Assessing the feasibility of implementing DC-microgrids in addition to USB-C in households and offices with rooftop PV:The Cases of Sweden and Spain

Abstract

[ES] El marco de esta Tesis es la viabilidad de las microredes DC en el contexto de los edificios. Hoy en día, existe abundante literatura disponible sobre los beneficios de implementar DC en edificios en lugar de AC como un medio para optimizar la generación fotovoltaica PV con el objetivo de minimizar las pérdidas por conversión, con un ahorro de energía general de aproximadamente 5-12%. Los estudios concluyen que aún más energía, hasta un 14%, podría ahorrarse implementando además almacenamiento de energía local (LES). Basando sus hallazgos en estos datos y en los numerosos documentos y publicaciones que ratifican estas conclusiones, esta tesis tendrá como objetivo proporcionar una nueva contribución sobre este tema. En primer lugar, se discutirá el contexto en el cul se encuentra la Tesis. Desde las ventajas de la generación de energía distribuida hasta la presentación del estándar USB-C, se proporcionará toda la información relevante, los datos de entrada y los hechos que respaldan la DC como la corriente más apropiada para los edificios del futuro. Además, se desarrollará una caracterización de hogares y oficinas tanto españolas como suecas y más tarde, se estudiarán a través de un modelo. Cada país representa diferentes configuraciones de condiciones climáticas pero también diferentes compromisos sociopolíticos tanto con el medioambiente como con los movimientos de generación de energía renovable, y el modelo que desarrollará esta Tesis debe ser capaz de tener todo esto en cuenta y proporcionar conclusiones coherentes. Una vez que todo el contexto en el que se lleva a cabo la Tesis se presenta correctamente, la hipótesis se definirá y diferentes escenarios, dependiendo de la penetración en el mercado de la tecnología en DC, se llevarán a cabo como un modelo gracias a Microsoft Office Excel. El objetivo del modelo per se es proporcionar respuestas sobre las consecuencias energéticas, ambientales y económicas que tendrá el desarrollo de una red híbrida con infraestructura para implementar AC y DC en los edificios equipados con PV en el tejado. Además, la rentabilidad de la creación de "almacenamiento gratuito" a través de USB-C se estudiará en dos tipologías diferentes de edificios, uno con la generación PV que coincida con el consumo en el tiempo, las oficinas, y otros sin esta coincidencia, los hogares, donde la demanda varía significativamente después de que el sol se ponga.

[EN] This Thesis s frame is the feasibility of DC-microgrids at buildings environment. Nowadays, there is plenty of literature available regarding the benefits of implementing DC at buildings instead of AC as a means of optimizing photovoltaic generation PV on the grounds of minimizing conversion losses, with an overall energy saving of about 5-12%. Studies conclude that even more energy, up to 14%, could be saved if Local Energy Storage (LES) was also integrated in the equation. Basing its findings on this data and on the many papers and publications that ratify these conclusions, this Thesis will aim to provide a new contribution on this issue. Firstly, the baseline of the Thesis will be discussed. From the advantages of distributed energy generation to the presentation of the standard USB-C, all the relevant information, input and facts that support the DC as the most fitting current for the buildings of the future will be provided. Moreover, a characterization of both Spanish and Swedish households and offices will be developed and then studied through a model. Each country represents different weather condition settings but also different sociopolitical commitments to both the environment and the renewable energy generation movements, and the model this Thesis will develop should be capable to take all of this into account and provide coherent conclusions. Once all the context at which the Thesis takes place is properly presented, the hypothesis will be defined, and different scenarios, dependent on the DC market penetration, will be carried out as a model thanks to Microsoft Office Excel. The aim of the model per se is to provide answers about the energy, environmental and economic consequences that developing a hybrid grid with both AC and DC power infrastructure will have on buildings equipped with rooftop PV. Furthermore, the profitability of creating free storage through USB-C will be studied in two different typologies of buildings, one with the PV generation matching the consumption in time, the offices, and other without this coincidence, the households, where the demand significantly varies after the sun goes down.