Kim, Min-Hwi;Lim, Hee-Won;Shin, U-Cheul;Kim, Hyo-Jung;Kim, Hyun-Ki;Kim, Jong-Kyu
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.38
no.2
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pp.55-66
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2018
South Korea aims to shift the 20 percent of electricity supplement from the fossil fuel including the nuclear to renewable energy systems by 2030. In order to realize this agenda in the buildings, the plus energy house is necessary to increase the renewable energy supplement beyond the zero energy house. This paper suggested KePSH (KIER Energy-Plus Solar House) and energy performance of house and renewable energy systems was investigated. The KePSH has the target of generating 40% surplus energy than the conventional house energy consumption. The plus energy house is the house that generates surplus energy from the renewable energy sources than that consumes. In order to minimize the cooling and heating load of the house, the shape design and passive parameters design were conducted. Based on the experimental data of the plug load in the typical house, the total energy consumption of the house was estimated. This paper also suggested renewable energy sources integrated HVAC system using air-source heat pump system. Two cases of renewable energy system integration methods were suggested, and energy performance of the cases was investigated using TRNSYS 17 program. The results showed that the BIPV (building integrated photovoltaic) system (i.e., CASE 1) and BIPV and BIST system (i.e., CASE 2) shows 42% and 29% of plus energy rate, respectivey. Also, CASE 1 can generate 59% more surplus energy compared with the CASE 2 under the same installation area.
Recently, finishing materials at spandrel area, a part of curtain-wall system, are gradually forced to improve thermal insulation performance in order to enhance the building energy efficiency. Also, Building Integrated Photovoltaics(BIPV) systems have been installed in the exterior side of the spandrel area, which is generally composed of windows. Those BIPVs aim to achieve high building energy efficiency and supply the electricity to building. However, if transparent BIPV module is combined with high insulated spandrel, it would reduce the PV efficiency for two major reasons. First, temperature in the air space, located between window layer and finishing layer of the spandrel area, can significantly increase by solar heat gain, because the space has a few air density relative to other spaces in building. Secondly, PV has a characteristics of decreased Voltage(Voc and Vmp) with the increased temperature on the PV cell. For these reasons, this research analyzed a direct interrelation between PV Cell temperature and electricity generation performance under different insulation conditions in the spandrel area. The different insulation conditions under consideration are 1) high insulated spandrel(HIS) 2) low insulated spandrel(LIS) 3) PV stand alone on the ground(SAG). As a result, in case of 1) HIS, PV temperature was increased and thus electricity generation efficiency was decreased more than other cases. To be specific, each cases' maximum temperature indicated that 1) HIS is $83.8^{\circ}C$, 2) LIS is $74.2^{\circ}C$, and 3) SAG is $66.3^{\circ}C$. Also, each cases yield electricity generation like that 1) HIS is 913.3kWh/kWp, 2) LIS is 942.8kWh/kWp, and 3) SAG is 981.3kWh/kWp. These result showed that it is needed for us to seek to the way how the PV Cell temperature would be decreased.
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.
This paper proposes a cooling system using thermoelectric elements for improving the output of building integrated photovoltaic (BIPV) modules. The temperature characteristics that improve the output of a BIPV system have rarely been studied up to now but some researchers have proposed a method using a ventilator. The efficiency of a ventilator depends mainly on the weather such as wind, irradiation etc. Because this cooling system is so sensitive to the velocity of the wind, it is unable to operate in the nominal operating cell temperature (NOCT) or the standard test condition (STC) which allow it to generate the maximum output. This paper proposes a cooling system using thermoelectric elements to solve such problems. The temperature control of thermoelectric elements can be controlled independently in an outdoor environment because it is performed by a micro-controller. In addition, it can be operated around the NOCT or the STC through an algorithm for temperature control. Therefore, the output of the system is increased and the efficiency is raised. This paper proves the validity of the proposed method by comparing the data obtained through experiments on the cooling systems of BIPV modules using a ventilator and thermoelectric elements.
An, Young-Sub;Kim, Sung-Tae;Lee, Sung-Jin;Song, Jong-Hwa;Hwang, Sang-Kun;Yoon, Jong-Ho
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.30
no.4
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pp.29-35
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2010
This study has been carried out empirical research on Transparent Thin-film BIPV modules, BIPV modules installed on the exterior of the building are applied a laminated module 1kWp, double-glazing module 3kWp and triple-glazing module 1kWp. Applied to the total capacity of BIPV modules are 5kWp. In this study, design and construction process of BIPV systems is presented. In addition, through monitoring of the BIPV system, the temperature and the power characteristics of each module were analyzed. During the measurement period, the module temperature measurement results, the maximum surface temperature of $51.5^{\circ}C$ triple-glazing BIPV module showed the highest, followed by double-glazing BIPV module $49.1^{\circ}C$, $44.7^{\circ}C$ laminated modules, respectively. Power output results, the daily average double-layer modules showed 4.10kWh/day, triple-glazing module 1.57kWh, respectively 1.81kWh laminated modules. In particular, the power efficiency of triple-glazing BIPV module was lower than the power efficiency of the laminated BIPV module. This phenomenon is considered to be affected by the module temperature. In the future, BIPV modules in this study the relationship between module temperature and power characteristics plans to identify.
Bang, Ki Su;Jeong, So Un;Lim, Jung Wook;Lee, Seung-Yun
Journal of the Korean Vacuum Society
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v.22
no.1
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pp.13-19
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2013
It is expected that progress in building-integrated photovoltaic (BIPV) systems, improving the functionality and design of buildings, will be accelerated in the coming years. While the dye sensitized solar cell is considered one of the most important technologies in the BIPV field, the transparent silicon based thin film solar cell fabricated by thin film processes has drawn attention as a novel alternative. When the selective transmitting layer is applied to the solar cell, the conversion efficiency is improved due to the re-reflection of infrared light into an absorber layer with the transmission of visible light through the solar cell. In this work, we prepared Al-Ti based oxide thin films using cost-effective sputter deposition and examined their selective transmitting characteristics with various compositions. The transmittance and reflectance of the Al-Ti based oxide thin film changed with the variation of its composition, and the selective transmitting property was observed in the sample with the 25 nm-thick AlTiO layer. It is considered that the realization of transparent solar cells and the improvement of their conversion efficiency can be achieved by introducing the Al-Ti based selective transmitting layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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