dc.contributor.advisor | Nydal, Ole Jørgen | |
dc.contributor.author | Berg, Kristina | |
dc.contributor.author | Vik, Andrea Austjord | |
dc.date.accessioned | 2022-10-04T17:22:54Z | |
dc.date.available | 2022-10-04T17:22:54Z | |
dc.date.issued | 2022 | |
dc.identifier | no.ntnu:inspera:110277843:51097916 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11250/3023806 | |
dc.description.abstract | I Tanzania har 72% av den urbane befolkningen tilgang til elektrisitet, men matlaging gjennom
kull- og vedfyrte ovner er fortsatt den mest brukte metoden. Det er grunnet kulturelle
preferanser, høy tilgjengelighet og lav kostnad. Bruk av disse energikildene fører til et dårlig
inneklima, som igjen kan forårsake en rekke helseproblemer. Dermed er det et stort behov for en
bedre løsning. Med utgangspunkt i dette, er et samarbeid inngått mellom NTNU og afrikanske
universiteter der hensikten er å utarbeide et bedre alternativ enn løsningen som benyttes i dag.
Ettersom Tanzania er lokalisert nærme ekvator gir dette godt utgangspunkt for utnyttelse av
solenergi, noe som har resultert i et småskala oljebasert system drevet av fotovoltaisk, FV,
paneler.
På bakgrunn av dette og tidligere arbeid, er formålet med masteroppgaven og demonstrere at
FV paneler kan varme opp et varmelager til høye temperaturer. Eksperimentelt arbeid er utført
på et kokesystem drevet av FV paneler på NTNU, kalt tretanks systemet. Oppgaven setter
søkelys på oppvarming og energilagringsevne ved høye temperaturer.
Videre er tre variasjoner undersøkt for å demonstrere konseptet. Alle løsningene er testet som
off-grid systemer driftet av FV paneler, men oppsettet og antall paneler varierer. Et oppsett
er en batteriløsning der overskuddsenergi blir lagret i et varmebatteri via en ladekontroller.
Deretter er et system der FV benyttes direkte til oppvarming av et varmebatteri testet. Til
slutt er et hybrid system som kan driftes av både FV og en vindgenerator undersøkt.
Det eksperimentelle arbeidet har blitt begrenset av værforholdene i Trondheim. Som en konsekvens
av dårlige solforhold, har ikke operasjonstemperaturen blitt nådd for noen av løsningene.
Da varmeelementene i varmelageret allerede var installert, måtte solcellepanelene og kontroller
dimensjoneres deretter. Dette resulterte i varmeelement med for lav resistans for solforholdene
i Trondheim. Da utskifting av elementene var omfattende, ble de ikke byttet underveis i arbeidet.
Derimot ble et selvregulerende element testet separat, men viste seg å fungere dårlig for
operasjon ved høye temperaturer, grunnet en raskt økende indre resistans.
Implementering av en vindturbin i systemet førte til svært lav økning i produksjonskapasitet.
Antagelig er det en konsekvens av lokasjonens dårlige vindforhold. Derfor har ikke systemet blitt
testet som et hybridsystem drevet av både vind- og solenergi. Til tross for dette, er det antatt
at implementering av vindturbin ikke vil være lønnsom grunnet den lave energiproduksjonen.
Testing av systemet med batterilagring avslørte at en stor andel av den produserte effekten gikk
til å opprettholde batterispenningen. Dette er trolig en konsekvens av slitte og gamle batterier.
Når systemet benyttes med batterier kreves det bruk av en PWM-kontroller. En slik kontroller
har lavere effektivitet enn de testede MPPT-kontrollerene. Dette gjenspeiles i resultatene, der
MPPT-kontrollere regulerte mer effektivt enn forsøkene med PWM-kontroller.
Til tross for at driftstemperaturen aldri ble nådd, kan det tenkes at dette er mulig ved bruk
av MPPT-kontroller i Tanzania der solforholdene er bedre. Dermed kan det konkluderes med
at den testede Gesyserwise MPPT-kontrollen er passende for systemløsningen uten batterier.
Dette gir et verdifullt grunnlag for implementering og videreutvikling av systemet i fremtiden. | |
dc.description.abstract | Although 72 % of the population in urban areas of Tanzania has access to electricity, charcoal
and wood stoves are the conventional methods for cooking. This is due to cultural preferences,
relatively low price and high availability of materials. These energy sources create thick smoke
that releases heavy pollutants, causing serious health risks. A more clean and sustainable
solution is, hence, required. As Tanzania is located near the equator, the location provides great
potential to utilize solar power for cooking. This has established the ground for the development
of different small-scale renewable cooking systems at NTNU in collaboration with several African
universities.
This master thesis aims to demonstrate the concept of photovoltaic, PV, to high-temperature
heat storage for cooking. The experimental work is carried out on a solar cooker developed at
NTNU, referred to as the three-tank system. This thesis investigates the heating of the storage
tank of the system and the ability to store high-temperature oil.
Furthermore, the thesis addresses how the concept can be demonstrated in three different system
solutions. All system solutions are tested as off-grid systems with PV power; however, the setup
and solar configurations differ. The three solutions consist of a battery system where excess
power from a charge controller is directed to a heat battery, a direct system using PV power for
direct heating of a storage, and a hybrid system that can accept power from PV and wind.
The weather conditions in Trondheim have limited the experimental work. As a consequence of
poor solar conditions, the operating temperature was not reached for any tested system solutions.
As the heating elements already were installed inside the heat storage tank, the controller and
the solar array had to be dimensioned accordingly. This resulted in elements with too low
resistance to match the solar conditions in Trondheim. These elements could not be changed
due to comprehensive installation. A self-regulating heating element designed for water heating
has been tested separately. However, the element was proven to be insufficient for operation at
high temperatures due to the rapidly increasing internal resistance.
Implementation of a wind turbine provided a minimal capacity increase due to poor wind conditions.
As a result, the system was not tested as a hybrid solution with wind energy as a
secondary power source. However, the low power production from the turbine indicated that
such a solution would not be beneficial.
When the system was tested with a battery, a large amount of the produced power was used to
maintain the battery voltage. This is presumably a consequence of the batteries being old and
worn out. A PWM controller is required by including a battery in the system, which has a lower
efficiency than MPPT controllers. An overall higher temperature was achieved when testing the
system with an MPPT controller.
If a system with an MPPT controller had been implemented in Tanzania, the operating temperature
would most likely have been reached due to better solar conditions. In conclusion, a
suitable Geyserwise MPPT controller has been installed and tested, creating a valuable basis
for implementation and development of the system in the future. | |
dc.language | eng | |
dc.publisher | NTNU | |
dc.title | Demonstration of PV Power to High-temperature Heat Storage for Solar Cookers | |
dc.type | Master thesis | |