Large scale hybrid solar thermal systems analysis

Abstract

In the thesis, heat pumps were studied as part of large scale solar thermal plants. The goal was to compare different heat pump models and optimize their use in solar thermal plants. For optimization, a calculation tool was developed in MS Excel.

Working principle of solar power plants and some methods of energy storage were reviewed in the thesis. The operating principle of heat pumps, different heat pump types and refrigerant options for them were presented. Two different calculation tools were created with Excel, one of which was chosen for deeper development. The selected calculation tool was used to compare two different cases where the heat pump is connected as part of the solar thermal plant.

It was found that the calculation tool works relatively well in the specific cases, but it requires more different types of heat pumps on it. Cost estimates for different options are not currently included in the calculation tool. This should be considered when using the calculation tool, because the most efficient heat pump is not always the cheapest one.

Diplomityössä tutkittiin lämpöpumppuja osana suuria aurinkolämpövoimalaitoksia. Tavoitteena oli vertailla eri lämpöpumppuratkaisuja ja optimoida niiden käyttö aurinkolämpövoimalaitoksissa. Optimointia varten kehitettiin laskentatyökalu MS Excelissä.

Työssä käytiin läpi aurinkovoimalaitosten toimintaperiaate ja muutamia energian varastointi tapoja. Lämpöpumpuista esiteltiin toimintaperiaate, eri lämpöpumpputyyppejä ja kylmäainevaihtoehtoja, Excelillä luotiin kaksi eri laskentatyökalua, joista toinen valittiin pidempään kehitykseen. Valitulla laskentatyökalulla vertailtiin kahta eri tapausta, joissa lämpöpumppu on liitetty osaksi aurinkolämpövoimalaitosta.

Tuloksissa todettiin laskentatyökalun toimivan suhteellisen hyvin kyseissisä tapauksissa, mutta sen vaativan vielä useamman eri lämpöpumpputyypin lisäämistä siihen. Laskentatyökaluun ei tällä hetkellä ole myöskään lisättynä kustannusarvioita eri vaihtoehdoille. Tämä tulee ottaa huomioon laskentatyökalua käytettäessä, koska todellisuudessa tehokkuuden lisäksi valintaan vaikuttaa kustannukset.