This work studies the performance of heat pipe solar collector for water heating. Experimental results are validated using numerical modeling. Homemade heat pipes with distilled water as a working fluid were used for experimental tests. Both natural and forced convective heat pipe condensing mechanisms are studied and their results are compared with conventional natural circulation solar water heating system. Cross flow and parallel flow heat exchanger were tested in forced type heat pipe condensing mechanism. Experimental and numerical results showed good agreement. Heat pipe solar collectors outperformed conventional solar collector because of their efficient heat transport method. Forced convective heat exchanger was found to give higher efficiency compared to natural convective heat pipe condensing system. However, natural convective heat pipe condensing is free from parasitic power and low system weight. It also showed appreciable system efficiency and can be further developed to be used in rural areas where grid electricity is scarce. Cross flow and parallel flow heat exchanger have been tested for forced convective heat pipe condensing mechanism and no appreciable difference was found due to higher fluid velocity in heat exchangers.

This study details the construction and performance testing of a mixed mode solar dryer using a combination of direct and indirect solar energy to dry food. One major benefit of this dryer design is its construction. It was simple to construct and was made with low cost materials, to make it feasible for use in developing countries. Previous research has identified several design factors that affect performance and efficiency: product loading density, number of trays, position of the absorber, and chimney type. Performance testing showed that chimney air speeds were not affected greatly by modifying the design aspects of the dryer, with only a small increase occurring when using a box-type chimney. Overall the temperatures were mostly dependent on irradiance, but using a collector-type chimney generally resulted in higher temperatures throughout the dryer. The RH change across the dehydrator was most affected by the number of trays, but the chimney type did have an effect on the RH right at the chimney exit. Efficiency testing showed that product loading density on the trays was tested at 40% and 60% capacity; there was no statistical difference observed for efficiency between the two levels. Our results show that the dryer was more efficient when using the maximum number of trays. The lowest position of the absorber (5 cm from the ground) was found to be most efficient. A box-type chimney was significantly more efficient than the collector-type chimney in this full factorial study.

In 2011 Storvreta IK installed two solar collector systems in order to reduce the club’s electricity demand for domestic hot water. However, electricity use from 2012 to 2015 shows that the expected reduction in the electricity demand has not occurred. This project investigates the solar collector systems and the heat demand of Storvreta IK’s buildings in order to explain the “failure” in electricity savings. The results of the simulations show that the heat production of the solar collectors is lower than Storvreta IK’s expectations. This could be explained by that the domestic hot water is not used as much as Storvreta IK thought and the system is therefore over-dimensioned for their need. The rebound effect could be another reason to why the electricity saving is lower than expected.

Este trabalho apresenta um modelo inovador de coletor solar plano, com placa absorvedora fabricada por Estampagem Incremental e Soldagem FSW (Friction Stir Welding). Esta placa absorvedora é constituída de duas chapas de alumínio AA1200-H14 com espessura de 1 mm, estampadas e soldadas em simetria, a fim de que na união das chapas sejam deixados canais para passagem de água. Neste estudo foi realizada a caracterização do material por Ensaio de Tração e Ensaio Nakajima. Para determinação dos parâmetros de Estampagem Incremental foram realizados 16 experimentos com ferramenta de diâmetro df = 9,5 mm, variando a rotação de N = 50 rpm a 800 rpm e o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,2 mm, mantendo o avanço em = 250 mm/min. E também foram realizados 3 experimentos com ferramenta df = 22 mm, variando o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,5 mm, mantendo a rotação em N = 50 rpm e o avanço em = 250 mm/min. Para determinação dos parâmetros de Soldagem FSW foram realizados 4 experimentos com ferramenta de ombro de diâmetro 8 mm e pino roscado M3x0,5, mantendo a rotação em N = 1500 rpm e variando o avanço entre = 100 mm/min a 400 mm/min. Em seguida foi fabricado um protótipo de placa absorvedora de coletor solar com área de 0,12 m². Nos experimentos realizados foi constatado que é possível obter maiores deformações na Estampagem Incremental do que na Estampagem Convencional e que as deformações são mais elevadas quando se utiliza menores diâmetros, maiores rotações e menores incrementos verticais da ferramenta. Na Soldagem FSW não foi constatada influência na qualidade do cordão de solda em relação à variação do avanço da ferramenta. Neste estudo também se verificou que é possível fabricar protótipos de placas absorvedoras de coletores solares pelos processos de Estampagem Incremental e Soldagem FSW. No entanto, para coletores em tamanho comercial, novos estudos são necessários para melhorar a forma de fixação das chapas durante a Soldagem FSW. / This work presents an innovative model of flat plate solar collector, with absorber plate manufactured using Incremental Sheet Forming (ISF) and Friction Stir Welding (FSW). This absorber plate consists of two AA1200-H14 aluminum sheets with a thickness of 1 mm, stamped and welded in symmetry, in order to leave channels for the passage of water. In this study the characterization of the material by Nakajima Test and Traction Test was performed. In order to determine the parameters of ISF, 16 experiments were performed with a tool of diameter df = 9.5 mm, varying the rotation speed of N = 50 rpm at 800 rpm and the step down of Δz = 2 mm to 0.2 mm, maintaining the feed rate at = 250 mm/min. Also, 3 experiments with tool df = 22 mm were performed, varying the step down of Δz = 2 mm to 0.5 mm, maintaining the rotation speed at N = 50 rpm and the feed rate at = 250 mm/min. For determination of FSW parameters, 4 experiments with 8 mm diameter shoulder tool and M3x0.5 pin were performed, maintaining the rotation speed at N = 1500 rpm and varying the feed rate from = 100 mm/min to 400 mm/min. A prototype solar collector absorber plate with a 0.12 m² area was then manufactured. In the experiments carried out, it was found that it is possible to obtain greater deformations in the ISF than in the Conventional Stamping and that the deformations are higher when using smaller diameters, higher rotations and smaller step downs of the tool. In FSW, no influence was observed in the quality of the weld bead in relation to the variation of the tool feed rate. In this study it was also verified that it is possible to manufacture prototypes of solar collector absorber plates by the processes of ISF and FSW. However, for commercial size collectors, further studies are needed to improve the way the plates are fixed during FSW.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-07-08T14:09:52Z No. of bitstreams: 1 Daniel dos Santos Silva.pdf: 1207479 bytes, checksum: a37801e7a4a9fabd110fb80d5c179a85 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-08T14:09:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel dos Santos Silva.pdf: 1207479 bytes, checksum: a37801e7a4a9fabd110fb80d5c179a85 (MD5) Previous issue date: 2012-01-31 / Nenhuma / O uso da energia solar, como alternativa energética renovável, tem tomado um destaque fundamental no cenário mundial. Em especial, esse tipo de energia utilizado para aquecimento de água, tanto para uso doméstico como industrial representa um mercado mundial com crescimento em torno de 15% ao ano. No Brasil, esse crescimento deve-se, principalmente, aos programas habitacionais patrocinados pelo governo federal, além dos apelos cada vez mais fortes no sentido de buscar-se uma sustentabilidade energética e de economia através da diminuição do consumo de eletricidade e gás. Um sistema de aquecimento de água com energia solar é composto basicamente por coletor e reservatório térmico. Esses dois componentes representam quase a totalidade dos custos de instalação e isso ocorre principalmente em função dos materiais utilizados (cobre, alumínio e aço inoxidável) e dos processos de fabricação utilizados. Uma das formas para reduzir esses custos é a utilização de outros materiais mais baratos para a confecção de coletores e reservatórios e também de novos processos, mais ágeis e autômatos.Para contribuir com a solução desse problema, esse trabalho apresentará o desenvolvimento de uma ferramenta computacional que facilite a avaliação do rendimento térmico de diferentes composições de coletores solares de placa plana. Essa ferramenta foi desenvolvida sobre a plataforma EES (Engineering Equation Solver), pela sua facilidade de implementação, disponibilidade de funções de propriedades térmicas de fluidos, materiais e de escoamento. O programa segue um modelamento matemático baseado na teoria de Hottel-Bliss_Whillier e permite a entrada de dados relacionados aos parâmetros construtivos do coletor, como diâmetro dos tubos e espaçamento, espaçamento absorvedor-cobertura, material dos tubos, material da placa coletora e espessuras, material da cobertura e espessuras de isolamento, além de variáveis ambientais. Como dados de saída o programa fornece o desempenho térmico do coletor, calor útil, perdas térmicas, temperatura de estagnação, entre outros dados fundamentais de projeto. Os modelos matemáticos adotados na construção do programa foram validados através do confronto dos resultados calculados com dados obtidos experimentalmente em testes realizados pelo Test Center for Thermal Solar Systems do Fraunhofer Institut Solare Energie Systeme e pelo Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik. Após a validação, a ferramenta é utilizada para avaliar o rendimento térmico de coletores com outros materiais construtivos, características óticas e termodinâmicas e também aspectos construtivos como a otimização do espaçamento de tubos, distanciamento entre cobertura e placa coletora, entre outros apresentados no capítulo quatro. / The use of solar energy as an alternative renewable energy, has taken a key highlight in the scene in different parts of the world. In particular, this type of energy used for heating water for domestic use becomes for a growing world market, mainly due to housing programs sponsored by the federal appeals beyond the increasingly strong in the sense of trying to achieve a sustainable energy and economy by reducing the consumption of electricity and gas. A system for heating water with solar energy is basically composed of collector and storage tank. These two components account for almost the entire cost of installation and this is mainly due to the materials (copper, aluminum and stainless steel) and the manufacturing processes used. One way to reduce these costs is the use of other cheaper materials for the manufacture of collectors. and reservoirs as well as new processes, more agile. To contribute to solving this problem, the present study the development of a software tool that facilitates the evaluation of the thermal efficiency of different compositions of flat plate solar collectors. This tool was developed on the platform EES (Engineering Equation Solver) for its ease of implementation, availability of functions of the thermal properties of fluids, materials and marketing.the program follows a mathematical model based on the theory of Hottel-Bliss_Whillier and allows entry of data related to the construction parameters of the collector, such as pipe diameter and spacing, spacing absorber-cover, the pipe material, the absorber material and thickness of material coverage and thickness of isolation and environmental variables. As output data the program provides the thermal performance of the collector, useful heat, thermal losses, stagnation temperature, and other fundamental data design.the mathematical models adopted in the construction of the program were validated by comparing the calculated results with data obtained experimentally by renowned research centers in Germany, as test center for thermal solar systems of Fraunhofer Institut Solare Systeme and Institut für Energie und Wärmetechnik Thermodynamik. After validation, the tool is used to evaluate the thermal performance of collectors with other building materials, optical characteristics and thermodynamic aspects of construction as well as the optimization of the spacing tubes, distance between absorber plate and cover, among others presented in chapter four.

Os aproveitamentos de energia solar em aplicações térmicas ou para a produção de energia elétrica são cada vez mais importantes, por se tratarem de fontes de energia. Os estudos acerca dessas fontes estão se intensificando, a fim de melhorar seus desempenhos e suas aplicações para as condições atuais de desenvolvimento pelo mundo. Uma dessas tecnologias que utilizam como fonte a energia solar, desenvolvida nos últimos 30 anos, é o coletor híbrido térmico fotovoltaico. Esse coletor converte a energia proveniente da radiação solar em energia térmica e elétrica, simultaneamente, com a superposição de um módulo fotovoltaico a um coletor solar de placa plana, podendo ser promissor no progresso de novas tecnologias. Um coletor híbrido térmico fotovoltaico tem sua eficiência térmica menor que um coletor térmico convencional, decorrente de uma maior perda de calor para o meio, pois, em geral, o coletor não tem proteção contra o vento, como a cobertura transparente em um coletor convencional. A eficiência elétrica desses coletores híbridos é maior quando comparada a um sistema fotovoltaico convencional, pois há um resfriamento devido à passagem do fluido na parte posterior desses módulos. Para uma avaliação dessas eficiências, no presente trabalho, foram instalados três tipos de tecnologias que utilizam a energia solar como fonte, (um módulo fotovoltaico, um coletor híbrido térmico fotovoltaico e um coletor solar de placa plana) a fim de comparar os resultados de seus rendimentos, separadamente, atribuindo as mesmas condições meteorológicas em todos eles. A eficiência térmica máxima do coletor híbrido térmico fotovoltaico teve seu valor 3 vezes menor que o do coletor de placa plana utilizado. Já a eficiência elétrica de cada módulo teve um aumento de 5,5% comparando a diferença de energia elétrica gerada ao longo de um ano. Com esses resultados, pode-se dizer que melhorias na parte térmica do coletor híbrido térmico fotovoltaico poderiam ser feitas, de forma a aumentar seu desempenho térmico sem comprometer o rendimento das suas células fotovoltaicas. / The use of solar energy for thermal application and production of electric energy is becoming more important, because it is a form of clean and renewable energy. The studies of these sources are intensifying to improve the performance of these technologies and their applications for the current conditions of the development around the world. One of this technologies using as a source solar energy, developed in the last 30 years is the photovoltaic thermal hybrid solar collector. This collector simultaneously converts the solar radiation into thermal and electrical energy, with the superposition of a photovoltaic module on a flat plate solar collector, may be promising in the progress of new technologies. That a photovoltaic thermal hybrid solar collector has a lower thermal efficiency than a conventional thermal collector, due a greater loss of heat to the environment, because in general the collector has no protection from the wind, as the transparent cover in a conventional collector. The electrical efficiency of these hybrid collectors is higher compared to a conventional photovoltaic, because their cells are cooled by the water passing in the back of the photovoltaic plate. For an evaluation of efficiencies, it were installed three types of technologies that use solar energy as energy source (a photovoltaic module, a thermal hybrid collector and a flat plate solar collector) to separately compare the results of their performance, exposing them all of the same meteorological conditions. The maximum thermal efficiency of the photovoltaic thermal hybrid solar collector was determined being three times lower value than the flat plate collector one. The electrical efficiency of each module was increased by 5.5 % comparing the difference of the electrical energy generated over a whole year. These results indicate that improvements in the thermal part of the photovoltaic thermal hybrid solar collector could be made, increasing the thermal performance without compromise their solar cells efficiency.

<p>One of the traditional approaches to reduce costs of solar energy is to use inexpensive reflectors to focus the light onto highly efficient solar cells. Several research projects have resulted in designs, where the excess heat is used as solar thermal energy.</p><p>Unlike a solar thermal system, which has a selective surface to reduce the radiant heat loss, a CPV/T (Concentrating PhotoVoltaic/Thermal) system uses a receiver covered with solar cells with high thermal emittance.</p><p>This project analyzes whether the heat loss from the receiver can be reduced by covering parts of the receiver surface, not already covered with solar cells, with an optically selective coating. Comparing different methods of applying such a coating and the long-term stability of low cost alternatives are also part of the objectives of this project.</p><p>To calculate the heat loss reductions of the optically selective surface coating a mathematical model was developed, which takes the thermal emittances and the solar absorptances of the different surfaces into account. Furthermore, a full-size experiment was constructed to verify the theoretical predictions.</p><p>The coating results in a heat loss reduction of approximately 20 % in such a CPV/T system and one of the companies involved in the study is already changing their design to make use of the results.</p>

Os aproveitamentos de energia solar em aplicações térmicas ou para a produção de energia elétrica são cada vez mais importantes, por se tratarem de fontes de energia. Os estudos acerca dessas fontes estão se intensificando, a fim de melhorar seus desempenhos e suas aplicações para as condições atuais de desenvolvimento pelo mundo. Uma dessas tecnologias que utilizam como fonte a energia solar, desenvolvida nos últimos 30 anos, é o coletor híbrido térmico fotovoltaico. Esse coletor converte a energia proveniente da radiação solar em energia térmica e elétrica, simultaneamente, com a superposição de um módulo fotovoltaico a um coletor solar de placa plana, podendo ser promissor no progresso de novas tecnologias. Um coletor híbrido térmico fotovoltaico tem sua eficiência térmica menor que um coletor térmico convencional, decorrente de uma maior perda de calor para o meio, pois, em geral, o coletor não tem proteção contra o vento, como a cobertura transparente em um coletor convencional. A eficiência elétrica desses coletores híbridos é maior quando comparada a um sistema fotovoltaico convencional, pois há um resfriamento devido à passagem do fluido na parte posterior desses módulos. Para uma avaliação dessas eficiências, no presente trabalho, foram instalados três tipos de tecnologias que utilizam a energia solar como fonte, (um módulo fotovoltaico, um coletor híbrido térmico fotovoltaico e um coletor solar de placa plana) a fim de comparar os resultados de seus rendimentos, separadamente, atribuindo as mesmas condições meteorológicas em todos eles. A eficiência térmica máxima do coletor híbrido térmico fotovoltaico teve seu valor 3 vezes menor que o do coletor de placa plana utilizado. Já a eficiência elétrica de cada módulo teve um aumento de 5,5% comparando a diferença de energia elétrica gerada ao longo de um ano. Com esses resultados, pode-se dizer que melhorias na parte térmica do coletor híbrido térmico fotovoltaico poderiam ser feitas, de forma a aumentar seu desempenho térmico sem comprometer o rendimento das suas células fotovoltaicas. / The use of solar energy for thermal application and production of electric energy is becoming more important, because it is a form of clean and renewable energy. The studies of these sources are intensifying to improve the performance of these technologies and their applications for the current conditions of the development around the world. One of this technologies using as a source solar energy, developed in the last 30 years is the photovoltaic thermal hybrid solar collector. This collector simultaneously converts the solar radiation into thermal and electrical energy, with the superposition of a photovoltaic module on a flat plate solar collector, may be promising in the progress of new technologies. That a photovoltaic thermal hybrid solar collector has a lower thermal efficiency than a conventional thermal collector, due a greater loss of heat to the environment, because in general the collector has no protection from the wind, as the transparent cover in a conventional collector. The electrical efficiency of these hybrid collectors is higher compared to a conventional photovoltaic, because their cells are cooled by the water passing in the back of the photovoltaic plate. For an evaluation of efficiencies, it were installed three types of technologies that use solar energy as energy source (a photovoltaic module, a thermal hybrid collector and a flat plate solar collector) to separately compare the results of their performance, exposing them all of the same meteorological conditions. The maximum thermal efficiency of the photovoltaic thermal hybrid solar collector was determined being three times lower value than the flat plate collector one. The electrical efficiency of each module was increased by 5.5 % comparing the difference of the electrical energy generated over a whole year. These results indicate that improvements in the thermal part of the photovoltaic thermal hybrid solar collector could be made, increasing the thermal performance without compromise their solar cells efficiency.

Este trabalho apresenta um modelo inovador de coletor solar plano, com placa absorvedora fabricada por Estampagem Incremental e Soldagem FSW (Friction Stir Welding). Esta placa absorvedora é constituída de duas chapas de alumínio AA1200-H14 com espessura de 1 mm, estampadas e soldadas em simetria, a fim de que na união das chapas sejam deixados canais para passagem de água. Neste estudo foi realizada a caracterização do material por Ensaio de Tração e Ensaio Nakajima. Para determinação dos parâmetros de Estampagem Incremental foram realizados 16 experimentos com ferramenta de diâmetro df = 9,5 mm, variando a rotação de N = 50 rpm a 800 rpm e o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,2 mm, mantendo o avanço em = 250 mm/min. E também foram realizados 3 experimentos com ferramenta df = 22 mm, variando o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,5 mm, mantendo a rotação em N = 50 rpm e o avanço em = 250 mm/min. Para determinação dos parâmetros de Soldagem FSW foram realizados 4 experimentos com ferramenta de ombro de diâmetro 8 mm e pino roscado M3x0,5, mantendo a rotação em N = 1500 rpm e variando o avanço entre = 100 mm/min a 400 mm/min. Em seguida foi fabricado um protótipo de placa absorvedora de coletor solar com área de 0,12 m². Nos experimentos realizados foi constatado que é possível obter maiores deformações na Estampagem Incremental do que na Estampagem Convencional e que as deformações são mais elevadas quando se utiliza menores diâmetros, maiores rotações e menores incrementos verticais da ferramenta. Na Soldagem FSW não foi constatada influência na qualidade do cordão de solda em relação à variação do avanço da ferramenta. Neste estudo também se verificou que é possível fabricar protótipos de placas absorvedoras de coletores solares pelos processos de Estampagem Incremental e Soldagem FSW. No entanto, para coletores em tamanho comercial, novos estudos são necessários para melhorar a forma de fixação das chapas durante a Soldagem FSW. / This work presents an innovative model of flat plate solar collector, with absorber plate manufactured using Incremental Sheet Forming (ISF) and Friction Stir Welding (FSW). This absorber plate consists of two AA1200-H14 aluminum sheets with a thickness of 1 mm, stamped and welded in symmetry, in order to leave channels for the passage of water. In this study the characterization of the material by Nakajima Test and Traction Test was performed. In order to determine the parameters of ISF, 16 experiments were performed with a tool of diameter df = 9.5 mm, varying the rotation speed of N = 50 rpm at 800 rpm and the step down of Δz = 2 mm to 0.2 mm, maintaining the feed rate at = 250 mm/min. Also, 3 experiments with tool df = 22 mm were performed, varying the step down of Δz = 2 mm to 0.5 mm, maintaining the rotation speed at N = 50 rpm and the feed rate at = 250 mm/min. For determination of FSW parameters, 4 experiments with 8 mm diameter shoulder tool and M3x0.5 pin were performed, maintaining the rotation speed at N = 1500 rpm and varying the feed rate from = 100 mm/min to 400 mm/min. A prototype solar collector absorber plate with a 0.12 m² area was then manufactured. In the experiments carried out, it was found that it is possible to obtain greater deformations in the ISF than in the Conventional Stamping and that the deformations are higher when using smaller diameters, higher rotations and smaller step downs of the tool. In FSW, no influence was observed in the quality of the weld bead in relation to the variation of the tool feed rate. In this study it was also verified that it is possible to manufacture prototypes of solar collector absorber plates by the processes of ISF and FSW. However, for commercial size collectors, further studies are needed to improve the way the plates are fixed during FSW.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcioRG.pdf: 2932384 bytes, checksum: c0cbe1b6236ae8739d451a6c914655ac (MD5) Previous issue date: 2010-04-30 / We studied the feasibility of using a system of Solar Water Heating (SAS) with low cost, for three configurations. In configurations I and II have the collector grid absorber composed of six PVC tubes placed in parallel on the tile cement. In configuration II, the PVC tubes were transparent cover made of plastic bottles. Configuration III uses a collector composed of 12 black HDPE pipes, supported on four cement tiles 2.44 m x 0.50 m, two by two overlapping and interspersed with a filling of glass wool, comprising an area exposed to the global radiation incident of 2.44 m2, with the top two tiles painted matte black. In this configuration, the HDPE pipes replace conventional PVC pipes painted black. The total cost of SAS for configuration III, the most economical, was around $ 150.00. For the configurations tested the system of operation was thermosyphon collector. The study showed that the proposed systems have good thermal efficiency, are easy to install and handle and have low cost compared to conventional. / Estudou-se a viabilidades de utiliza??o de um Sistema de Aquecimento Solar de ?gua (SAS) de baixo custo, para tr?s configura??es. Nas configura??es I e II o coletor possui grade absorvedora composta por seis tubos de PVC em paralelo colocados sobre uma telha de fibrocimento de 2,44 m x 0,50 m, perfazendo uma ?rea de 1,22 m2. Na configura??o II, os tubos de PVC receberam cobertura transparente confeccionadas em garrafas PETs. A configura??o III utiliza um coletor composto por 12 tubos de PEAD preto, apoiados sobre quatro telhas de fibrocimento de 2,44 m x 0,50 m, sobrepostas duas a duas e intercaladas por um recheio de l? de vidro, perfazendo uma ?rea exposta ? radia??o global incidente de 2,44m2, com as duas telhas de cima pintadas de preto fosco. Nessa configura??o, os tubos de PEAD substituem os convencionais tubos de PVC pintados de preto. O custo total desses SAS, para a configura??o III, a mais econ?mica, ficou em torno de R$ 150,00. Para as configura??es testadas o regime de funcionamento do coletor foi termossif?o. O estudo demonstrou que os sistemas propostos t?m boa efici?ncia t?rmica, s?o de f?cil instala??o e manuseio e, t?m baixo custo em rela??o aos convencionais