Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.8
no.1
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pp.1-9
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1984
In the utilization of solar energy most often a flat solar collector is used for solar heating, system. Since solar energy is absorbed through this solar collector, it is considered to be a most important part in the whole solar heating system. The purpose of the present investigation is to evaluate the influence of varying design parameters for thermal performances of flat-plate solar collector. By analysing these parameters, optimum design of solar collector would become possible. Specification of the existing solar collector are utilized in calculation as a starting point. Analysis is carried out numerically for "Unit Solar Collector" which is composed of fin and tube. Among design parameters. such parameters as mass flow rate per unit area, tube spacing and fin thickness are selected as variables in the computer simulation model. Results are presented for thermal performances of flat-plate solar collector for each important design parameters, so that predictions become possible through numerical analysis without performing experiments whenever it is required. required.
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.
It is desirable to collect the solar thermal energy at relatively high temperature in order to minimize the size of thermal storage system and to enlarge the scope of solar thermal energy utilization. So far the concentrating solar collector has been developed to collect solar thermal energy at relatively high temperature, but it has some difficulties in maintaining the volumetric body of solar collector for long term utilization. On the other hand, the flat-plate solar collector has been developed to collect the solar thermal energy at low temperature, and it has advantages in maintaining the system for long term utilization, since it's thickness is thin and not volumetric. In this study, to develop a solar collector that has both advantages of collecting solar thermal energy at high temperature and fixing conveniently the collector system for long term period, a cylindrical parabolic concentrating solar collector was designed, which has two rows of parabolic reflectors and thin thickness such as the flat-plate solar collector, maintaining the optical form of concentrating solar collector. The characteristics of the concentrating parabolic solar collector newly designed was analysed and the results are summarized as follows; 1. The temperature of the air enclosed in solar collector was all the same as $50^{\circ}C$ in both cases of the open and closed loop, and when the heat transfer fluid was not circulated in tubular absorber, the maximum surface temperature of the absorber was $118-120^{\circ}C$, this results suggested that the heat transfer fluid could be heated up to $118^{\circ}C$. 2. In case of longitudinal installation of the solar collector, the temperature difference of heat transfer fluid between inlet and outlet was $4^{\circ}-6^{\circ}C$ at the flow rate of $110-130{\ell}/hr$, and the collected solar energy per unit area of collector was $300-465W/m^2$. 3. The collected solar energy per unit area for 7 hours was 1960 Kcal/$m^2$ for the open loop and 220 Kcal/$m^2$ for the closed loop. Therefore it is necessary to combine the open and closed loop of solar collectors to improve the thermal efficiency of solar collector. 4. The thermal efficiency of the solar collector (C.P.C.S.C.) was proportional to the density of solar radiation, indicating the maximum thermal efficiency ${\eta}_{max}=58%$ with longitudinal installation and ${\eta}_{max}=45%$ with lateral installation. 5. The thermal efficiency of the solar collector (C.P.C.S.C.) was increased in accordance with the increase of flow rate of heat transfer fluid, presenting the flow rate of $110{\ell}/hr$ was the value of turning point of the increasing rate of the collector efficiency, therefore the flow rate of $110{\ell}/hr$ was considered as optimum value for the test of the solar collector (C.P.C.S.C.) performance when the heat transfer fluid is a liquid. 6. In both cases of longitudinal and lateral installation of the solar collector (C.P.C.S.C.), the thermal efficiency was decreased linearly with an increase in the value of the term ($T_m-T_a$)/Ic and the increasing rate of the thermal efficiency was not effected by the installation method of solar collector.
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.
Aim of this study was to obtain the heating performance and the economic evaluation on solar heating system for greenhouse which area of floor was $90m^2$. For heating performance effective solar energy for the greenhouse was compared with overall heating loads including coefficient of heat transfer and conduction. And the economic evaluation solar heating system was evaluated by comparison its initial investiment costing with oil saving cost. Initial investiment costing included collector cost, storage cost, piping cost, control system cost and miscellaneous costs which included pumps, motors etc. The contents of this study included the survey of climate conditions for solar heating, long-term collector performance and optimum collector area of solar heating system in existing greenhouse. The results are follows: 1. Average horizontal radiation during winter was $2,434Kcal/m^2$ day which was the highest value in this country, so the climate conditions of Suwon was suitable for solar heating. 2. Resulting calculation of the optimum collector area was $30m^2$ and the solar energy accounted for 30% of the overall heating load. 3. The capacity of storage tank required 60 liter per unit area ($m^2$) of solar collector.
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.
This study has been carried out to study the thermal performance of an all-glass type solar collector tube when a heat transfer medium is used with a heat storage unit capable of preventing pressure build-up within the tube. The heat storage unit is devised such that it performs the dual function of relieving excessive pressure and storing solar thermal energy. Different types of heat storage medium are tested under heat-up phase of a collector tube. It is found that the proposed unit could be used quite effectively if one wishes to capitalize more aggressively in harnessing the solar energy.
It was compared with experimental data to verify TRNSYS Model of the thermosyphon hot water system and the various simulations were conducted to optimize the component parameters of the system. To obtain consistent simulation results the system model, which could accurately describ the thermal storage tank temperature stratification and the friction head for mass flow rate, was used. The optimization of collector parameters(collector aspect ratio, riser numbers per header unit length), thermal storage tank parameters(ratio of tank length to tank diameter, heat exchanger type), system parameters(ratio of tank volume to collector area) was simulated by TRNSYS program. The simulation results indicate that the system performance is more effected by collector aspect ratio and the ratio of tank volume to collector area than the othor parameters.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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