TECHNO-ECONOMIC ASSESSMENT OF INTEGRATED DYNAMIC PHOTOVOLTAIC ON BUILDING FAÇADE IN HOT CLIMATE. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MSc. Thesis (g202213900).pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 21 May 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

تُقدم هذه الدراسة تقييماً تقنياً واقتصادياً شاملاً لإدماج الأنظمة الديناميكية للطاقة الكهروضوئية (PV) في واجهات المباني في المناخات الحارة، باستخدام مبنى مكتبي شاهق في مدينة الخبر، المملكة العربية السعودية، كدراسة حالة. تبحث الدراسة في قدرة هذه التقنية على تعزيز حصاد الطاقة الشمسية، وتحسين الراحة البصرية، ومدى جدواها الاقتصادية عند دمجها في أغلفة المباني. تم تطوير نموذج محاكاة مضبوط للمبنى قيد الدراسة باستخدام برنامج (DesignBuilder) المعتمد على (EnergyPlus). وقد تم اعتماد تكوينين من الأنظمة الكهروضوئية الديناميكية لتحليل الأداء الطاقي والبصري بالإضافة إلى تأثير التظليل: النظام الأول هو الألواح المركبة بدون فواصل(Unspaced) ، والثاني هو الألواح ذات التباعد المعتدل (Spaced). أظهرت النتائج أن النظام غير المفصول يولد حوالي 1,187,515.35 كيلوواط ساعة سنوياً، بينما يولد النظام المفصول حوالي 925,281.69 كيلوواط ساعة سنوياً. من الجدير بالذكر أن دمج هذه الأنظمة الكهروضوئية الديناميكية أدى إلى توفير كبير في استهلاك الطاقة داخل المبنى، لا سيما من خلال تقليل الطلب على طاقة التبريد، حيث تم تحقيق توفير يُقارب 30% في الأحمال السنوية للتبريد. وهذا مهم بشكل خاص في المناخات الحارة التي يهيمن فيها التبريد على استهلاك الكهرباء. من الناحية الاقتصادية، أثبتت الأنظمة جدواها. فقد انخفض متوسط تكلفة الطاقة المنتجة (LCOE) من 0.648 إلى 0.244 ريال/ك.و.س للنظام غير المفصول، ومن 0.671 إلى 0.220 ريال/ك.و.س للنظام المفصول على مدار 30 عاماً. وقد قُدرت فترة الاسترداد (PBP) بـ 10.8 سنوات للنظام غير المفصول و8.56 سنوات للنظام المفصول، مما يُظهر إمكانية تحقيق توفير مالي كبير على المدى الطويل. تندرج هذه الأرقام ضمن المعايير العالمية لأنظمة الطاقة الشمسية، وتُظهر جدوى التكنولوجيا المقترحة. وعلى الرغم من بعض القيود مثل انخفاض إنتاج الكهرباء من الألواح الشمسية خلال ذروة الصيف، تُؤكد الدراسة أن واجهات المباني الديناميكية المزودة بأنظمة PV تُعد خياراً واعداً لتحقيق تصميمات مبانٍ موفرة للطاقة، مريحة بصرياً، وجدوى اقتصادية عالية في المناخات الحارة.

English Abstract

This research presents a comprehensive techno-economic assessment of integrated dynamic photovoltaic systems into the building façades in hot climate, using a high-rise office building in Al-Khobar, Saudi Arabia, as a case study. The research investigates the potential of technology in enhancing solar energy harvesting, improving visual comfort, and how economically feasible it is when integrated into the building envelopes. A calibrated simulation model of the studied building was developed using DesignBuilder (EnergyPlus). Two dynamic PV configurations- closely installed PV (unspaced) and the moderately spaced PV- were adopted to analyze energy and visual performance, as well as the shading effect. The result revealed that the unspaced PV system generates approximately 1,187,515.35 kWh annually, while the spaced configuration produces 925,281.69 kWh/year. Notably, the integration of the dynamic PV systems led to significant building energy savings, particularly the reduction in the cooling energy demand, achieving approximately 30% savings in annual cooling loads, which is particularly relevant in hot climate where cooling mostly dominates the electricity consumption. Economically, the systems have proved feasible. The Levelized Cost of Energy (LCOE) for the dynamic façade reduced over time- from 0.648 to 0.244 Sar/kWh (unspaced) and 0.671 to 0.220 Sar/kWh (spaced) over a 30-year span. The Payback Period (PBP) was estimated at 10.8 years and 8.56 years for the unspaced and spaced systems respectively, demonstrating long-term cost savings potential. These figures fall within the global benchmarks for PV systems and illustrate the viability of the proposed technology. While limitations such as PV output reduction during the peak summer period were noted, the study confirms that dynamic PV facades hold a strong potential for achieving energy-efficient, visually comfortable, and economically feasible building designs in hot climates.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental Architectural Construction Civil Engineering Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Architectural Engineering and Construction Management
Committee Advisor:	Al-Homoud, Mohammad S.
Committee Members:	Asif, Muhammad and MOHAMMED, MOHAMMED ALHAJI
Depositing User:	YUSUFF AJIBADE (g202213900)
Date Deposited:	21 May 2025 07:52
Last Modified:	21 May 2025 07:52
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143412