FEASIBILITY OF ROOFTOP PHOTOVOLTAIC APPLICATIONS IN RESIDENTIAL BUILDINGS IN SAUDI ARABIA. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MSc_Thesis_Ammar_Dehwah.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

يستهلك قطاع البناء حوالي 40٪ من إجمالي استهلاك الطاقة على الصعيد العالمي، في حين أنه يستهلك 80٪ في المملكة العربية السعودية. من الممكن أن يساعد استخدام تكنولوجيات الطاقة المتجددة في المباني في الحد من الحمل على الشبكة الوطنية، وبالتالي يسهم في تحقيق فوائد بيئية كبيرة. تمتلك المملكة العربية السعودية امكانات هائلة من الطاقة الشمسية تقدر ب 2.200 كيلوواط ساعة / م2 / سنة، والتي تعتبر واحدة من أكثر المناطق استقبالا للاشعاعات الشمسية. وقد وضعت السعودية خططا مستقبلية لتلبية الطلب المتزايد على الطاقة مستهدفة مصادر متنوعة ومستدامة للوقود بدلا من الاعتماد فقط على الوقود الأحفوري وفقا لرؤية 2030. حيث تهدف الرؤية لتوليد 9.5 جيجا واط من الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة كطاقة الشمس والرياح. يهدف هذا البحث إلى دراسة جدوى استخدام التكنولوجيا الكهروضوئية على أسطح المنازل السكنية لإنتاج الكهرباء وفق الظروف المناخية والاقتصادية في المملكة العربية السعودية. واعتمد البحث على تقنيات متعددة منها صور الأقمار الصناعية عالية الجودة، وأدوات نظم المعلومات الجغرافية، وبرامج محاكاة الطاقة (PVSOL, Design Builder)لإجراء التحليل والتصميم للألواح الكهروضوئية. واستناداً الى العينات التي تم جمعها وتحليلها، توصل البحث الى انه يمكن الاستفادة من 16% من اسطح العمائر السكنية و20% من اسطح الفلل في استخدامات الطاقة الشمسية، وعلى مستوى المدينة، أظهرت الدراسة أن المساحة الكلية لاسقف الوحدات السكنية في الخبر تساوي 14.2 كم مربع، مما يوفر بدوره مساحة 3.2 كيلو متر مربع صالحة لاستخدام الطاقة الشمسية. وأظهرت أيضاً أن تطبيق الألواح الكهروضوئية المائلة والأفقية على اسطح المباني في مدينة الخبريمكن ان ينتج 675 جيجا واط ساعة لكل سنة و 394 جيجاواط ساعة لكل سنة على التوالي. وخلصت الدراسة أيضا إلى أنه مع إعادة ترتيب وتنظيم الاسطح يمكن زيادة إمكانات الطاقة بنسبة 34٪. وبالنظر الى وحدة سكنية من نوع (فيلا)، فان اجمالي توليد الطاقة من الخلايا الكهروضوئية المركبة في المساحة المتاحة من الممكن أن تغطي 10% من احتياج الفيلا السنوي للكهرباء. ويمكن أن ترتفع هذه النسبة الى 29% اذا ما تم زيادة النسبة المتاحة للتركيب الى 40% من مساحة السطح وذلك عن طريق تنظيم وترتيب سطح المبنى. كما تم تخفيض معدلات إنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير على نطاق المدينة. ومن الناحية الاقتصادية وفي الاوضاع الراهنة، فانه من الاسهل لمستخدمي المباني السكنية الاعتماد على الكهرباء المتوفرة عبر الشبكة. ومع ذلك، فإن الحوافز المالية ساعدت على تقليص الفارق بين تكلفة انتاج الكهرباء من الخلايا الكهروضوئية وتعرفة الكهرباء من الشبكة.

English Abstract

Globally, the building sector consumes about 40% of the total energy consumption, whereas it is 80% in the Kingdom of Saudi Arabia. Utilizing renewable energy technologies in buildings can help in reducing load on the national grid and hence can contribute to considerable environmental benefits. The Kingdom of Saudi Arabia is endowed with a huge intensity of solar energy estimated by 2,200 kWh/m2/year, considered as one of the highest direct normal irradiation globally. KSA has set future plans to meet the increasing energy demand targeting a diverse and sustainable sources of fuel for energy use rather than depending only on fossil fuels as per vision 2030. An integral part of the vision is to generate 9.5 GW of electricity from renewable energy resources. This research aims to develop a general framework for evaluating the feasibility of PV in building applications. It also supports the framework with a case study for PV applications on residential rooftops at urban scale. High resolution satellite images, GIS tools, PV design and energy simulation software were employed to carry out the analysis. Based on the collected samples, and as an average, 16% of apartment rooftops and 20% of villas’ rooftops can be utilized for PV applications. At a city scale, the analysis showed that the total roof area (RA) for the residential units in Al-Khobar equals to 14.2 km2 which in turn provides a total of 3.2 km2 PV area (PVA). It also showed that the total energy potential for tilted and flat panels equals to 675 GWh and 394 GWh respectively. The study also concluded that with proper rearrangement of rooftop service components the energy potential can be increased by 34%. Considering a typical villa, the total on-site generation when tilted PV panels are installed within the utilizable area (UA = 0.15) can substitute 10% of the total consumption. Further increment in the utilizable area up to 40% of the roof, increases the percentage of savings up to 29%. High reductions in GHG emissions were also obtained at the city scale. Considering the current conditions, and from economic point of view, it is easier for end users to depend on the grid-supplied electricity. However, considering financial incentives helped in reducing the gap between LCOE and Electricity tariff especially for villas. Recommendations were introduced in order for policy makers and regulators to set rules that will help to utilize the roof more efficiently and hence harvest more solar energy.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Architectural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Committee Advisor:	Asif, Mohammad
Committee Members:	Budaiwi, Ism​ail M. and Alshibani, Adel
Depositing User:	AMMAR DEHWAH (g200929150)
Date Deposited:	02 Nov 2017 05:16
Last Modified:	16 Apr 2024 11:02
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140511