태양광열 복합 시스템(photovoltaic/thermal hybrid solar system, PV/T)은 태양광 모듈 및 태양열 집열판의 단일화를 통한 전기 및 열에너지의 동시 생산이 가능하도록 구성되고 기존 태양광 모듈의 온도 상승에 따른 효율 저하의 문제점을 보완 및 발생하는 열을 회수하여 온수 생산이 가능한 장치이다. 본 연구에서는 액체형 PV/T 시스템의 대표적인 두 형태인 박스형과 튜브형의 성능 검증을 위하여 수학적 모델링을 통한 두 시스템의 열 및 전기적 성능을 비교 분석하였다. 모델링은 에너지 평형식을 이용하여 시간에 따른 각 부분의 온도의 변화를 예측할 수 있도록 수립되었으며 계산된 결과를 기준으로 전기, 열, 및 전체효율을 도출해 내고, 이를 바탕으로 두 시스템의 성능을 분석하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로, 박스형 PV/T 시스템의 최고 온수 온도는 $52^{\circ}C$로 예측되었고, 반면에 튜브형은 $48^{\circ}C$에 머물렀다. 또한 열효율은 박스형이 최대 51%, 튜브형이 41%, 전기효율은 박스형이 약 14%, 그리고 튜브형이 13%로 나타났으며, 전체효율은 박스형이 73%, 그리고 튜브형이 64%로 나타나 박스형 PV/T 시스템이 튜브형보다 더 나은 성능을 가지는 것으로 예측되었다. 이는 박스형이 튜브형보다 태양광 모듈과 온수와의 접촉면적이 넓어 더 많은 열전달이 발생하기 때문으로 사료된다.
PVT modules commonly can be defined as a combination of PV modules and thermal collectors. After absorbing sun light, electricity and hot water can be actually provided to users simultaneously, which dual outputs (electricity and hot water) have drawn academic interest and industrial activities. Additionally, heat exchange between solar cell and flowing water can enhance solar cell efficiency. Because of PVT modules effectiveness, new international markets and commercial products have made. Especially European, facilities and measurement methods are established to evaluate PVT module performance. However, there are no currently appropriate internationally and domestic standards and facilities to test PVT module performance Herein, to test PVT module performance, indoor thermal simulators and fundamental standard study are considered.
Sangmu Bae;Hobyung Chae;Jinhwan Oh;Jeong-Heum Cho;SangHeon Jeong;Namjin Lyu;Yujin Nam
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.19
no.1
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pp.14-25
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2023
In order to overcome the limitations of the individual renewable energy technologies such as photovoltaic (PV) and solar-thermal and effectively realize zero energy buildings, the photovoltaic-thermal (PVT) technology is being proposed. The current PVT module was simply combined with a PV panel and a solar-thermal collector. Therefore, it was difficult to commercialize because the PVT module is heavy and has no significant advantages compared to applying the individual technology. In this study, an attached PVT module is proposed for the commercialization and securing competitiveness in the renewable energy market. The attached PVT module enables on-site work with a simplified manufacturing process and can significantly reduce the supply price of the product. Moreover, it can be easily applied on already installed the PV panels. This study aims to commercialize the attached PVT module, the basic data was established as follows: (1) latest technology related to PVT module, (2) Global trends of the PVT module market. The possibility of commercialization of the attached PVT module was reviewed based on the results of the latest technology and market trends analysis. The supply price of the attached PVT module is lower than the existing products and it is considered that there is a high possibility of commercialization and introduction market with the advantage such as utilizing the existing PV industry and market. Moreover, the attached PVT module can be produced simultaneously the thermal and electrical energy, and it can be presented as an innovative alternative that can respond to the energy demand for residential sector.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.9
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pp.757-762
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2014
A solar heat and power hybrid system can simultaneously generate electricity and thermal energy. In this study, several experiments were carried out with a solar heat and power hybrid unit. Then, a method to increase the photovoltaic efficiency and amount of thermal energy was suggested based on a comparative analysis. The experiment was conducted using only the photovoltaic system as a reference case, with the photovoltaic-thermal air system as a hybrid case. A numerical increase in the photovoltaic efficiency per $1^{\circ}C$ was suggested based on a comparative data analysis of these two cases. In this experiment, the surface temperature on the air hybrid system was $13.52^{\circ}C$ lower than that in the reference case, and the photovoltaic efficiency was increased by 5.09. The amount of thermal energy produced was 15.69 Wt per $1^{\circ}C$ difference between the ambient and outlet temperatures. In this paper, therefore, a photovoltaic efficiency increase of 0.34 per $1^{\circ}C$ is proposed for the air hybrid system based on the analysis of the experimental data.
Pressure to reduce costs in the current solar market is driving the development and implementation of new module designs and prompting the use of new materials and components. In order to utilize the variability of each material that makes up the module, it is essential to understand the basic characteristics of the material. In this article, we evaluate light degradation after UV irradiation as an encapsulation material. Measure and analyze the results of various characteristic tests for discoloration, optical and electrical property degradation before and after UV accelerated testing. To evaluate weathering stability, UV tests were performed comparing existing EVA and UVT-EVA, POE and improved low-cost POE. Even in the weather resistance test with a total UV exposure of 60 kW/m2, the properties of the encapsulants were mostly stable. EVA and POE-based encapsulants showed slight differences, and these slight differences are believed to pose a threat to long-term stability. This study is a basic analysis of encapsulation research for PV modules and will be helpful in understanding future development and encapsulant properties.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.26
no.12
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pp.559-564
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2014
The development of photovoltaic-thermal (PVT) technology has been introduced in recent years specifically to increase PV efficiency. One of the characteristics of PV systems is that the electricity generation increases as the solar radiation increases whereas the efficiency decreases because of high surface temperatures. Using a photovoltaic-thermal system, the surface temperature can be decreased by capturing the excess heat and the efficiency can be increased due to these characteristics. In this paper, three cases are introduced : 1) PV_r as the reference case, 2) PVT_a, which uses air as a heat source, and 3) PVT_w, which uses water as a heat source. Experiments were performed, analyzed, and compared to examine the effect of the PVT type on the efficiency of the system. The results showed that ETC($%/^{\circ}C$) efficiency of the PVT cases was increased versus the reference case due to decreasing surface temperature. Total efficiencies, which are electrical efficiency and thermal efficiency, for each PVT are tested and found to be 12.22% for PV_r, 29.50% for PVT_a, and 68.74% for PVT_w.
PV/Thermal module is the combined system, which consist of a photovoltaic module and solar thermal collector that can obtain electrical power and thermal energy simultaneously. Thus the power generation can be increase by decreasing the temperature of photovoltaic module and thermal energy retrieved from module also can be used for heating system. In this study, Heat transfer performance of air type PV/Thermal module was confirmed with various bottom obstacles that can be installed easily to real photovoltaic module by CFD (computational fluid dynamics) analysis. Eight type obstacles were investigated according to the shape and arrangement. As a result, nusselt number represent heat transfer performance was increased about 86% compare with the basic type PV/Tthermal module that has no obstacle and triangle type obstacle had higher value than other types. But pressure drop was also increased with increment of heat transfer enhancement. Thus the performance factor considering both heat transfer and pressure drop was confirmed and V-fin type obstacle arranged in a row for Reynolds number below 9,600 and protrusion type obstacle arranged in zigzag for Reynolds number above 14,400 were shown higher performance factor than other types. From these results, V-fin type obstacle arranged in row and protrusion type obstacle arranged in zigzag were considered as a proper type for applying to real PV/thermal module according to operating condition. But the heat transfer performance can be changed by the geometric conditions of obstacle such as height, width, length and arrangement. Thus, it could also confirmed that the optimal condition and arrangement of this obstacle need to be found in further study.
Photovoltaics (PV) power generation efficiency is affected by meteorological factors such as temperature and wind speed. In general, it is known that the power generation amount decreases because photovoltaics panel temperature rises and the power generation efficiency decreases in summer. Photovoltaics Thermal (PVT) power generation has the ad-vantage of being able to produce heat together with power, as well as preventing the reduction in power generation efficien-cy and output due to the temperature rise of the panel. In this study, the amount of heat collected by season and time was calculated for photovoltaics thermal modules using the International Weather for Energy Calculations (IWEC) data provided by the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). Based on this, we propose a method of predicting the temperature of the photovoltaics panel using thermal analysis and then calculating the flow rate of coolant to improve power generation efficiency. As the results, the photovoltaics efficiencies versus time on January, April, July, and October in Jeju of the Republic of Korea were calculated to the range of 15.06% to 17.83%, and the maxi-mum cooling load and flow rate for the photovoltaics thermal module were calculated to 121.16 W and 45 cc/min, respec-tively. Though this study, it could be concluded that the photovoltaics thermal system can be composed of up to 53 modules with targeting the Jeju, since the maximum capacity of the coolant circulation pump of the photovoltaics thermal system applied in this study is 2,400 cc/min.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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