Photovoltaic thermal hybrid solar collectors. TRNSYS analysis and possible improvements

Photovoltaic-thermal (PV/T) collectors are commonly designed for use in domestic systems: they provide heat and electricity simultaneously to single/multifamily houses. The aim of this thesis is dual: to review existing PV/T collector models and to study the ones already implemented in TRNSYS. Firstly, a literature review is done to discover the most used physical models and their evolution during the last decades. Secondly, the TRNSYS Types are examined to underline their strengths and weaknesses: Type 50, 250, 560 and 563 are analysed. Since Type 560 seems to be the most promising one, especially for unglazed collectors, several aspects and hypothesis of this tool are investigated. The analysis is focused on: solar radiation model, conductive resistance of the PV top layers, electrical efficiency definition, mismatch between PV cells and view factors. TRNSYS Types are limited to sheet and tube configuration. Type 560 inputs are modified to adapt it to a rectangular shape absorber. To test this modification, a secondary 1D model is created. Engineering Equation Solver (EES) and MATLAB are used to build auxiliary models co-simulated with TRNSYS.

I pannelli fotovoltaici-termici (PV/T) sono comunemente utilizzati per uso domestico: provvedono a fornire simultaneamente calore e energia elettricità ad abitazioni mono/multi familiari. L’obiettivo di questa tesi è duplice: uno studio dei modelli fisici che descrivono i collettori PV/T e un’analisi dei modelli implementati all’interno di TRNSYS. In primo luogo, è stata condotta una ricerca bibliografica al fine di scoprire quali sono i modelli maggiormente utilizzati e quali modifiche sono state apportate negli ultimi anni. In secondo luogo, sono stati esaminati i vari Types presenti in TRNSYS al fine di sottolineare pregi, difetti e criticità. Sono presi in considerazione Type 50, 250, 560 e 563. Dato che il Type 560 sembra descrivere al meglio un sistema PV/T senza cover, sono analizzate le ipotesi del modello fisico su cui si basa questo tool. Lo studio tocca i seguenti punti: modello della radiazione solare, resistenza termica conduttiva degli strati sovrastanti la parte elettricamente attiva del pannello, definizione di rendimento elettrico, effetto mismatch fra le celle fotovoltaiche e fattori di vista. In TRNSYS, i sistemi PV/T presentano un design di tipo “sheet and tube”. I dati in input al Type 560 sono modificati al fine di ricreare un assorbitore dove il fluido di lavoro scorre all’interno di un singolo canale rettangolare. Al fine di verificare l’accuratezza dei risultati, è stato creato un modello 1D ausiliario. Engineering Equation Solver (EES) e MATLAB sono utilizzati per la creazione di modelli di supporto.