This study analyzed by simulation using TRNSYS as well as by experiment on the solar district heating system installed for the first time for the district heating system in Bundang. Simulation analysis using TRNSYS focused on the thermal behavior and long-term thermal efficiency of solar system. Experiment carried out for the reliability of simulation system. This solar system where the circuits of two different collectors, flat plate and vacuum tube collector, are connected in series by a collector heat exchanger, and the collection characteristics of each circuit varies. Therefore, these differences must be considered for the system's control. This system uses variable flow rate control in order to obtain always setting temperature of hot water by solar system. Specifically, this is a system that heats returning district heating water (DHW) at approximately $60^{\circ}C$ using a solar collector without a storage tank, up to the setting temperature of approximately $85{\sim}95^{\circ}C$ To realize this, a flat plate collector and a vacuum tube collector are used as separate collector loops. The first heating is performed by a flat plate collector loop and the second by a vacuum tube collector loop. In a gross collector area basis, the mean system efficiency, for 4 years, of a flat plate collector is 33.4% and a vacuum tube collector is 41.2%. The yearly total collection energy is 2,342GJ and really collection energy per unit area ($m^2$) is 1.92GJ and 2.37GJ respectively for the flat plate vacuum tube collector. This result is very important on the share of each collector area in this type of solar district heating system.
The amount of incident solar rays on inclined surfaces with various directions has been widely utilized as important data in installing solar collector, hot water system, and designing solar buildings and house. This is because the performance of the solar energy applied systems is much affected by angle and direction of incident rays. Recognizing those factors mentioned above are of importance, actual experiment has been performed in this research to obtain the angle of inclination with which the maximum incident rays can be absorbed. The results obtained in this research could be used in designing optimal solar thermal systems.
Kim, Chang-Hee;Jeon, Dong-Hwan;Kong, San-Gun;Kim, Jong-Su
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05b
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pp.2148-2153
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2007
The electricity conversion-efficiency of solar cell for commercial application is about 6-15%. More than 85% of the incoming solar energy is either reflected or absorbed as heat energy. Consequently, the working temperature of the photovoltaic cells increases considerably after prolonged operations and the cell's efficiency drops significantly. PV/T refers to the integration of a PV module and a solar thermal collector in a single piece of equipment. By cooling the PV module with a fluid steam like air or water, the electricity yield can be improved. At the same time, the heat pick-up by the fluid can be to support space heating or service hot-water systems. In this study, a pulsating heat pipe solar heat collector was combined with single-crystal silicon photovoltaic cell in hybrid energy-generating unit that simultaneously produced low temperature heat and heat and electricity. This experiment was investigating thermal and electrical efficiency for evaluation of a PV/T system.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.24
no.4_2
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pp.467-474
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2021
The renewable energy is known as eco-friendly energy to reduce the use of fossil fuel and decrease the environmental pollution due to exhaust gas. Targets of solar collector in domestic are usually acquisitions of hot water and hot air. System of air-heating collector is one of the technologies for obtaining hot air in cases of especially heating room and drying agricultural product. The purpose of this study is to investigate the characteristics of thermal flow such as relative pressure, velocity, outlet temperature and buoyancy effect in air-heating collector using solar heat. The flow field of air-heating collector was simulated using ANSYS-CFX program and the behaviour of hot air was evaluated with SST turbulence model. As the results, The streamline in air-heating collector showed several circular shapes in case of condition of buoyancy. Temperature difference in cross section of outlet of air-heating collector did not almost show in cases of buoyancy and small inlet velocity. Furthermore merit of air-heating collector was not observed in cases of inlet velocities. Even though it was useful to select condition of buoyancy for obtaining high temperature, however, it was confirmed that the trade off between high temperature of room and rapid injection of hot air to room could be needed through this numerical analysis.
Hybrid PV/Thermal systems consisting of photovoltaic module and thermal collector can produce the electricity and thermal energy. The solar radiation increases the temperature of PV modules, resulting in the decrease of their electrical efficiency. Accordingly hot air can be extracted from the space between the PV panel and roof, so the efficiency of the PV module increases. The extracted thermal energy can be used in several ways, increasing the total energy output of the system. This study describes a basic type of PV/T collector using water. In order to analyze the performance of the collector, the experiment was conducted. The result showed that the thermal efficiency was 17% average and the electrical efficiency of the PV module was about $10.2%{\sim}11.5%$, both depending on solar radiation, inlet water temperature and ambient temperature.
The hot water producer by the combination of the solar thermal energy and freon gas compression heat has been developed. Freon R-12 gas was circulated through the system including the solar absorption panel, which has no glassing and no insulation, and the frozen and burst problems were intrinsically eliminated. The manufacturing and running costs may go further down than the regular solar hot water systems.
Solar energy is one of the important renewable energy resources. It can be used for air heating, hot water supply, heat source of desiccant cooling system and so on. And many researches for enhancing efficiency have been conducted because of these various uses of solar thermal energy. This study was performed to investigate the air heating performance of hybrid solar air-water heater that can heat air and liquid respectively or simultaneously and finding method for improving thermal performance of this collector. This collector has both liquid pipe and air channel different with the traditional solar water and air heater. Fins were installed in the air channel for enhancing the air heating performance of collector. Also air inlet & outlet temperature, ambient temperature and solar collector's inner part temperature were confirmed with different air velocity on similar solar irradiance. As a result, temperature of heated air was shown about $43^{\circ}C$ to $60^{\circ}C$ on the $30^{\circ}C$ of ambient temperature and thermal efficiency of solar collector was shown 28% to 73% with respect to air velocity. Also, possibility of improvement of thermal performance of this collector could be ascertained from the heat transfer coefficient calculated from this experiment. Thus, it is considered that the research for finding optimal structure of hybrid solar air-water heater for enhancing thermal performance might be needed to conduct as further study based on the method for improving air heating performance confirmed in this study.
Baek, Seung Man;Zhong, Yiming;Nam, Jin Hyun;Chung, Jae Dong;Hong, Hiki
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.4
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pp.331-341
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2013
In a solar domestic hot water (SDHW) system, solar energy is collected using collector panels, transferred to a circulating heat transfer fluid (brine), and eventually stored in a thermal storage tank (TST) as hot water. In this study, a computational fluid dynamics (CFD) model was developed to predict the solar thermal energy storage in a hybrid-type TST equipped with a helical jacket heater (mantle heat exchanger) and an immersed spiral coil heater. The helical jacket heater, which is the brine flow path attached to the side wall of a TST, has advantages including simple system design, low brine flow rate, and enhanced thermal stratification. In addition, the spiral coil heater further enhances the thermal performance and thermal stratification of the TST. The developed model was validated by the good agreement between the CFD results and the experimental results performed with the hybrid-type TST in SDHW settings.
The benefits of thermal stratification in sensible heat storage were investigated for residential solar applications. The effect of increased thermal useful efficiency of hot water stored in an actual storage tank due to stratification has been discussed and illustrated through experimental data and computer simulation, which were taken by changing dynamic and geometric parameters. When the flow rate was 8 liter/min and ${\Delta}T=40^{\circ}C$ was $40^{\circ}C$, the useful efficiency(${\eta}_u$) was about 90% in case of using a distributor, but not using a distributor the useful efficiency(${\eta}_u$) was about 82%. So these kinds of distributor would be recommendable for a hot water storage system and residential solar energy application to increase useful efficiency(${\eta}_u$). In the case of the uniform circular distributor, when the flow rate was 8 liter/min partial mixing was decreased and a stable stratification was obtained. Furthermore, if the distrbutor was manufactured so that the flow is to be the same from all perforations in order to enhance stratification, it might be predicted that further stable stratification and higher useful efficiency(${\eta}_u$) are obtainable.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.16
no.2
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pp.128-134
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2004
In order to verify and take measures against a variety of troubles which cannot be predicted in a well-controlled laboratory, it is necessary that solar system should be experimented in an actual situation during a long period. Through this experiment it can be also understood how the load pattern and operational conditions expected in a design process become different to those in the actual running, which can be applied to a new system design. We installed 6 kW solar hot water heating system with a shower facility and operated during 7 months. As a result, average 8.3 persons took a shower a day; solar fraction is 71% and total collector efficiency is 40% during the periods from March to September. We confirmed several troubles encountered in the actual situation and considered practical center-measures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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