The thermal performance for test system with evacuated tubular solar collector is experimentally investigated to obtain the basis data for developing new type solar collector. For this purpose, the test system was designed using CATIA and then after being manufactured, the system was tested using evacuated tubular solar collector. Numerical analysis, furthermore, was performed using ANSYS Fluent V.13 for glass evacuated tubular solar collector. The results showed that as setting temperature difference(${\Delta}T$) of system was increased, total operating(working) time was almost same in all cases, even though operating count was decreased. The results of numerical analysis showed that as temperature of solar absorber in glass evacuated tubular solar collector was high, the drop-rate of temperature of center part was increased.
Two different types of solar collector for farm dryer- the flatplate type and the modified tubular type-were constructed and analyzed on their performances. The transparent plastic film, black painted galvanized iron sheet and black vinyl film were used for the cover and absorber of the flat-plate types. The simplified tubular type was constructed with transparent films for the cover and black vinyl films for the absorber Two elliptical iron rings were used to form a tubular shape through which air could pass. No remarkable differences were found in thermal efficiences between the absorbers made with galvanized iron sheet and black vinyl film. The average thermal efficiencies of the solar collectors were 42.8%(max.48.2%, min.38.2%) for flat plate type and 22.971 (max. 25.4%, min. 14.8%)) for tubular one. The empirical equations were proved to be applicable to the prediction of temperature elevation. The tubular solar heat collector was successfully applied to red peppers drying as a practical farm dryer. The drying rate was almost doubled compared to a conventional sun drying.
Polycrystalline CdTe thin films for solar cell continues to be a promising material for the development of cost effective and reliable photovoltaic processes. The two key advantages of this material are its high optical absorption coefficient and its near ideal band gap for photovoltaic conversion efficiency of 1.4-1.5 eV. In this study we made the CdTe thin films for solar cell application which was deposited on the glass substrates using a modified chemical spray method at low temperature. This process does not require the sophisticated and expensive vacuum systems. The prepared CdTe films were characterized with the aid of scanning electron microscope (SEM), UV-visible spectrophotometer, and X-ray diffraction spectrometer (XRD). Following are results of a study on the "Human Resource Development Center for Economic Region Leading Industry" Project, supported by the Ministry of Education, Science & Tehnology(MEST) and the National Research Foundation of Korea(NRF).
Kim, Yoon Jin;Kim, In Young;Gang, Myeng Gil;Moon, Jong Ha;Kim, Jin Hyeok
Current Photovoltaic Research
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v.4
no.1
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pp.16-20
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2016
$Cu_2ZnSnS_4$ (CZTS) thin films were fabricated by successive electrodeposition of layers of precursor elements followed by sulfurization of an electrodeposited Cu-Zn-Sn precursor. In order to improve quality of the CZTS films, we tried to optimize the deposition condition of absorber layers. In particular, I have conducted optimization experiments by changing the Cu-layer deposition time. The CZTS absorber layers were synthesized by different Cu-layer conditions ranging from 10 to 16 minutes. The sulfurization of Cu/Sn/Zn stacked metallic precursor thin films has been conducted in a graphite box using rapid thermal annealing (RTA). The structural, morphological, compositional, and optical properties of CZTS thin films were investigated using X-ray diffraction (XRD), Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Raman spectroscopy, and X-ray Flourescenece Spectrometry (XRF). Especially, the CZTS TFSCs exhibits the best power conversion efficiency of 4.62% with $V_{oc}$ of 570 mV, $J_{sc}$ of $18.15mA/cm^2$ and FF of 45%. As the time of deposition of the Cu-layer to increasing, the properties were confirmed to be systematically changed. And we have been discussed in detail below.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.27
no.12
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pp.820-824
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2014
TiNOx multi-layer thin films on aluminum substrates were prepared by DC reactive magnetron sputtering method. 4 multi-layers of $TiO_2$/TiNOx(LMVF)/TiNOx(HMVF)/Ti/substrate have been prepared with ratio of Ar and ($N_2+O_2$) gas mixture. $TiO_2$ of top layer is anti-reflection layer on double TiNOx(LMVF)/TiNOx(HMVF) layers and Ti metal of infrared reflection layer. In this study, the crystallinity and surface properties of TiNOx thin films were estimated by X-ray diffraction(XRD) and field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), respectively. The grain size of TiNOx thin films shows to increase with increasing sputtering power. The composition of thin films has been investigated using electron probe microanalysis(EPMA). The optical properties with wavelength spectrum were recorded by UV-Vis-NIR spectrophotometry at a range of 200~1,500 nm. The TiNOx multi-layer films show the excellent optical performance beyond 9% of reflectance in those ranges wavelength.
We analyzed the interface characteristics of Zn-based thin-film buffer layers formed by a sulfur thermal cracker on a $Cu(In,Ga)Se_2$ (CIGS) light-absorber layer. The analyzed Zn-based thin-film buffer layers are processed by a proposed method comprising two processes - Zn-sputtering and cracker-sulfurization. The processed buffer layers are then suitable to be used in the fabrication of highly efficient CIGS solar cells. Among the various Zn-based film thicknesses, an 8 nm-thick Zn-based film shows the highest power conversion efficiency for a solar cell. The band alignment of the buffer/CIGS was investigated by measuring the band-gap energies and valence band levels across the depth direction. The conduction band difference between the near surface and interface in the buffer layer enables an efficient electron transport across the junction. We found the origin of the energy band structure by observing the chemical states. The fabricated buffer/CIGS layers have a structurally and chemically distinct interface with little elemental inter-diffusion.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.11
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pp.907-914
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2014
The objective of this study was to increase the generating efficiency of concentrated photovoltaics (CPV) by using hybrid solar tracking. Further, the proposed system was demonstrated to have the ability to extract thermal energy from a concentrated photovoltaic system by using thermal absorbers containing heat pipe, which could then be used for a heating system or hot-water supply. The average electrical efficiency was 16 during the day, and the average thermal efficiency was 62. Therefore, this system demonstrated a total efficiency (electrical thermal) of 78. All the processes, i.e., tracking of the sun, calculation of the sun's position, reinstatement of the heating device toward the east for tracking on the next day, and system shutdown, were programmed using Simulink. A parametric analysis of the heat pipe, concentration ratio, and inlet velocity was also performed in terms of the operating temperature of the CPV and the outlet temperature. The simulation and experimental results for the thermal absorber were found to be in good agreement.
Park, Ju Young;Hong, Chang Woo;Moon, Jong Ha;Gwak, Ji Hye;Kim, Jin Hyeok
Current Photovoltaic Research
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v.3
no.3
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pp.75-79
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2015
Recently, $Cu_2ZnSn(S_xSe_{1-x})_4$ (CZTSSe) has been received a tremendous attraction as light absorber material in thin film solar cells (TFSCs), because of its earth abundance, inexpensive and non-toxic constituents and versatile material characteristics. Kesterite CZTSSe thin films were synthesized by sulfo-selenization of sputtered Cu/Sn/Zn stacked metallic precursors. The sulfo-selenization of Cu/Sn/Zn stacked metallic precursor thin films has been carried out in a graphite box using rapid thermal annealing (RTA) technique. Annealing process was done under sulfur and selenium vapor pressure using Ar gas at $520^{\circ}C$ for 10 min. The effect of tuning Se/(S+Se) precursor composition ratio on the properties of CZTSSe films has been investigated. The XRD, Raman, FE-SEM and XRF results indicate that the properties of sulfo-selenized CZTSSe thin films strongly depends on the Se/(S+Se) composition ratio. In particular, the CZTSSe TFSCs with Se/(S+Se) = 0.37 exhibits the best power conversion efficiency of 4.83% with $V_{oc}$ of 467 mV, $J_{sc}$ of $18.962mA/cm^2$ and FF of 54%. The systematic changes observed with increasing Se/(S+Se) ratio have been discussed in detail.
Purpose: The objective of this study is to evaluate the performance of the conical solar concentrator (CSC) system, whose design is focused on increasing its collecting efficiency by determining the optimal conical angle through a theoretical study. Methods: The design and thermal performance analysis of a solar concentrator system based on a $45^{\circ}$ conical concentrator were conducted utilizing different mass flow rates. For an accurate comparison of these flow rates, three equivalent systems were tested under the same operating conditions, such as the incident direct solar radiation, and ambient and inlet temperatures. In order to minimize heat loss, the optimal double tube absorber length was selected by considering the law of reflection. A series of experiments utilizing water as operating fluid and two-axis solar tracking systems were performed under a clear or cloudless sky. Results: The analysis results of the CSC system according to varying mass flow rates showed that the collecting efficiency tended to increase as the flow rate increased. However, the collecting efficiency decreased as the flow rate increased beyond the optimal value. In order to optimize the collecting efficiency, the conical angle, which is a design factor of CSC, was selected to be $45^{\circ}$ because its use theoretically yielded a low heat loss. The collecting efficiency was observed to be lowest at 0.03 kg/s and highest at 0.06 kg/s. All efficiencies were reduced over time because of variations in ambient and inlet temperatures throughout the day. The maximum efficiency calculated at an optimum flow rate of 0.06 kg/s was 85%, which is higher than those of the other flow rates. Conclusions: It was reasonable to set the conical angle and mass flow rate to achieve the maximum CSC system efficiency in this study at $45^{\circ}$ and 0.06 kg/s, respectively.
Root zone cooling, such as soil or nutrient solution cooling, is less expensive than air cooling in the whole greenhouse and is effective in promoting root activity, improving water absorption rate, decreasing plant temperature, and reducing high temperature stress. The heat transfer of a soil cooling system in a plastic greenhouse was analyzed to estimate cooling loads. The thermal conductivity of soil, calculated by measured heat fluxes in the soil, showed the positive correlation with the soil water content. It ranged from 0.83 to 0.96 W.m$^{[-10]}$ .$^{\circ}C$$^{[-10]}$ at 19 to 36% of soil water contents. As the indoor solar radiation increased, the temperature difference between soil surface and indoor air linearly increased. At 300 to 800 W.m$^{-2}$ of indoor solar radiations, the soil surface temperature rose from 3.5 to 7.$0^{\circ}C$ in bare ground and 1.0 to 2.5$^{\circ}C$ under the canopy. Cooling loads in the root zone soil were estimated with solar radiation, soil water content, and temperature difference between air and soil. At 300 to 600 W.m$^{-2}$ of indoor solar radiations and 20 to 40% of soil water contents,46 to 59 W.m$^{-2}$ of soil cooling loads are required to maintain the temperature difference of 1$0^{\circ}C$ between indoor air and root zone soil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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