Development of a Framework for Application of Solar Photovoltaic in Commercial Buildings in Saudi Arabia

Development of a Framework for Application of Solar Photovoltaic in Commercial Buildings in Saudi Arabia. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Belal Ghaleb - MS Thesis.pdf
Restricted to Repository staff only until 15 January 2021.

Download (25MB)

Arabic Abstract

يستهلك قطاع البناء حوالي ٤٠ ٪ من إجمالي استهلاك الطاقة على الصعيد العالمي، في حين أنه يستهلك ٨٠ ٪ 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 ٢٫٢٠٠ كيلوواط ساعة / م ٢ / 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 ٢٠٣٠ . حيث تهدف الرؤية لتوليد ٩٫٥ جيجا واط من الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة كطاقة الشمس والرياح. يهدف هذا البحث إلى ،بشكل رئيسي، دراسة جدوى استخدام التكنولوجيا الكهروضوئية على أسطح وجدران المباني التجارية لإنتاج الكهرباء وفق الظروف المناخية والاقتصادية في المملكة العربية السعودية. واعتمد البحث على تقنيات متعددة منها صور الأقمار الصناعية عالية الجودة لإجراء التحليل والتصميم للألواح الكهروضوئية. تضمن البحث عدة أنواع من (BIM solar) ، وبرامج محاكاة الطاقة المباني التجارية كالأسواق و المباني المكتبية ومباني الفنادق متعددة الأدوار وكذلك المستشفيات. واستناداً الى العينات التي تم جمعها وتحليلها، توصل البحث الى انه يمكن الاستفادة من 60 % من اسطح الأسواق و 39 % من أسطح المباني المكتبية و 32 % من أسطح المستشفيات و 16 % من أسطح الفنادق في استخدامات الطاقة الشمسية، وعلى نفس المنوال، أظهرت الدراسة أن المساحة الكلية الممكن إستخدامها في تطبيقات الطاقة الشمسية للمباني هي عبارة عن 17 % من المساحة الكلية لجدران المباني التجارية. وأظهرت أيض اً أن متوسط انتاج الألواح الكهروضوئية على أسطح المباني التجارية هو 12 كيلو واط. الساعة/ م 2 و 3 كيلو واط. الساعة/ م 2 في حالة الخلايا الكهروضوئية المركبة على الجدران. 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

Commercial building accounts for 15% of the total electricity consumption, moreover, in Saudi Arabia, the electricity consumption has increased by 35% over the last two decades and expected to increase by 50% by 2020. Saudi Arabia electricity demand is experiencing the current pace of 5-8% growth in demand annually, and this demand expected to experience an increase in demand due to the facts that the population of SA is rising at rate 2.5% per year. In view of the above circumstances, Saudi Arabia has to adopt a sustainable comprehensive strategy that will lead to a remarkable reduce the demand for electricity. Saudi Arabia is located in what so-called Sun Belt, which makes it suitable to be one of the largest solar energy producers. Therefore, it’s essential for Saudi Arabia to take all the measurements by Utilizing technologies to harvest this precious energy. Developing a framework to utilize photovoltaic technologies and study the possible alternatives for commercial buildings and determine the potential of those alternatives is the main aim of this study. This research also includes economic considerations and environmental assessment for the impact of adopting such technologies in the existing building. This study investigates the key hindrances that face the application of PV in the building sector. It was concluded that the lack of awareness about the solar PV is the mother of all hurdles facing the BIPV. Lack of awareness constitute all other consequences and hurdles face the BIPV like lack of technical resources and expertise available in the market. It was also concluded that the subsidized tariffs are the main driver for the occurred lack of public awareness. This study also investigated the potential of the rooftop application of solar PV in the commercial building sector of the Kingdom of Saudi Arabia (KSA), taking into account the four main types of commercial buildings i.e. shopping malls, hotels, office buildings, and hospitals. The study considers structural, services and other technical parameters to evaluate the available area of the rooftop. The work employed Google Earth to evaluate the areas, however, a sample of the buildings was visited physically to validate the measurements and to assess the actual existing conditions. The computed areas were linked to the population in order to extrapolate the calculations at the national level. The hurdles which hinder the application of PV systems were surveyed and evaluated in terms of the occupied area, as well as the needed area to be accessed, along with performing maintenance on this equipment. The inter-row space between the PV systems was also evaluated and computed. The study concluded that the average utilization factor for commercial rooftops is 0.54 compared to a 0.40 international utilization factor. This factor varies from one building type to another. For instance, the shopping mall buildings offer the highest potential with a UF equal to 0.60 followed by office buildings, hospitals, and hotels with the UF equal to 0.39, 0.32, and 0.16, respectively. The same approach and methodology were also applied to the building façade and concluded that 17% of the building façade is valid for the BIPV application. BIMsolar® was employed to simulate the energy potential of the PV systems. The analysis shows that the total energy potential for a rooftop installed PV is estimated to be 12 kWh/m2 while the façade is 3 kWh/m2 of the gross area of building façade.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Architectural
Construction
Divisions: College Of Environmental Design > Architectural Engineering Dept
Committee Advisor: Asif, Muhammad
Committee Members: Hassanain, Mohammad and Daeung, Kim
Depositing User: BELAL AL-HAIMI (g201410760)
Date Deposited: 03 Jun 2020 15:49
Last Modified: 03 Jun 2020 15:49
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141440