Solar Radiation Prediction for Heat Pump System Control

Detta kandidatexamensarbete fokuserar på indirekt mätning av solstrålning där en förbättring av en värmepump i ett bostadshus var huvudfokus. Detta utan att använda redan existerande utrsutning för mätning av solstrålning - pyranometrar- då denna utrustning är relativt dyr. För att genomföra detta projekt har en litteraturstudie gjorts där artiklar om indirekt mätning eller förutsägelse av solstrålning har studerats. Både konventionella metoder och nyare metoder som använder sig utav maskininlärning har varit en del av litteraturstudien. En redan befintlig metod för att förutse strålningseffekten per kvadratmeter baserad på data över molnighet har modifierats för att uppnå högre energisparande vid användning för ökad kontroll av en värmepump. Tre olika modeller togs fram som förslag på utveckling av den befintliga modellen. En baserad på olika intervaller av procent av molnighet, en som kompenserade för den redan befintliga modellens systematiska underskattning av de högsta dygnsvärdena av solstrålning och en diskret funktion. Den tredje modellen uppnådde energibesparingar på 18% utan att försämra inomhusklimatet med avseende på temperatur. Från redan existerande litteratur och från resultaten av analysen av den modifierade modellen är det tydligt att det går att mäta solstrålning indirekt eller förutse solstrålning med tillräcklig noggranhet för att kunna uppnå 10-20% energibesparingar i ett värmepumpssystem för ett bostadshus.This bachelor of science thesis focuses on indirect measurement of solar radiation. The perspective of the thesis is improving the performance of a heat pump in a residential building without the use of existing dedicated equipment for measuring solar radiation – pyranometers – because of the relatively high cost. A literature review has been performed, where articles on the subject of indirectly measuring or predicting solar radiation have been included. Both conventional methods as well as newer methods using machine learning have been part of the review. An existing method for predicting irradiance based on cloud cover percentage has been modified in attempt to achieve higher energy savings when used for improving control of a heat pump. Three different models were suggested. One based on different ranges of cloud cover percentages, one that compensated for the existing models systematic underestimation of peak-hour solar values, and one discrete function model. The first two models resulted in slight improvements of condenser energy use. The third model provided energy savings of 18% without worsening thermal comfort, compared to not compensating for solar radiation. From existing literature, and from the results of the analyzed and modified model, it is evident that solar radiation can be measured indirectly or forecasted with sufficient accuracy to achieve energy savings of the magnitude of 10-20% when considering a heat pump system in a residential building