installation angle could yield approximately a 4.8% improvement compared to common installation angles. The study also explores the application of snow removal agents, which could potentially increase PV generation by 0.1–2.3%. Additionally, the new PV installation angle successfully captures the impact of the local weather changes on PV power generation, potentially serving as a bridge between climate change adaptation and future PV power generation endeavors.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Elsevier BV , 2024. Vol. 359, artikel-id 122690
Nyckelord [en]
High-latitude region, Optimal PV installation angle, Snow condition, Snow-PV yield model, Weather big data
Nationell ämneskategori
Energisystem
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-344017DOI: 10.1016/j.apenergy.2024.122690ISI: 001170659600001Scopus ID: 2-s2.0-85185176041OAI: oai:DiVA.org:kth-344017DiVA, id: diva2:1841387
Anmärkning

QC 20240229

Tillgänglig från: 2024-02-28 Skapad: 2024-02-28 Senast uppdaterad: 2025-04-17Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Decentralized PV systems in Sweden: Techno-economic analysis with a case study of Stockholm
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Decentralized PV systems in Sweden: Techno-economic analysis with a case study of Stockholm
2025 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Photovoltaic (PV) systems could be a promising option for accelerating sustainable transition in the power sector. However, it is not straightforward to implement solar PV in Sweden. While the huge gap between current and desired solar capacity generates great opportunities for solar PV technologies, the challenges arise regarding accurate performance prediction, optimization of sizing and installation, optimization for high latitude regions and integration with other technologies. This study focuses on a multi-dimensional probe into the potential and feasibility of PV systems in Sweden with a case study of Stockholm. The techno-economic potential of PV systems is evaluated regarding weather, space, infrastructure, operation configuration and economics. The results reveal the technical and economic feasibility of PV systems in Swedish contexts, despite limitations on existing infrastructure. The research highlights the significant PV generation loss due to snow conditions. The annual electricity generation loss is found to be 14.7%, which is greater than most prior research findings. Regarding this significant snow loss, bifacial PV can reduce snow-induced PV generation losses by up to 6 percentage points under heavy snow conditions. It also outperforms monofacial PV with lower levelized cost of electricity (LCoE) and shorter payback year in Sweden. Wall-mounted PV could also be an alternative. Compared to fixed-tilt PV, wall-mounted PV can achieve comparable annual benefits due to higher generation during the snow season when the electricity price is rather high. Future projections indicate an anticipated increase in PV generation by approximately 5% compared to historical periods. The change in PV generation is expected to be relatively minor during future periods, with an estimated variation of less than 30 kWh/kWp by 2100. Additionally, an optimal tilt angle has been determined for Sweden, applicable across all cities, which could enhance PV generation by 3-6% compared to the common installation angle.

Abstract [sv]

Solceller (PV) kan vara ett lovande alternativ för att påskynda en hållbar omställning inom kraftsektorn. Det är dock inte okomplicerat att implementera solceller i Sverige. Medan det enorma gapet mellan nuvarande och önskad solkapacitet genererar stora möjligheter för solcellstekniker, uppstår utmaningarna när det gäller exakt prestandaförutsägelse, optimering av dimensionering och installation, optimering för regioner med hög latitud och integration med andra teknologier. Denna studie fokuserar på en flerdimensionell undersökning av potentialen och genomförbarheten av solcellssystem i Sverige med en fallstudie av Stockholm. Den tekniska-ekonomiska potentialen hos PV-system utvärderas med avseende på väder, utrymme, infrastruktur, driftkonfiguration och ekonomi. Resultaten visar den tekniska och ekonomiska genomförbarheten av solcellssystem i svenska sammanhang, trots begränsningar av befintlig infrastruktur. Forskningen belyser den betydande förlusten av PV-generering på grund av snöförhållanden. De årliga elproduktionsförlusterna visar sig vara 14,7 %, vilket är större än de flesta tidigare forskningsrön. När det gäller denna betydande snöförlust kan bifacial PV minska snöinducerade PV-genereringsförluster med upp till 6 procentenheter under tunga snöförhållanden. Den överträffar också monofacial PV med lägre utjämnad elkostnad (LCoE) och kortare återbetalningsår i Sverige. Väggmonterad PV kan också vara ett alternativ. Jämfört med PV med fast lutning kan väggmonterad PV uppnå jämförbara årliga fördelar på grund av högre produktion under snösäsongen när elpriset är ganska högt. Framtida prognoser indikerar en förväntad ökning av solcellsproduktionen med cirka 5 % jämfört med historiska perioder. Förändringen i PV-generering förväntas vara relativt liten under framtida perioder, med en uppskattad variation på mindre än 30 kWh/kWp år 2100. Dessutom har en optimal lutningsvinkel bestämts för Sverige, tillämplig över alla städer, vilket skulle kunna öka PV-genereringen med 3–6 % jämfört med den vanliga installationsvinkeln.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm, Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2025. s. xxii, 112
Serie
TRITA-ITM-AVL ; 2025:16
Nyckelord
Photovoltaic, Techno-economic analysis, Snow-loss model, climate change, Swedish contexts, Solceller, Teknoekonomisk analys, Snöförlustmodell, klimatförändringar, svenska sammanhang
Nationell ämneskategori
Energisystem
Forskningsämne
Energiteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-362565 (URN)978-91-8106-262-5 (ISBN)
Disputation
2025-05-15, Kollegiesalen / https://kth-se.zoom.us/j/68360743311, Brinellvägen 8, Stockholm, 09:30 (Engelska)
Opponent
Handledare
Tillgänglig från: 2025-04-17 Skapad: 2025-04-17 Senast uppdaterad: 2025-05-12Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Person

Ruan, TianqiTopel, MonikaLaumert, BjörnWang, Wujun

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Ruan, TianqiTopel, MonikaLaumert, BjörnWang, Wujun
Av organisationen
Kraft- och värmeteknologi
I samma tidskrift
Applied Energy
Energisystem

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 208 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf