Västerländska ingenjörer har kombinerat funktionen och kraften hos solcellsteknik (PV) med en värmepump och ett termiskt batteri för att skapa ett helt elektrifierat – och energieffektivt – nytt hus. Målet är att eliminera behovet av fossila bränslen och uppnå en verklig netto-noll energiförbrukning för husbyggare och husägare över hela världen.
Joshua Pearce, professor vid Western Engineering och Ivey Business School, och doktoranden Shafquat Rana har i samarbete med Anthony Straatman, ordförande för mekanik- och materialteknik, Kamran Siddiqui, professor i teknik, och Jaime Crncich, vd för Magnus Homes, designat och utvecklat detta unika energieffektiva hemsystem. Ett tvåvåningshus i Komoka, Ontario (strax väster om London, Ontario), fungerar som ett levande laboratorium för observationsexperiment och datagenerering.
Preliminära resultat visar att denna installation, som är unik i Kanada, minskar elräkningarna med 45 % och koldioxidutsläppen för huset med 55 %. Det termiska batteriet, som använder ett fasförändringsmaterial som salt eller vax, lagrar energi effektivt och ökar solcellernas egenförbrukning (användning av energi som produceras på plats istället för att exporteras till elnätet) med 60 %. Ett fasförändringsmaterial är ett ämne som absorberar eller avger stora mängder termisk energi under smältning eller frysning för att upprätthålla en stabil temperatur.
”Kostnaderna för solenergi har nu underskridit kostnaderna för el från elnätet, vilket gör solenergi till ett lönsamt och eftertraktat alternativ för de flesta kanadensare”, säger Pearce, Westerns John M. Thompson Chair in Innovation. ”Detta projekt integrerar solpaneler, en värmepump och ett termiskt batteri för att tillhandahålla termisk energi för uppvärmning och försörjning av varmvattenbehovet i hela hemmet.”
Forskarna utvecklade bästa praxis för att göra ett hus fyra gånger mer energieffektivt än traditionella metoder genom att använda en värmepump, som omvandlar den solenergi som fångas upp av solpanelerna på taket till värme. Värmen lagras i ett termiskt batteri för framtida användning. Forskarna vill visa att tekniken är helt skalbar, säker och, viktigast av allt, kan eftermonteras i befintliga hus med minimala modifieringar.
”Målet är att bevisa systemets effektivitet under ett år, med det slutgiltiga målet att helt eliminera behovet av fossila bränslen för uppvärmning av bostäder”, säger Rana, som är student i elektroteknik. ”När systemet har validerats vill vi utvidga det till andra bostäder i Kanada och så småningom över hela världen.”
Rana utrustade det nya huset med kablar och sensorer för att spåra och förutsäga energiförbrukning, effektivitet och kostnadsbesparingar – data som både hon och Crncich, husbyggaren som också bor i det hus som studeras, kan övervaka i realtid på sina mobila enheter och datorer med en användarvänlig app.
”Vi har en unik möjlighet att både skapa och konsumera energi i våra hem, och det är verkligen intressant att se, både som ägare och byggare, hur dessa två balanserar varandra”, säger Crncich. ”Jag tror att många husägare inte är medvetna om sin konsumtion, och det är verkligen viktigt för hållbarheten att känna till den roll man spelar i konsumtionen och produktionen av energi för sitt hem.”
För att få ännu mer data övervakar Rana ett andra hus som byggts av Crncich (liknande modell och beläget i samma område i Komoka) som inte utrustats med det integrerade termiska batteriet och solcellssystemet, för att jämföra det helt elektrifierade huset med ett traditionellt kanadensiskt hus som använder el från elnätet och naturgas.
”Elektrifiera” våra hem
Värmepumpar och termiska batterier är ganska vanliga i USA, men godkännanden för båda systemen är relativt nya i Kanada. Detta förvärrar energiproblemet, eftersom det är mycket dyrt att värma upp ett hem norr om gränsen.
”Många hus i Kanada uppfyller tyvärr inte ens gällande byggnormer, för att inte tala om att vara utrustade med den senaste solcellstekniken”, säger Pearce. ”För det andra värmer de flesta upp sina hus med antingen naturgas eller el, vilket är otroligt ineffektivt och ekonomiskt betungande, eftersom elpriserna i Ontario stiger kraftigt gång på gång. På samma sätt fluktuerar naturgaspriserna, men solenergi ger en skydd mot energiinflation.”
Pearce säger att elektrifiering av hem är en viktig väg till långsiktig hållbarhet i Kanada och runt om i världen.
”Om vi kan använda förnybara energikällor som solenergi för att förse våra hem med el och sedan överföra den energin till en värmepump, får vi tre enheter värme för varje enhet elektrisk energi, vilket gör dem 300 procent effektiva eller mer”, säger Pearce. ”Det är helt enkelt ett mycket effektivare sätt att värma upp ditt hem.”
Rana säger att denna nya metod för energiproduktion och energiförbrukning går långt utöver att ge komfort – och en lägre elräkning – för husägare. Det handlar om att rädda planeten. Rana visade i en ny studie att Kanada inte ökade sin förnybara energi tillräckligt snabbt för att uppfylla sina klimatåtaganden.
”Klimatförändringarna är verkliga, och vi behöver att alla på planeten gör en liten insats i kampen”, säger Rana. ”Att minska koldioxidutsläppen från bostadssektorn är en låghängande frukt som alla kan se. Att integrera denna hållbara lösning i kanadensiska hem, särskilt nya, kan hjälpa oss att kraftigt minska Kanadas koldioxidutsläpp för att hantera de globala effekterna av klimatförändringarna.”
Teamets relaterade forskning har publicerats i tidskrifterna Energies, Energy and Buildings och e-Prime – Advances in Electrical Engineering, Electronics and Energy.
Mer information: Shafquat Rana et al, A Review of Phase-Change Material-Based Thermal Batteries for Sustainable Energy Storage of Solar Photovoltaic Systems Coupled to Heat Pumps in the Building Sector, Energies (2025). DOI: 10.3390/en18133265
Shafquat Rana et al, Bästa praxis för teknoekonomiska metoder för analys av solcellsanläggningar kopplade till värmepumpar i kalla klimat, Energy and Buildings (2025). DOI: 10.1016/j.enbuild.2024.115196
Seyyed Ali Sadat et al, Användning av investeringar i solceller som inflationsskydd, Energies (2025). DOI: 10.3390/en18040890
Shafquat Rana et al, Potentiella vägar till Kanadas klimatåtaganden genom strategisk användning av solceller, e-Prime – Framsteg inom elektroteknik, elektronik och energi (2025). DOI: 10.1016/j.prime.2025.101001
