This Master thesis, in collaboration with Morgonsol Väst AB, was completed as a part of the Solar Energy engineering program at Dalarna University. It analyses the electrical and thermal performance of a prototype PVT collector developed by Morgonsol Väst AB. By following the standards EN 12975 and EN ISO 9806 as guides, the thermal tests of the collector were completed at the facility in Borlänge. The electrical performance of the PVT collector was evaluated by comparing it to a reference PV panel fitted next to it. The result from the tests shows an improved electrical performance of the PVT collector caused by the cooling and a thermal performance described by the linear efficiency curve ηth=0.53-21.6(Tm-Ta/G). The experimental work in this thesis is an initial study of the prototype PVT collector that will supply Morgonsol Väst with important data for future development and research of the product.

A hybrid photovoltaic/thermal (PVT) collector enables simultaneous electricity and heat production from a single solar module. Integrating PVT collectors with a ground source heat pump (GSHP) improves the seasonal performance of the heating system and prevents from temperature degradation of the ground. However, the integration of PVT and GSHP requires more research, for example, to discover the optimal characteristics of a PVT collector for low operating temperatures and varying weather conditions. Thus, the thermal performance of two commercial unglazed flat-plate PVT collectors was experimentally characterized during low-temperature operation and under dynamic outdoor conditions, including various solar irradiance levels and working fluid flow rates as well as frost formation and condensation on the absorber surface. The thermal performance coefficients were obtained from a simplified version of the ISO 9806:2017 standard steady-state model for solar thermal collectors and used as performance indicators for the tested collectors and for comparison with other PVT collectors found in the literature. During nighttime operation, the PVT collector with a box-channel absorber and the one with a sheet-and-tube absorber have a similar thermal performance, shown as almost the same heat loss coefficients. The effect of flow rate on the heat output of the collectors appears to be negligible when there is no solar irradiance. During humid nights, the heat gains from frost formation and/or condensation on the absorber surface can double the nighttime heat production of the collectors when compared to a dry night with no frost formation or condensation. As the irradiance increases, the box-channel collector starts to outperform the sheet-and-tube collector due to a more effective cooling of the PV module by the box-channel absorber design, which is shown as a higher zero-loss efficiency. The flow rate dependence of the heat output is increased with an increasing irradiance, higher flow rates leading to higher heat outputs. According to the yearly simulations, both tested collectors provide a higher annual heat output under Stockholm weather conditions than the other box-channel and sheet-and-tube collectors available in the Solar Keymark database, when the annual mean fluid temperature is below 7 °C. However, the fin-tube collectors designed for low-temperature heat pump integration outperform the tested collectors on annual basis with mean fluid temperatures below 10 °C. / En solhybrid (PVT) möjliggör samtidig el- och värmeproduktion från en enda solpanel. Att integrera solhybrider med en bergvärmepump förbättrar värmesystemets säsongsprestanda, förhindrar temperatur-nedgång i marken och utgör ett lovande alternativ till luftvärmepumpar. Integrationen av sol-PVT och bergvärmepumpar kräver dock mer forskning, till exempel för att upptäcka de optimala egenskaperna hos en PVT-kollektor, när driftstemperaturerna är låga och väderförhållandena varierar. Därav karakteriserades experimentellt den termiska prestandan hos två kommersiella oglasade PVT-kollektorer under drift vid låg temperatur och under dynamiska utomhusförhållanden, inklusive olika solinstrålningsnivåer och flödes-hastigheter samt frostbildning och kondensation på värmeväxlarens yta. De termiska prestandakoefficienter erhölls från en förenklad version av ISO 9806:2017-standardmodellen för stationärt tillstånd för solfångare och användes som prestandaindikatorer för de testade kollektorerna och för jämförelse med andra PVT-kollektorer som finns i litteraturen. Vid nattdrift har den första PVT-kollektorn med en ”box-channel”-värmeväxlare och den andra kollektorn med en ”sheet-and-tube”-värmeväxlare en liknande termisk prestanda vilket visas av nästan samma värme-förlustkoefficienter. Effekten av massflödet på kollektorernas värmeeffekt verkar vara försumbar, när det finns ingen solinstrålning. Under fuktiga nätter kan värmevinsterna från frostbildning och/eller kondens på värmeväxlarens yta fördubbla kollektorernas värmeproduktion på nattetid jämfört med en torr natt utan frostbildning eller kondens. När instrålningen ökar, börjar ”box-channel”-kollektorn överträffa ”sheet-and-tube”-kollektorn på grund av en mer effektiv kylning av PV-modulen genom den ”box-channel”-värme-växlaren, vilket visas som en högre nollförlusteffektivitet. Värmeeffektens beroende av flödeshastigheten ökar med en ökande solinstrålning: högre flödeshastigheter leder till högre värmeeffekt. Enligt de årliga simuleringarna har de båda testade kollektorerna en högre årlig värmeproduktion under Stockholms väderförhållanden än de andra ”box-channel”- och ”sheet-and-tube”-PVT-kollektorerna, tillgängliga i Solar Keymark -databasen, när den årliga genomsnittliga kylvätsketemperaturen är under 7 °C. Kollektorerna med en ”fin-tube”-värmeväxlare, som är utformade för integration av lågtemperaturvärmepumpar, överträffar dock de testade kollektorerna på årsbasis med genomsnittliga kylvätsketemperaturer under 10 °C.