Development of a lighting model within a residential electricity simulation tool

Abstract

Este proyecto de final de carrera ha abordado el desarrollo de un modelo en Matlab para simular el perfil de la demanda del consumo por parte de la electrificación en la iluminación de una vivienda estándar. El objetivo que ha guiado la realización de este modelo ha sido la capacidad de desarrollar nuevas estrategias encaminadas a reducir la demanda de energía a través de un uso eficiente de la misma. El aumento de la población y la concienciación de los gobiernos por el cambio climático, ha llevado a priorizar la investigación en este campo con el fin de obtener resultados eficientes en la optimización de la demanda de energía de las familias, teniendo siempre en cuenta las nuevas tecnologías y las estrategias más adecuadas que se han ido formulando en materia de eficiencia energética. El proyecto se ha centrado en la demanda de energía eléctrica en una vivienda de Baviera, gracias a los datos recogidos por el Standard Load Profile de Baviera (SLP), y el correspondiente consumo utilizado en la iluminación, en torno al 9%. El objetivo de la tesis ha sido realizar un modelo de simulación estocástica con el que se pueda comprender mejor el consumo diario de iluminación en un hogar, a partir de una serie de parámetros. Los parámetros que se han considerado en el estudio han sido: 1. El periodo del tiempo (día del año): El consumo no va a ser el mismo en invierno que en verano. 2. Número de ocupantes en el hogar. La SLP se diferencia de 1-5 + número de personas en la vivienda dentro de su respectivo consumo. Los primeros datos que se han manejado han sido: el Time Use Survey (TUS) y las horas de luz solar, que han definido la probabilidad con la que encendemos las luces a lo largo del día. Con el TUS podemos obtener la ocupación activa (estar en casa y despierto) en una resolución de tiempo de 15 minutos de un día; mientras que el perfil de la luz solar se refiere a la necesidad de conseguir luz artificial al faltar la iluminación natural del sol, entre el amanecer y el atardecer. Para el desarrollo del código principal del modelo se ha centrado en la generación de cada evento de carga que se produce cuando encendemos las luces. Son tres las características principales que definen cada evento de carga: • Hora de inicio: La hora específica del día en la que en la que el ocupante de la vivienda enciende la luz. • Amplitud: La potencia que ilumina la casa en la carga del evento. • Duración: La diferencia entre el inicio y el final del evento. Por último, cada evento de carga, en cada vivienda, será asignado en función de la capacidad que disponga para soportar la amplitud del evento y, en la medida, de que haya ocupación activa en ese intervalo de tiempo por parte de los miembros que la habitan. El código final obtenido se integrará en el proyecto que está desarrollando el EESC, csobre el modelo de electricidad residencial, que incluye también otros modelos similares desarrollados para diferentes áreas de consumos de electricidad en una casa, como puede ser la cocina, la refrigeración o la televisión (entre otros).

This final degree project addresses the development of a Matlab model in order to simulate the profile demand of the lighting illumination of a standard household. The immediate purpose of this type of model can be the development of new strategies to reduce the energy demand by an efficient use of it. The population increase and the concern with the climate change have lead to the issue of investigating the optimization of the energy demand, principally regarding the new energy efficient technology and its strategies. This project takes into account the energy demand in a Household in Bayern by the Standard Load Profile (SLP), and the amount used in lighting, which is around 9%. The aim of the thesis is to perform a stochastic simulation model that can help to better understand the daily consumption in lighting in a Household for different resolution parameter. The different parameters are: 1. The respective day of the year: The consumption will not be the same in Winter and Summer 2. Number of occupants in the Household. The SLP differs from 1-5+ number of persons at the dwelling within its respective consumption. The firsts inputs are the time use survey (TUS) and the daylight hours, which define the probability of a better chance to use the lighting. From the TUS we can obtain the active occupancy (being at home and awaken) in a 15-min time resolution, whereas the daylight profile relates the necessity of artificial lights with the natural illumination between sunrise and sunset. For the development of the main code of the model I have to focus on the event of turning on the lights. In every event load there are three principal characteristics that define every event: • Start time: The specific time of the day when an occupant turns on the light. • Amplitude: The wattage that illuminates the household in the event load. • Duration: The difference between the start and end time of the event. Finally, every event will be assigned in each household, depending on the capacity to support that amplitude and its respective active occupancy. The final code will be implemented into the main research of the EESC, the residential electricity model, which includes similar models developed for different electricity consumptions such as cooking, television or refrigeration (among others).