In order to analyze the performance comparison of dish solar collector with mirror arrays and receiver shapes, the radiative heat flux distribution inside the cavity receiver is numerically investigated. The solar irradiation reflected by dish solar collector is traced using the Monte-Carlo method. Five different dish solar collectors and three different cavity receivers are considered. A parabolic-shaped perfect mirror of which diameter is 1.5 m is considered as a reference dish solar collector and four different arrays of twelve identical parabolic-shaped mirror facets of which diameter are 0.4 m are used. Their reflecting areas, which are $1.5\;m^2$, are the same. Three different cavity receiver shapes are dome, conical, and cylindrical. In addition, the radiative properties of the concentrating surfaces can vary the thermal performance of the cavity receiver so that variation of the surface reflectivity of each mirror is considered. Based on the calculation, the design information of dish solar collector for producing the electric power can be obtained. The results show that the dome type has the best performance in receiver shapes and the 2AND4 INLINE has the best performance in mirror arrays except perfect mirror.
The radiative heat loss from a receiver of a dish solar collector is numerically investigated. The dish solar collector considered in this paper consists of a receiver and multi-faceted mirrors. In order to investigate the performance comparison of dish solar collectors, six different mirror arrays and four different receivers are considered. A parabolic- shaped perfect mirror of which diameter is 1.40 m is considered as the reference for the mirror arrays. The other mirror arrays which consist of twelve identical parabolic-shaped mirror facets of which diameter are 0.405 m are suggested for comparison. Their reflecting areas, which are 1.545 $m^{2}$, are the same. Four different receiver shapes are a conical, a dome, a cylindrical, and a unicorn type. The radiative properties of the mirror surfaces and the receiver surfaces may vary the thermal performance of the dish solar collector so that various surface properties are considered. In order to calculate the radiative heat loss in the receiver, two kinds of methods are used. The Net Radiation Method that is based on the radiation heat balance on the surface is used to calculate the radiation heat transfer rate from the inside surface of the receiver to the environment. The Monte-Carlo Method that is the statistical approach is adopted to predict the radiation heat transfer rate from the reflector to the receiver. The collector efficiency is defined as the results of the optical efficiency and the receiver efficiency. Based on the calculation, the unicorn type has the best performance in receiver shapes and the STAR has the best performance in mirror arrays except the perfect mirror.
The thermal performance comparisons of the dish solar collector system are numerically investigated with mirror arrays and receiver shapes. In order to compare the performances of the dish solar collector systems, six different mirror arrays and four different receiver shapes are considered and the radiative heat flux distribution on the inside of the receiver is analyzed. A parabolic-shaped perfect mirror of which diameter is 1.5 m is considered as a reference of the mirror arrays. Five different mirror arrays of twelve identical parabolic -shaped mirror facets of which diameter are 0.4 m are proposed in this study. Their reflecting areas, which are 1.5 $m^2$, are the same. Four different receiver shapes are a dome, a conical, a cylindrical and a unicorn type. The solar irradiation reflected by mirrors is traced using the Monte-Carlo method. In addition, the radiative properties of the mirror surface can vary the thermal performance of the dish solar collector system so that the effects of the surface reflectivity and the surface absorptivity are considered. Based on the calculation, the design information of dish solar collector system for producing the electric power can be obtained. The results show that the dome type has the best performance in receiver shapes and the 2AND4INLINE has the best performance in mirror arrays except the perfect mirror.
The 5kWt dish solar collector is designed and the preliminary performance test for this is carried out. The diameter of the parabolic dish is 3.2 m, and its focal length is 2 m. It consists of 10 small reflectors which have their own curvatures, and the effective reflecting area is $5.9\;m^2$, and the rim angle of the dish is $43.85^{\circ}$. The reflectivity of reflectors is 0.95, and the thermal capacity of the system is about 5 kW thermal. The aperture diameter of the cylindrical-shape receiver which is made of stainless steel is 100 mm, and the height is 210 mm. A quartz window is installed at the receiver aperture to minimize the convective heat loss and prevent air leakage. In order to increase the heat transfer area, porous materials (nickel-alloy) are inserted into the receiver. Air flows into the upper part of the receiver which is the opposite side of the aperture. After the air flows through the inside of the receiver, that goes out of the receiver through 3 exits which are located near the aperture. The volumetric flow rates of air are varied from 600 to 1200 L/min. The results show that the system efficiency and receiver efficiency increase as the volume flow rate increases.
Recently, interest in renewable energy is increased due to exhaustion of fossil fuel and environmental pollution all over the world, therefore the solar power generation using solar energy is many researched. The solar power generation is required solar tracking control and high concentration solar thermal collector because generation performance is depended on concentrator efficiency. This paper proposes high efficiency solar power generation with two-axis tracking control using dish-type solar thermal collector that has excellent thermal collector performance and tracking algorithm that can be accurately tracked solar position. This paper proves validity through analysis with accuracy of tracking algorithm and generating efficiency.
The thermal performance of air receiver with a change of flow direction for dish solar collector. This system is installed and operated in Incheon, Korea. The thermal capacity of the system is about 5 kW thermal. The aperture diameter of the cylindrical-shape receiver which is made of stainless steel is 100 mm, and the height is 210 mm. Experiments are being carried out to investigate the thermal performance variation of the receivers with several design parameters such as the shape of the receiver, the flow directions and the flow rate of air. First, air flows into the upper part of the receiver, which is the opposite side of the aperture. After the air flows through the inside receiver, that goes out of the receiver through 3 exits which are located near the aperture. Second, air flows into the backside of the receiver, Which is the forward side of the aperture. After the air flows through the inside receiver, that goes out of the receiver through 1 exit. The results show that the system efficiency and receiver efficiency increase as the volume flow rate increases as expected.
The thermal performance of the air receiver filled with porous material for 5kWt dish solar collector installed in Inha University, Korea, is experimentally investigated. The diameter of the parabolic dish is 3.2 m, and its focal length is 2 m. It consists of 10 small pieces of glasses which have their own curvatures, and the effective reflecting area is 5.9 m2. The reflectivity of the glass is 0.95, and the thermal capacity of the system is about 5 kW thermal. The aperture diameter of the cylindrical-shape receiver which is made of stainless steel is 100 mm, and the height is 210 mm. A quartz window is installed at the receiver aperture to minimize the convective heat loss and prevent air leakages. In order to increase the heat transfer area, porous material (nickel-alloy) is inserted into the receiver. Air flows into the upper part of the receiver, which is the opposite side of the aperture. After the air flows through the inside receiver, that goes out of the receiver through 3 exits which are located near the aperture. The volumetric flow rates of air are varied from 600 to 1200 L/min. The thermal efficiency of the receiver ranges from 82% - 92% depending upon the flow rate. The results show that the system efficiency and receiver efficiency increase as the volume flow rate increases as expected. These results from the experiment will be useful for the applications to air heating receivers and solar reactors.
Heat losses from the receivers of a dish-type solar energy collecting system at the Korea Institute of Energy Research (KIER) are numerically investigated. It is assumed that a number of flat square mirrors are arranged on the parabolic dish structure to serve as a reflector. Two different types of receivers, which have conical and dome shapes, are considered for the system, and several modes of heat losses from the receivers are thoroughly studied. Using the Stine and McDonald model convective heat loss from a receiver is estimated. The Net Radiation Method is used to calculate the radiation heat transfer rate by emission from the inside surface of the cavity receiver to the environment. The Monte-Carlo Method is used to predict the radiation heat transfer rate from the reflector to the receiver. Tracing the photons generated, the reflection loss from the receivers can be estimated. The radiative heat flux distribution produced by a multifaceted parabolic concentrator on the focal plane is estimated using the cone optics method. Also, the solar radiation spillage around the aperture is calculated. Based on the results of the analysis, the performances of two different receivers with multifaceted parabolic solar energy collectors are evaluated.
The two-step water splitting thermochemical cycle is composed of the T-R (Thermal Reduction) and W-D (Water Decomposition) steps. The mechanism of this cycle is oxidation-reduction, which produces hydrogen. The reaction temperature necessary for this thermochemical cycle can be achieved by a dish-type solar thermal collector (Inha University, Korea). The purpose of this study is to validate a water splitting device in the field. The device is studied and fabricated by Kodama et al (2010, 2011). The validation results show that the foam device, when loaded with $CeO_2$ powder, was successfully achieved hydrogen production under field conditions. Through this experiment, we can analyze the characteristics of the catalyst and able to determine which is more advantageous thing to produce hydrogen compared with previous experiment that used ferrite-device.
The simulation analyses of a dish solar power system with stirling engine in this study are applied to system performance prediction if four different test sites; Seoul, Pusan and Cheju in Korea, and Naha in Japan. The effects of difference of concentrator type such as monolithic and stretched-membrane construction on system efficiency are also evaluated. The total amount of generated power for a year depends on the site. However the total maximum system efficiency in every site is approximately 16% and there isnt striking difference. It is also found that the maximum collector efficiency of stretched-membrane concentrator is about 3∼15% lower than that of the monolithic type.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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