Investigating the impact of applying Saudi Code of Energy Conservation on the Solar PV Energy Systems Cost in Residential Buildings
No Thumbnail Available
Date
2020
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Saudi Digital Library
Abstract
One of the objectives of this thesis is to do energy analysis and economic feasibility of several options of thermal insulations of residential buildings in KSA. So in this thesis, investigating the role of SBC-602 on the reduction of energy consumption in residential buildings was done by analyzing the need for energy through openstudio software. Three scenarios of U-values as an input in this work were suggested, the first one the building without thermal insulation, the second is the current Saudi electricity company (SEC) requirement of thermal insulations, and the last one is the requirement of SBC 602. The study was conducted in three different cities Riyadh, Hail, and Abha, which represent the three climate zones in the Kingdom of Saudi Arabia (KSA). The results showed that the annual electrical energy consumption of the building base case in Riyadh city was the highest 67,095 kWh, while for Hail 57,373 kWh and Abha 26,799 kWh. For the basic case-building in Riyadh, 67%, 10%, 17%, and 6% of the total electrical energy was used for cooling, lighting, appliance, and others, respectively. By applying the SBC-602 requirement for Riyadh will be only 17% of the total energy used for cooling. The second objective is to investigating the effect of residential buildings' thermal insulations on the economic feasibility of grid-connected PV energy systems. A different PV system was designed by RETScreen to cover the needed energy of each thermal insulation scenario of each city. The analysis has been done using both RETScreen and hand calculations for both technical and economic indicators. The average annual yield factor for Riyadh, Hail, and Abha was 1756 kWh/kWp/year, 1813 kWh/kWp/year, and 1888 kWh/kWp/year, respectively. This shows that all three cities have great potential for utilizing the PV system. Abha has the most annual yield factor among these three cities. The slightly less warm weather reflects this as more temperature degrades the performance of the cell, causing better efficiency of the module and leading to the best energy production. The annual average capacity factor for Riyadh, Hail, and Abha was 20.1 % and 20.7 %, and 21.5 %. The obtained CF for three different sites at KSA are as attractive as the rest of the middle east, the percentage CF is better than many parts of the world. The economic indicators were calculated for both thermal insulation and the PV system. The Levelized cost of saved energy (LCSE) for SEC requirements was 0.009 $/kWh, 0.011 $/kWh, and 0.039 $/kWh for Riyadh, Hail, and Abha, respectively. while the LCSE of SBC-602 was higher than the SEC.it were 0.017 $/kWh , 0.023 $/kWh and 0.098 $/kWh. The Unified PV Levelized cost of energy LCOE was 0.031 $/kWh, 0.030 $/kWh, and 0.029 $/kWh for Riyadh, Hail, and Abha, respectively. The investigations indicate that PV size is an effective option if its V generated energy less than the building energy need, also the capital cost of the PV system is decreased and be more attractive if the thermal insulation was applied. Finally, The yearly GHG emission reductions by unified PV systems were calculated.They were 22.9 tCO2, 23.8 tCO2, and 24.5 tCO2 for Riyadh, Hail, and Abha, respectively. and the other greenhouse gas GHG emission reduction has been estimated. Several recommendations are suggested based on the results from this thesis such as reducing the required conditions of thermal insulation in the climatic zone 3 and qualification and training of a large number of companies in the field of energy efficiency and RE.
Description
من أهداف هذه الرسالة إجراء تحليل الطاقة والجدوى الاقتصادية للعديد من خيارات العزل الحراري للمباني السكنية في المملكة العربية السعودية. في هذه الأطروحة، تم التحقيق في دور 602-SBC في تقليل استهلاك الطاقة في المباني السكنية من خلال تحليل الحاجة إلى الطاقة بواسطة برنامج Openstudio. تم فرض ثلاثة سيناريوهات تقيم معامل انتقال الحرارة كمدخل لهذا العمل حيث الأول مبنى بدون العزل الحراري والذي يمثل الحالة الأساسية والثاني مبنى يحقق متطلبات شركة الكهرباء السعودية الحالية والأخير مبنى يحقق متطلبات الكود 602-SBC أجريت الدراسة في ثلاث مدن وهي الرياض وحائل وأبها والتي تمثل المناطق المناخية المختلفة في المملكة العربية السعودية. أوضحت النتائج أن استهلاك الطاقة الكهربائية السنوي للحالة الاساسية في مدينة الرياض كان الأعلى 67,095 كيلوواط ساعي بينما في حائل 57,373 كيلو واط ساعي وأبها 26,799 كيلوواط ساعي. كما بينت النتائج أنه في الحالة الأساسية للرياض تم استخدام %67% للتبريد و 10% للإضاءة و17% في الأجهزة و6% استخدامات أخرى من إجمالي الطاقة الكهربائية سنكون %17% فقط من إجمالي الطاقة الكلية المستخدمة للتبريد في حال تطبيق متطلبات الكود 602-SBC للرياض الهدف الثاني هو دراسة تأثير العزل الحراري للمباني السكنية على الجدوى الاقتصادية لنظام الطاقة الكهروضوئية المتصل بالشبكة. تم تصميم نظام للطاقة الكهروضوئية لتغطية الطاقة اللازمة لكل سيناريو من سيناريوات العزل حراري في كل مدينة تم إجراء التحليل باستخدام كل من RETScreen والحسابات البدوية لكل من المؤشرات الفنية والاقتصادية. بلغ متوسط العائد السنوي للرياض 1756 كيلوواط ساعة كيلوواط سنة وحائل 1813 كيلوواط ساعة كيلوواط سنة وأبها 1888 كيلو واط ساعة كيلوواط/سنة. هذا النتائج الجيدة تدل على أن المدن الثلاث لديها مقومات كبيرة لاستفادة من النظم الكهروضوئية. أبها حققت أفضل القيم لعامل العائد السنوي من بين المدن الثلاث بسبب أن ابها طقسها معدل نظراً لأن زيادة درجة الحرارة تقلل من معامل أداء الخلية، لذا الطقس المعتدل يؤدي إلى تحسين كفاءة الوحدة ويؤدي إلى أفضل إنتاج الطاقة. كما بلغ متوسط معامل الاستطاعة السنوي لكل من الرياض 220.1 وحائل 20.7 وأبها 21.5. تعتبر هذه النتائج للمدن الثلاث جذابة مثل نتائج بقية مدن الشرق الأوسط وتعتبر أفضل من عدة مدن حول العالم. تم حساب المؤشرات الاقتصادية لكل من العزل الحراري ونظام الطاقة الكهروضوئية. بلغت التكلفة القياسية للطاقة الموفرة من تطبيق متطلبات العزل الحراري لشركة الكهرباء 0.009 دولار /كيلوواط ساعة) و0.011 (دولار كيلوواط ساعة) و 0.039 دولار / كيلوواط (ساعة) لكل من الرياض وحائل وأبها على التوالي. بينما كانت المتطلبات الكود 602-BC 0.017 دولار كيلوواط (ساعة) و 0.023 دولار / كيلوواط ساعة) و0.098 دولار / کیلوواط (ساعة) للمدن الثلاث على التوالي. كما بلغت التكلفة القياسية للطاقة الكهروضوئية 0.031 (دولار كيلوواط ساعة) و 0.030 دولار) كيلوواط ساعة) و 0.029 دولار / كيلوواط ساعة) في الرياض وحائل وأبها على التوالي. تشير النتائج إلى أن النظم الكهروضوئية هو خيار فعال إذا كانت الطاقة المولدة منه أقل من استهلاك المبنى وفي حال تطبيق العزل الحراري تنخفض تكلفة رأس المال للنظام الكهروضوئي ويكون الربح أكثر جاذبية. أخيرا، بلغت الانخفاض السنوي لانبعاثات الغازات الدفيئة من خلال تطبيق النظام الكهروضوئي الموحد 22.9، و 23.8، و24.5 طنا من ثاني أكسيد الكربون في الرياض وحائل وأبها على التوالي. وقد تم احتساب الانخفاض السنوي من انبعاثات الغازات الدفينة لكل الأنظمة الأخرى. وبالنهاية تم تقديم عدة توصيات بناءً على نتائج هذه الرسالة من هذه التوصيات يجب تقليل الشروط المطلوبة في الكود السعودي للعزل الحراري في المنطقة المناخية 3 وأيضا لابد من تأهيل وتدريب عدد كبير من الشركات في مجال كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة في المملكة العربية السعودية.