Photovoltaic thermal (PVT) collectors are devices that simultaneously produce electricity and heat. Research on conventional air-type PVT collector focuses on installing baffles to enhance the collector's thermal performance. However, the baffles have pressure drop inside the collector which degrades the thermal performance. Thus, it is necessary to design baffles to smoothen the flow inside the air-type PVT collector. Alternatively, installing perforated baffles in air-type PVT collectors can reduce the collector weight, but parameters such as the diameter of the perforated holes and the height of the perforated plates should be considered. Therefore, the main aim of this study was to analyze thermal characteristics of each variable of perforated baffles installed inside air-type PVT collector. For this purpose, the uniformity of air flow in the collector was compared through NX program, and the resultant heat gain and thermal efficiency of the air-type PVT collector were compared and analyzed. Therefore, the main aim of this study was to analyze thermal characteristics of each variable (Baffle angle, length, height, pitch, perforated ratio) of perforated baffles installed inside air-type PVT collector. For this purpose, the uniformity of air flow in the collector was compared through CFD program, and the resultant heat gain and thermal efficiency of the air-type PVT collector were compared and analyzed. As a result, the maximum outlet temperature was increased by 1.45 times and the heat gain was increased by 193.8 Wth, depending on the perforated baffle plate, compared to the collector without the baffle. The heat transfer performance showed that the maximum internal velocity was 1.61 times higher and the Reynolds number was 1.06 times higher depending on the parameters of the baffle plate.
PVT (Photovoltaic/thermal) system is technology that combines PV and solar thermal collector to produce and use both solar heat and electricity. PVT has the advantage that the energy production per unit area is higher than any single use of PV or solar thermal energy systems because it can produce and use heat and electricity simultaneously. Air-type PVT collectors use air as the heat transfer medium, and the air flow rate and flow pattern are important factors affecting the performance of the PVT collector. In this study, a new air-type PVT collector with improved thermal performance was designed and manufactured. And then thermal and electrical performance and characteristics of air-type PVT collector were analyzed through experiments. For the thermal performance analysis of the PVT collector, the experiment was conducted under the test conditions of ISO 9806:2017 and the electrical performance was analyzed under the same conditions. As a result, the thermal efficiency increased to 26~45% as the inlet flow rate of PVT collector increased from $60{\sim}200m^3/h$. Also, it was confirmed that the air-type PVT collector prevents the PV surface temperature rise according to the operating conditions.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.3
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pp.122-126
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2017
The aim of this study was to develop a device for solving the heating problem of living space using heated air, utilizing a simple air heater type collector for solar energy. At the present time, this study assessed the possibility of a development system through theoretical calculations for the amount of available energy according to the size change of the air-heated solar energy collector. To produce and supply hot water using the heat energy of the sun, hot water at $100^{\circ}C$ or less was produced using a flat or vacuum tube type collector. The purpose of this study was to research the air heating type solar collector that utilizes heating energy with heating air above $75^{\circ}C$, by designing and manufacturing an air piping type solar collector that is a simpler type than a conventional solar collector system. The analysis results were obtained for the generated air temperature ($^{\circ}C$) and the production of air (kg/h) to determine the performance of air heating by an air-heated solar collector according to the heat transfer characteristics in the collector of the model when a specified amount of heat flux was dropped into a solar collector of a certain size using PHOENICS, which is a heat flow analysis program applying the Finite Volume Method. From the analysis result, the temperature of the air obtained was approximately $40.5^{\circ}C$, which could be heated using an air heating tube with an inner diameter of 0.1m made of aluminum in a collector with a size of $1.2m{\times}1.1m{\times}0.19m$. The production of air was approximately 161 m3/h. This device can be applied to maintain a suitable environment for human activity using the heat energy of the sun.
The integration of PV modules into building facades or roof could raise their temperature that results in the reduction of PV system's electrical power generation. Hot air can be extracted from the space between PV modules and building envelope, and used for heating in buildings. The extraction of hot air from the space will enhance the performance of BIPV systems. The solar collector utilizing these two aspects is called PV/T(photovoltaic/thermal) solar collector. This paper compares the experimental performance of two different types of air type PV/T collector units: the base case of a collector unit with 10cm gap for forced ventilation and the other unit with copper pin attached to PV module to enhance its thermal performance. The experimental results shows that the base case unit had the overall efficiency of 41.9% and the improved unit with copper pin attached to PV module had 50.1% efficiency. For these air type PV/T units, the forced ventilation of the air space improved the electrical performance as well as the thermal performance.
A semitransparent photovoltaic-thermal (PV/T) air collector can produce electricity and heat simultaneously. To maximize the thermal and overall efficiency of the semitransparent PV/T air collector, its availability should be maximum; this can be determined through a Markov analysis. In this paper, a Markov model is developed to select an optimized number of semitransparent PV modules in service with five states and two states by considering two parameters, namely failure rate (λ) and repair rate (μ). Three artificial neural network (ANN) models are developed to obtain the minimum cost, minimum temperature, and maximum thermal efficiency of the semitransparent PV/T air collector by setting its type appropriately and optimizing the number of photovoltaic modules and cost. An attempt is also made to achieve maximum thermal and overall efficiency for the semitransparent PV/T air collector by using ANN after obtaining its minimum temperature and available solar radiation.
Experimental external collector type solar lumber dryer with $1.6m^2$ of collector area and $1.0m^3$ of maximum dryer capacity was designed and constructed to investigate the conditions inside and outside the dryer and collector. The efficiency of collector was calculated and numbers of drying-days and collector areas required to dry $0.2m^3$ and $1.0m^3$ of pine and oak at various an flow rate inside collector were estimated for eight cities in Korea. Average temperatures of collector-inlet and -outlet air and heat absorber were $52.5^{\circ}C$$57.9^{\circ}C$, and $71.1^{\circ}C$. respectively at 4m/sec of an flow rate inside collector on sunny day in summer. Overall heat transfer coefficient of collector was 4.875W/$m^2^{\circ}C $ and collector efficiency was 52%. Estimated numbers of drying-days required to dry $0.2m^3$ of pine and oak from 80% to 15% moisture content at various air flow rate inside collector were 38 and 66 days. respectively. Areas of collector required to dry $1.0m^3$ of lumber at desired safe drying rate were estimated as $13.7m^2$ for pine and $16.0m^2$ for oak.
UTAC(unglazed transpired air collector) system has unique advantage for space heating and tempering ventilation air over the conventional collector system such as flat plate and vacuum collector. UTAC can improve radiative and convective loss due to nonglazed component and enhanced plate surface configuration. and heating energy and its equivalent green house emission performance can be improved from the use of this like collector in building application. The Option D Calibration simulation approach of IPMVP(International Performance Measurement and Verification Protocol) in ESCO businesses has been recommended to use of the calibrated computer modules like these Energy-10. DOE2.1E and TRNSYS(transient system simulation). This study is to develop subroutine type-203 of TRNSYS15.2 program and appraise thermal performance of UTAC. With newely addeded subroutine type-203. 1) Thermal performance of unglazed transpired collector could be possible based on dimensionless variables such as efficiency and heat exchanger effectiveness. and 2) Assessement of energy consists of solar useful and insulation saving for UTAC could be possible.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.33
no.7
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pp.994-1002
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2009
In this paper, effect of air gap thickness between absorber plate and glass cover on top heat loss of a closed loop oscillating heat pipe (CLOHP) solar collector was investigated. The CLOHP, which is made of copper with outer diameter of 3.2mm and inner diameter of 2.0mm, comprises 8 turns with heating, adiabatic and cooling section. The heating section of the heat pipe was attached to absorber plate which heated by solar simulator simulated by halogen lamps. The cooling section of the heat pipe was inserted into collector's cooling section that made of transparent acrylic. Temperatures of absorber plate, glass cover, and ambient air measured by K-type thermocouple and were recorded by MV2000-Yokogawa recorder. Top heat loss coefficients and top heat loss of the collector corresponding to some cases of air gap thickness were determined. The result of experiment shows the optimal air gap thickness for minimum top heat loss of this solar collector.
In this study, theoretical & Experiemental Analysis on three different air type solar collectors (One of metallic material: AI, two of non-metallic materials; GIWA & Slate) are performed. The results of three different collectors show the similiar performance in spite of different absorber material. The results of experiment are coincided with the theoretical results, and thus it is possible to estimate the performance of collector for the other experiment measuring variables. As a result, the thermal conductivity has no influence on the collector efficiency, because air, heat transfer medium, flows through over the whole surface of absorber plate.
Kim, In-Hwan;Hur, Nam-Soo;Kim, Man-Seok;Lee, Jung-Eun
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.30
no.6
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pp.28-33
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2010
Solar collectors to be applied are mainly flat-plate or vacuum tube collector which is used for hot water supply of house because of low heat value and low temperature. There are a necessity to expand applicable scope of solar collector into the industrial process heat source and air conditioner for coping with renewable energy policy of government and industrial trend. This study is to analysis the performance of PTC solar collector of concentrating type and flat-plate of non-concentrating. For this, temperature difference and heating value as insolation of air outside is measured from these two collectors mounted on 2-axial solar tracking system. It is investigated that temperature profile obtained from PTC solar collector is uniform and collecting heat per unit area is 6.8kcal/$m^2$ min which is about 3 times with compare to flat-plate collector of 2kcal/$m^2$min. Also the amount of heat to be produced from PTC solar collector is 3 Mcal/$m^2$ which is about 2 times with compare to flat-plate collector of 1.5Mcal/$m^2$ as a result of operating these two collectors during one month. Therefore, it is obtained that heat collecting performance of PTC solar collector is superior to flat-plate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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