Electricity and Heat Generation from Photovoltaic/Thermal Module and Its Applications

Authors

  • Tanongkiat Kiatsiriroat Research Group for Renewable Energy, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Thermal System Research Unit, Science and Technology Research Institute, Chiang Mai University
  • Wassana Kamopas Thermal System Research Unit, Science and Technology Research Institute, Research Group for Renewable Energy, Faculty of Engineering, Chiang Mai University
  • Attakorn Asanakham Research Group for Renewable Energy, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Thermal System Research Unit, Science and Technology Research Institute, Chiang Mai University
  • Thoranis Deethayat

Keywords:

Electricity and heat generation, Photovoltaic/thermal module, Performance enhancement, Applications

Abstract

This paper presented a concept on electrical power and heat rate generation of photovoltaic/thermal (PV/T) module. A set of equations for calculating the module temperature, the generated electrical power and the total first law and second law efficiencies was also given. Moreover, some techniques on the unit performance enhancement were described such as installing fins and adjusting flow direction in case of air flow or attachment of water evaporating surface at the back of the PV module in case of floating PV module to reduce the module temperature by water evaporation, and coupling with heat pump to extract heat from the module for generating electricity, coolness and upgraded thermal energy, etc. The PV/T could be utilized in many applications those needed simultaneous electrical power and heat rate. The unit could be integrated as a part of building to generate electricity and warm air for building heating or drying of agricultural produce in greenhouse. With heat pump, the unit could generate hot water for residential use or high temperature hot water used in hotels, hospitals and industrial sectors in case of cascade heat pump and normally cool water is generated for cooling application thus the overall performance is very high and high potential on reduction of conventional could be obtained.

Downloads

Download data is not yet available.

References

ธนณัฎฐ์ ลังกาดี และ อรรถกร อาสนคำ, “การประเมินสมรรถนะโมดูลเซลส์แสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนหลังคาในกรณีที่มีและไม่มีการระบายความร้อนด้วยอากาศ,” วารสารคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, ปีที่ 23, ฉบับที่ 3, หน้า 130-141, 2559.

L. S. Pantic, T. M. Pavlovic, D. D. Milosavljevic, I. D. Radonjic, M. K. Radovic, and G. Sazhko, “The assessment of different models to predict solar module temperature,” output power and efficiency of Nis.,” Energy, vol. 109, pp. 38-48, 2016.

K. G. Teo, P. S. Lee, and M. N. A. Hawlader, “An active cooling system for photovoltaic modules,” Applied Energy, vol. 90, pp. 309-315, 2012.

E. Wilson, “Theoretical and operational thermal performance of a wet crystalline silicon PV module under Jamaican conditions,” Renewable Energy, vol. 34, pp. 1655-1660, 2009.

M. Abdolzadeh and M. Ameri, “Improving the effectiveness of a photovoltaic water pumping system by spraying water over the front of photovoltaic cells,”Renewable Energy. Vol. 34, no.1, pp. 91-96, 2009.

อนุรัตน์ เทวตา และ ยุธนา ศรีอุดม, “การศึกษาเชิงทดลองการเพิ่มประสิทธิภาพแผงเซลล์แสงอาทิตย์โดยใช้ท่อความร้อนแบบแบน,” วารสารวิชาการและวิจัย มทร. พระนคร, ปีที่ 12, ฉบับที่ 2, หน้า 83-94, 2561.

V. Sun, A. Asanakham, T. Deethayat, and T. Kiatsiriroat, “Study on phase change material and its appropriate thickness for controlling solar cell module temperature,” International Journal of Ambient Energy, vol.41, no.1, pp. 64-73, 2020.

V. Sun, A. Asanakham, T. Deethayat, and T. Kiatsiriroat, “Increase of power generation from solar cell module by controlling its module temperature with phase change material,” Journal of Mechanical Science and Technology, vol.34, no.6, pp. 2609-2618, 2020.

J. Wajs, A. Colabek, R. Bochniak, and D. Mikielewicz, “Air-cooled photovoltaic roof tile as an example of the BIPVT system- An experimental study on the energy and exergy performance,” Energy, 2020; 197, 117255. 2020.

A. Ibrahim, A. Fudholi, K. Sopian, M. Y. Othma, and M. H. Ruslan, “Efficiencies and improvement potential of building integrated photovoltaic thermal (BIPVT) system,”Energy Conversion and Management, vol. 77, pp. 527-534, 2014.

อรรถกร อาสนคำ, วิศวกรรมพลังงานแสงอาทิตย์. เชียงใหม่: มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, 2563.

J. K. Tonui and Y. Tripanagnostopoulos, “Air-cooled PV/T solar collectors with low cost performance improvements,” Solar energy, vol. 81, pp. 498-511, 2007.

E. M. A. Alfegi, K. Sopian, M. Y. H. Othman, and B. B. Yatim, “The effect of flow rates on the performance of finned single pass, double duct photovoltaic thermal solar air heaters,” European Journal of Scientific Research, vol. 25, pp. 339-344, 2009.

Y. Othman, B. Yatim, K. Sopian, and M. N. A. Bakar, “Double-pass photovoltaic-thermal solar air collector with compound parabolic concentrator and fins,” Journal of Energy Engineering, vol. 132, pp. 116-120, 2006.

ธรณิศวร์ ดีทายาท, อรรถกร อาสนคำ, และ ทนงเกียรติ เกียรติศิริโรจน์, “ศักยภาพในการผลิตไฟฟ้าจากโมดูลโฟโตวอล เตอิกลอยน้ำที่มีผิวระเหยน้ำและการประเมินอัตราการระเหยน้ำ,” ในการประชุมวิชาการการถ่ายเทพลังงานความร้อนและมวลในอุปกรณ์ด้านความร้อนและกระบวนการ ครั้งที่ 20, ประเทศไทย, 2564, หน้า 296-299.

Z. Xu, L. Zhang, L. Zhao, B. Li, B. Bhatia, C. Wang, K. L. Wilke, Y. Song, O. Labban, J. H. Lienhard, R. Wang, and E. N. Wang, “Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar still,” Energy & Environmental Science, vol. 13, pp. 830-839, 2020.

F. Gong, H. Li, W. Wang, J. Huang, D. Xia, J. Liao, M. Wu, and D. V. Papavassiliou, “Scalable eco-friendly and ultrafast solar steam generators based on one-step melamine-derived carbon sponges toward water purification,” Nano Energy, vol. 58, pp. 322-330, 2019.

ศรีธร อุปคำ และ ทนงเกียรติ เกียรติศิริโรจน์, “การวิเคราะห์สมรรถนะระบบทำน้ำร้อนแสงอาทิตย์ร่วมกับปั๊มความร้อนสำหรับอาคารที่อยู่อาศัย,” วารสารวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, ปีที่ 9, ฉบับที่ 1, หน้า 50-56, 2544.

สรรพวรรธ วิทยาศัย, ทนงเกียรติ เกียรติศิริโรจน์, และ จิรวรรณ เตียรถ์สุวรรณ, “การกำหนดขนาดระบบผลิตน้ำร้อนแสงอาทิตย์ที่มีปั๊มความร้อนเสริม : กรณีภาระความร้อนคงที่,” วารสารวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, ปีที่ 9,ฉบับที่ 3, หน้า 86–103, 2544.

M. Obalanlege, Y. Mahmoudi, R. Douglas, E. Ebrahimnia-Bajestan, J. Davidson, and D. Bailie, “Performance assessment of a hybrid photovoltaic-thermal and heat pump system for solar heating and electricity,” Renewable energy, vol. 48, pp. 558-572, 2020.

ชูศักดิ์ ชาญเสนะ, เศรษฐ์ สัมภัตตะกุล, ทนงเกียรติ เกียรติศิริโรจน์, และ อติพงศ์ นันทพันธุ์, “การศึกษาสมรรถนะการผลิตน้ำร้อนแบบปั๊มความร้อนแสงอาทิตย์ที่มีหลังคาลอนโลหะเป็นตัวเก็บรังสี,” วารสารวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, ปีที่ 13, ฉบับที่ 2, หน้า 48-56, 2549.

วิวัฒน์ มูลอ้าย และ ทนงเกียรติ เกียรติศิริโรจน์, “ศักยภาพการผลิตน้ำร้อนในโรงพยาบาล ด้วยปั๊มความร้อนเสริมแสงอาทิตย์ที่ใช้ตัวเก็บรังสีแบบโพลีพรอพิลีน” วารสารวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, ปีที่ 16, ฉบับที่ 3, หน้า23-33, 2562.

V. Sun, A. Asanakham, T. Deethayat, and T. Kiatsiriroat, “A new method for evaluating nominal operating cell temperature (NOCT) of unglazed photovoltaic thermal module,” Energy reports, vol. 6, pp. 1029-1042, 2020.

V. Sun, A. Asanakham, T. Deethayat, and T. Kiatsiriroat, “Evaluation of nominal operating cell temperature (NOCT) of glazed photovoltaic thermal module,” Case Studies of Thermal Engineering, vol. 28, 101361, 2021.

J. A. Duffie and W. A. Beckman, “Solar Engineering of Thermal Processes,” New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2013.

A. K. Athienitis, J. Bambara, B. O’neill, and J. Faille, “A Prototype photovoltaic/thermal system integrated with transpired collector,” Solar Energy, vol. 85, pp. 139-153, 2011.

A. Riaz, R. Liang, C. Zhou, and J. Zhang, “A review on the application of photovoltaic thermal systems for building façades,” Building Service Engineering Research & Technology, vol. 41, no.1, pp. 86-107, 2020.

G. y. Yun, M. McEvoy, and K. Steemers, “Design and overall energy performance of a ventilated photovoltaic façade,” Solar Energy, vol. 81, pp. 383-394, 2007.

G. N. Tiwari and A. Gaur, “Photovoltaic thermal (PVT) systems and its applications,” in The 2nd International Conference on Green Energy and Technology, Dhaka, Bangladesh, 2014.

S. Tiwari, S. Agrawal, and G. N. Tiwari, “PVT air collector integrated greenhouse dryers,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 90, pp. 142-159, 2018.

R. Kong, T. Deethayat, A. Asanakham, and T. Kiatsiriroat, “Performance and economic evaluation of a photovoltaic/thermal (PV/T)-cascade heat pump for combined cooling, heat and power in tropical climate area,” Journal of Energy Storage, vol. 30, 101507, 2020.

Published

2021-12-31

Issue

Section

Research Articles