Simulation analysis of a photovoltaic-thermal energy generator for residential prosumers in Matlab/Simulink

• Autorzy: Bugała Artur , Arendacz Antoni , Bugała Dorota

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.03.26

Warianty tytułu

PL

Analiza symulacyjna fotowoltaiczno cieplnego generatora energii dla prosumentów mieszkaniowych w programie Matlab/Simulink

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper concerns the analysis of an integrated electricity and heat generator, which was carried out in the MATLAB/SIMULINK program, taking into account the variability of external parameters in the form of irradiance and ambient temperature. The hybrid collector has been connected to the hydraulic part of the water circuit, thus modeling its collection from the exchanger and supplying the medium to a water tank with a capacity of 250 l, which can be used by the user. A collector with an electric and thermal power of 300 W and 450 W has been modeled. The relationships between the currently generated electrical power, the temperature in the tank and the collector exchanger, taking into account the level of heat losses during the operation of the entire system, were presented. The values of electrical, thermal and total efficiency for different solar conditions are presented.

PL

Niniejsza praca dotyczy analizy funkcjonowania zintegrowanego generatora energii elektrycznej i cieplej, która została przeprowadzona w programie MATLAB/SIMULINK uwzględniając zmienność parametrów zewnętrznych w postaci irradiancji oraz temperatury otoczenia. Kolektor hybrydowy został połączony z hydrauliczną częścią obiegu wody, modelując w ten sposób jej odbiór z jego wymiennika i doprowadzenie do zasobnika wody o pojemności 250 l z możliwością wykorzystania przez użytkownika. W pracy wykorzystano kolektor o mocy elektrycznej i cieplnej odpowiednio 300 W i 450 W. Przedstawiono relacje występujące pomiędzy aktualnie generowaną mocą elektryczną, temperaturą w zbiorniku i wymienniku kolektora z uwzględnieniem poziomu strat ciepła w trakcie działania całego systemu. Zwrócono uwagę na osiągane wartości sprawności elektrycznej, cieplnej i całkowitej przy zmianie warunków słonecznych.

Słowa kluczowe

EN

hybrid PV/T collector; solar energy; energy cogeneration; thermal efficiency; solar cell

PL

hybrydowy kolektor PV/T; energia słoneczna; kogeneracja energii; sprawność termiczna; ogniwo fotowoltaiczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 3
• Strony: 142--148
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Bugała Artur

• Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, ul. Piotrowo 3a, 60-965 Poznań

• https://orcid.org/0000-0002-3321-4545

autor

Arendacz Antoni

• Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, ul. Piotrowo 3a, 60-965 Poznań

autor

Bugała Dorota

• Politechnika Poznańska, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej, ul. Piotrowo 3a, 60-965 Poznań

• https://orcid.org/0000-0002-2579-448X

Bibliografia

• [1] Czarnecki P., Ruta Ł., Znajdek K., Raj E., Lisik Z., Prototyp hybrydowego panelu fotowoltaicznego z płytą chłodzącą, Przegląd Elektrotechniczny, 98, 10 (2022), 267-270
• [2] Aste N., Pero C., Leonforte F., Thermal-electrical Optimization of the Configuration a Liquid PVT Collector, Energy Procedia, 30 (2012), 1-7, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.11.002
• [3] Fudholi A., Nur R., Abrar R., Rado Y., Desvina A., Ali M., Sopian K., Overview of Photovoltaic Thermal (PVT) Water Collector. International Journal of Power Electronics and Drive Systems, 9, 4 (2018), 1891-1898
• [4] Abdullah A.L., Misha S., Tamaldin N., Rosli M.A., Sachit F.A., A Review: Parameters Affecting the PVT Collector Performance on the Thermal, Electrical, and Overall Efficiency of PVT System, Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 60, 2 (2019), 191-232
• [5] Öner V., Yeşįlyurt M. K., Photovoltaic Thermal (PVT) Solar Panels, International Journal of New Technology and Research, 2, 12 (2016), 13-16
• [6] Abdullah A.L., Misha S., Tamaldin N., Rosli M.A., Sachit F.A., Photovoltaic Thermal/Solar (PVT) Collector (PVT) System Based on Fluid Absorber Design: A Review, Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 48, 2 (2018), 196-208
• [7] Riffat S., Cuce E., A review on hybrid photovoltaic/thermal collectors and systems, International Journal of Low-Carbon Technologies, 6, 3 (2011), 212-241, https://doi.org/10.1093/ijlct/ctr016
• [8] Fudholi A., Zohri M., Taslim I., Aliyah F., Koto A., Heat transfer and efficiency of dual channel PVT air collector: a review, International Journal of Power Electronics and Drive System, 10, 4 (2019), 2037-2045
• [9] Herez A., El Hage H., Lemenand T., Ramada M., Khaled M., Review on photovoltaic/thermal hybrid solar collectors: Classifications, applications and new systems, Solar Energy, 207 (2020), 1321-1347
• [10] Wang Q., Review: Developments of photovolatic/thermal (PVT) collectors, 5th International Conference on Advances in Energy, Environment and Chemical Science, 03025, 245 (2021), https://doi.org/10.1051/e3sconf/202124503025
• [11] Jastrzębska G., Ogniwa słoneczne. Budowa, technologia i zastosowanie, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności (WKiŁ), Warszawa 2013
• [12] Drabczyk K., Panek P., Silicon - based solar cells. Characteristics and production processes, Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences, Kraków 2012
• [13] Zarzycki R., Wymiana ciepła, Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2020
• [14] Raghuraman P., Analytical Predictions of Liquid and Air Photovoltaic/Thermal, Flat-Plate Collector Performance, Journal of Solar Energy Engineering, 103, 4 (1981), 291-298
• [15] Levenspiel O., Engineering Flow and Heat Exchange, Department of Chemical Engineering, Oregon State University, Springer, 2014
• [16] Evangelisti L., On the sky temperature models and their influence on buildings energy performance: A critical review, Energy and Buildings, 183 (2019), 607-625, 10.1016/j.enbuild.2018.11.037
• [17] Gliah O., Kruczek B., Etemad S., Thibault J., The effective sky temperature: an enigmatic concept, Heat and Mass Transfer, 47 (2011), 1171–1180
• [18] Shongwe S., Comparative Analysis of Different Single-Diode PV Modeling Methods, IEEE Journal of Photovoltaics, 5, 3 (2015), 938-946
• [19] Santbergen R., Rindt C.C.M., Zondag H.A., Zolingen R., Detailed analysis of the energy yield of systems with covered sheet-and-tube PVT collectors, Solar Energy, 84, 5 (2010), 867-878, https://doi.org/10.1016/j.solener.2010.02.014
• [20] Stanbergen R. Optical absorption factor of solar cells for PVT systems, Eindhoven University of Technology, Phd Thesis, 2008
• [21] Zondag H.A., Vries D.W., Helden W.G., Zolingen R.J., Steenhoven A.A., The thermal and electrical yield of a PV-thermal collector, Solar Energy, 72, 2 (2002), 113-128, https://doi.org/10.1016/S0038-092X(01)00094-9
• [22] Bojan V., Klemen S., Sebastijan S., Analytical modelling of water sheet-and-tube Photovoltaic Thermal Collector, Przegląd Elektrotechniczny, 96, 9 (2020), 20-25

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).