System optimiztion of hot water concentrated solar thermoelectric generation

Yazawa, Kazuaki; Shakouri, Ali

doi:10.1109/theta.2010.5766410

Cited by 6 publications

(10 citation statements)

References 8 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…Fig. 11 is the taken from our previous work [1]. The cost performance, in comparison, yielded a similar minimum cost of around 0.1$/W and a similar optimum concentration around 300-450x.…”

Section: Cost Discussionmentioning

confidence: 77%

“…There is a significant amount of work on heat sink optimization as described in several studies such as [9] [10] [11]. In this study, a similar model of Yazawa et al [1] is used. We assume a heat sink where the fluid path is made of parallel channels as shown in Fig.…”

Section: Heat Sink Design and Pump Powermentioning

confidence: 99%

“…Both electricity and hot water are essential in everyday life applications. We previously reported the energy efficiency of an optimized solar concentrated thermoelectric and hot water system [1]. At the optimum concentration, around 100x, we could harvest 10% of the solar energy as electricity and 70% of the solar energy as heat, for a total of 80%.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 2 more Smart Citations

Material Optimization for Concentrated Solar Photovoltaic and Thermal Co-Generation

Yazawa

Shakouri

2011

ASME 2011 Pacific Rim Technical Conference and Exhibition on Packaging and Integration of Electronic and Photonic Systems, MEMS

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

We conducted an analytic study of concentrated solar photovoltaic and hot water co-generation based on various solar cell technologies and micro channel heat sinks. By co-optimizing the electricity generation and heat transport in the system, one can minimize the cost of the key materials and compare different tradeoffs as a function of concentration ratio or other parameters. Concentrated solar Photovoltaic (PV) based on multi junction cells can yield around 35-40% efficiency. They are suitable for high photon energy flux and they are already available in the market. However, due to high heat fluxes at large concentrations, such as 100-1000 Suns, heat sinks could be costly in terms of material mass, space, energy for pumping fluid, and system complexity. In addition, since the efficiency of solar cells decreases as the ambient temperature increases, there is a tradeoff between electricity and hot water cogeneration. Similar to our previous analysis of thermoelectric (TE) and hot water co-generation, PV/solar thermal system is also optimized. The results are compared with thermoelectric systems as a function of the concentration ratio. The solar concentrated co-generation system using either PV or TE for direct electricity generation collects more than 80% of solar energy when it is optimized. We calculate the overall cost minima as a function of concentration ratio. Although there are some differences between PV and TE, the optimum concentration ratio for the system is in the range of 100-300 Suns for both.

show abstract

“…Fig. 11 is the taken from our previous work [1]. The cost performance, in comparison, yielded a similar minimum cost of around 0.1$/W and a similar optimum concentration around 300-450x.…”

Section: Cost Discussionmentioning

confidence: 77%

Section: Heat Sink Design and Pump Powermentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Material Optimization for Concentrated Solar Photovoltaic and Thermal Co-Generation

Yazawa

Shakouri

2011

ASME 2011 Pacific Rim Technical Conference and Exhibition on Packaging and Integration of Electronic and Photonic Systems, MEMS

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Therefore, thermal recovery strategies could be used to increase the overall solar harvesting efficiency. In some cases, heat is recovered as such, through the co-generation of warm water [1][2][3]. Other approaches focus instead on the conversion of heat into electricity with the implementation of thermoelectric generators (TEGs) [4][5][6][7] through hybrid thermoelectric-photovoltaic systems (HTEPV).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Suitability of Electrical Coupling in Solar Cell Thermoelectric Hybridization

Lorenzi

Acciarri

Narducci

2018

Designs

View full text Add to dashboard Cite

Abstract:It is well known that the major constraints to the efficiency of photovoltaic devices come from the generation of heat. In this context, thermoelectric generators have been proposed as a viable heat recovery solution, leading to an increase of the overall efficiency. Within this kind of hybrid solution, the photovoltaic and thermoelectric parts can be either electrically separated or connected in the same circuit. In the latter case, the presence of the thermoelectric generator in series to the solar cell may lead to electrical losses. In this work, we analyze the effect of several parameters on the output power of electrically hybridized thermoelectric-photovoltaic systems. Both electrical measurements and simulations are used. The results show that while an electrical lossless condition exists (as also reported in previous works), it does not necessarily lead to significant power gains compared to the sole photovoltaic case. In addition, the strong temperature sensitivity of the lossless condition makes electrical hybridization difficult to implement. Since solar irradiation varies over time, such sensitivity would make the system work mostly in a suboptimal regime. Therefore, this study provides clues on the actual applicability of electrically hybridized devices.

show abstract

“…More recently, theoretical and experimental examination of concentrated solar thermoelectric systems utilising non-conventional thermoelectric materials provided efficiencies over 10%, underlying also the importance of adjusting the concentration ratio according to the thermoelectric materials employed [38,40]. Furthermore, numerical analysis of a concentrated thermoelectricbased CHP system led to overall efficiency in the order of 80%, stressing out the need for thermoelectric materials of higher efficiency in order to increase the ratio of electrical vs. thermal efficiency [98]. In addition, performance investigation of solar TEGs utilizing thermal and/or optical concentration mechanisms, indicated the necessity for evacuated operation, especially in the case that only thermal concentration is used, achieving efficiencies near 5% for flat panel configurations which is considerably higher than previously reported values [37,99].…”

Section: Performance Evaluation Of Solar Thermoelectric Systemsmentioning

confidence: 99%

Development of thermoelectric-based devices for energy harvesting purposes

Kossyvakis¹,

Κοσσυβάκης²

View full text Add to dashboard Cite

Είναι γεγονός ότι τα τελευταία χρόνια η κλιματική αλλαγή και οι πολυποίκιλες αρνητικές συνέπειές της έχουν οδηγήσει σε μια συστηματική αλλαγή κατεύθυνσης του τομέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας προς ένα πιο καθαρό και φιλικό προς το περιβάλλον μοντέλο, με όσο το δυνατόν μικρότερη εξάρτηση από τα συμβατικά καύσιμα. Στα πλαίσια αυτά, η ενσωμάτωση μονάδων παραγωγής που αξιοποιούν τεχνολογίες εκμετάλλευσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας αποτελεί οπωσδήποτε μια βιώσιμη λύση. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι πρακτικά ανεξάντλητες και οι τεχνολογίες εκμετάλλευσής τους γίνονται συνεχώς πιο αποδοτικές, ελαχιστοποιώντας παράλληλα το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η στρατηγική αξιοποίησης ανανεώσιμων πηγών αποκτά σήμερα ευρύτερη κοινωνικοπολιτική σημασία, καθώς, δεδομένης της ευρείας διαθεσιμότητάς τους, μπορεί να προσφέρει ενεργειακή ανεξαρτησία και κατ’ επέκταση μεγαλύτερη οικονομική σταθερότητα σε χώρες οι οποίες λόγω της γεωγραφικής τους θέσης δεν διαθέτουν αξιόλογα αποθέματα συμβατικών καυσίμων. Παρά όμως τη σημαντικότατη ανάπτυξη που ο κλάδος των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχει επιτύχει μέχρι σήμερα, ζητήματα τα οποία σχετίζονται με τη βέλτιστη απόδοση και την οικονομική βιωσιμότητα των διαθέσιμων τεχνολογιών αποτελούν τροχοπέδη στην προσπάθεια πλήρους απεξάρτησης της διαδικασίας ηλεκτροπαραγωγής από τα συμβατικά καύσιμα. Γίνεται επομένως κατανοητό ότι υπάρχουν μεγάλα περιθώρια βελτίωσης, τόσο στην κατεύθυνση βελτιστοποίησης της απόδοσης των υφιστάμενων τεχνολογιών όσο και σε ότι αφορά την ενίσχυση ερευνητικών δραστηριοτήτων που στοχεύουν στην προώθηση εναλλακτικών λύσεων. Στα πλαίσια αυτά, έχει εκδηλωθεί τα τελευταία χρόνια έντονο ενδιαφέρον για την αξιοποίηση θερμοηλεκτρικών γεννητριών σε εφαρμογές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Παρά όμως τα πλεονεκτήματα που η συγκεκριμένη τεχνολογία παρουσιάζει, η χαμηλή απόδοση των διαθέσιμων διατάξεων έχει περιορίσει προς το παρόν τη χρήση τους κυρίως σε εξειδικευμένες εφαρμογές. Υπό αυτό το πρίσμα, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η αξιοποίηση των θερμοηλεκτρικών γεννητριών σε εφαρμογές ανάκτησης θερμότητας, όπου η απαιτούμενη για τη λειτουργία τους θερμική ενέργεια είναι συνήθως διαθέσιμη χωρίς κάποιο κόστος. Μέσα σε αυτό το κλίμα γενικότερου ενδιαφέροντος για την αξιοποίηση θερμοηλεκτρικών γεννητριών σε εφαρμογές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, σκοπό της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη των σημαντικότερων παραμέτρων λειτουργίας μεμονωμένων θερμοηλεκτρικών διατάξεων αλλά και μεγαλύτερων θερμοηλεκτρικών συστημάτων, αξιοποιώντας τα αποτελέσματα υπολογιστικών μοντέλων αλλά και πειραματικών μετρήσεων. Στα πλαίσια αυτά, αναπτύχθηκε μια μεθοδολογία χαρακτηρισμού θερμοηλεκτρικών γεννητριών, συνδυάζοντας υπολογιστικά δεδομένα με πειραματική επιβεβαίωση. Στη συνέχεια, η διαδικασία υπολογιστικής μοντελοποίησης αξιοποιήθηκε προκειμένου για τη διερεύνηση της απόδοσης ηλιακών θερμοηλεκτρικών συστημάτων, πραγματοποιώντας παράλληλα παραμετρική ανάλυση με στόχο τη βελτιστοποίηση της συμπεριφοράς των συστημάτων αυτών. Τέλος, μελετήθηκε η απόδοση υβριδικών φωτοβολταϊκών-θερμοηλεκτρικών συστημάτων, αξιοποιώντας αναλυτικές μεθόδους και διεξάγοντας πειραματική διαδικασία σε εργαστηριακό περιβάλλον. Πραγματοποιήθηκε επίσης περαιτέρω επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων προκειμένου να διερευνηθεί η απόδοση τέτοιων συστημάτων σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας.

show abstract

System optimiztion of hot water concentrated solar thermoelectric generation

Abstract: In this report, we describe the design of a concentrated solar thermoelectric (TE) figure-of-merit). For a material with ZT hot~0 .9, the electrical conversion efficiency is ~10%. For advanced materials with ZT hot~ 2.8, the electrical conversion efficiency could reach ~21%.

Cited by 6 publications

References 8 publications

Material Optimization for Concentrated Solar Photovoltaic and Thermal Co-Generation

Material Optimization for Concentrated Solar Photovoltaic and Thermal Co-Generation

Suitability of Electrical Coupling in Solar Cell Thermoelectric Hybridization

Development of thermoelectric-based devices for energy harvesting purposes

Contact Info

Product

Resources

About