Solar - Thermoelectric Power Generation

การผลิตกำลังไฟฟ้าโดยใช้เทอร์โมอิเล็กตริกร่วมกับพลังงานแสงอาทิตย์

Name: Narong Vatcharasathien

Organization : King Mongkut's University of Technology Thonburi. School of Energy and Materials. Energy Technology

Name: ณรงค์ วัชรเสถียร

Organization : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. คณะพลังงานและวัสดุ. สาขาวิชาเทคโนโลยีพลังงงาน

keyword: Power Generation

; Compound Parabolic Collector (CPC)

; Thermoelectric

; การผลิตกำลังไฟฟ้า

; ตัวรับรังสีอาทิตย์แบบรวมรังสี

; เทอร์โมอิเล็กตริก

Abstract: This dissertation studied on the design and performance analysis of a solar thermoelectric power generation (STEPG) plant. The system considers both truncated compound parabolic collectors (CPC) with a flat recciver and conventional flat plate (FP) collectors, thermoelectric modules and appropriate connecting pipes and control devices. The design criterion is that the hot temperature of the absorber of solar collectors shall not exceed 1 OO?C. The technical and economical assessment are performed by considering two standard types of thermoelectric (TE) modules namely thermoelectric power module (TEPI-1264-3.4) and thermoelectric cooling modules (MT2-1,6- 127). The results show that cooling TE modules are much more attractive for power generating at low intensity energy source. The TE cooling module (MT2-1,6-127) produces the best technical and economical performance at the specified hot side temperature below 1 OO?C. The design tool uses TRNSYS with Ilsibat program with two new components we developed for the thermoelectric modules and STEPG component. The main input data of the system are the specifications of TE module, the hot side temperature of thermoelectric modules, and the desired power output. Examples of the design using truncated CPC and flat plate collectors are reported and discussed for various slope angle and half-acceptance angle of CPC. Simulation results indicated that the average plate temperature of CPC and FP-STEPG depended closely on the day of month and lilt angle of collector; the highest temperature is reached by the CPC-STEPG. A lab-scale experimental prototype of the STEPG was also designed, built and tested. It was composed of sixteen TE cooling modules (4 in serial and 4 in parallel) mounted between the CPC and the heat exchanger. Test results of the lab-scale showed that the hot side temperature is relatively low so that the voltage produced was extremely weak. In fact, these poor performances were mainly due to the relatively small surface area of. -CPC reflectors and their low reflectivity. Comparison of the average hot side and cold side temperatures and the average voltage output of thermoelectric modules between the experimental and numerical results using the sin~ulationp rocedure we developed well agreed and validated, therefore, the heat balance approach we used to simulate the STEPG component. Therefore, the TRNSYS software and the two components offer an extremely powerful tool for the design and performance analysis of solar thermoelectric power generation plant. Next designing of 1 kW STEPG system was conducted. The simulated technical specifications were as follows: absorber plate perimeter of CPC equal to 1.5 m with a fluid flow rate of 1200 llh, half-acceptance angle 36' and length 2.9 m, 36 modules thermoelectric modules (18 in serials and 2 in parallel) and 10 STEPG units. Under Bangkok ambient condition, this system can generate a maximum voltage output of 48.2 V, maximum current output of 24.1 A and a maximum power output of 1.164 kW. Today, this STEPG is not economically feasible. Iiowever with continuous increase of energy cost, reduction of cost of thermoelectric modules and system components and increase of TE performance, STEPG potential seems to be promising.

Abstract: การศึกษานี้เป็นการออกแบบ และวิเคราะห์ประสิทธิภาพระบบผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับเทอร์โมอิเล็กตริก โดยระบบมีส่วนประกอบหลักคือ เทอร์โมอิเล็กตริกโมดูล ท่อ และชุดควบคุม โดยพิจารณาตัวรับรังสีอาทิตย์แบบรวมรังสี (CPC) ที่แผ่นดูดซับรังสีแบบแผ่นเรียบ และตัวรับรังสีแบบแผ่นเรียบการประเมินทางเทคนิคและทางเศรษฐศาสตร์ของเทอร์โมอิเล็กตริก โดยพิจารณาหาเทอร์โมอิเล็กตริกที่เหมาะสมกับระบบผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับเทอร์โมอิเล็กตริก ซึ่งเทอร์โมอิเล็กตริกที่นำมาพิจารณามี 2 ประเภท คือ เทอร์โมอิเล็กตริกโมดูลแบบผลิตไฟฟ้า (power module ใช้ โมเดล TEP 1-1264-3.4) และ เทอร์โมอิเล็กตริกโมดูลแบบทำความเย็น (Cooling module ใช้โมเดลMT2-1,6-127) จากการทดสอบประสิทธิภาพ พบว่าเทอร์โมอิเล็กตริกโมดูลแบบทำความเย็นมีความเป็นไปได้ทางเทคนิคและเศรษฐศาสตร์ในการนำมาใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานต่ำที่อุณหภูมิด้านร้อนของเทอร์โมอิเล็กตริกโมดูลต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียสโปรแกรมที่ใช้ในการออกแบบ คือโปรแกรม TRNSYS with Ilsibat ร่วมกับโปรแกรมที่พัฒนาเพื่อใช้ในการหาประสิทธิภาพของเทอร์โมอิเล็กตริก โมดูล และส่วนระบบผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับเทอร์โมอิเล็กตริก ซึ่งนำค่าข้อมูลเฉพาะของเทอร์โมอิเล็กตริกโมดูล อุณหภูมิด้านร้อนของเทอร์โมอิเล็กตริกโมดูล ที่ได้จากตัวรับรังสีอาทิตย์ และความต้องการกำลังไฟฟ้า โดยตัวอย่างของการออกแบบใช้ตัวรับรังสีอาทิตย์แบบรวมรังสี (CPC) มีแผ่นดูดซับรังสีแบบแผ่นเรียบ และตัวรับรังสี แบบแผ่นเรียบ โดยมีการปรับเปลี่ยน มุมเอียงของตัวรับรังสีอาทิตย์ มุมครึ่งรังสีของตัวรับรังสีอาทิตย์แบบรวมรังสี เป็นต้น โดยผลการจำลองทางคณิตศาสตร์ของตัวรับรังสีอาทิตย์จากโปรแกรม TRNSYS ที่ใช้ในการวิเคราะห์เปรียบเทียบอุณหภูมิเฉลี่ยของแผ่นดูดซับรังสีอาทิตย์ของตัวรับรังสีอาทิตย์แบบรวมรังสีอาทิตย์กับตัวรับรังสีแบบแผ่นเรียบ ซึ่งผลการจำลองพบว่าอูณหภูมิเฉลี่ยของแผ่นดูดซับรังสีอาทิตย์ทั้งสองแบบมีค่าแตกต่างกันไม่มาก ณ วันและมุมเอียงตัวรับรังสีอาทิตย์ใกล้เคียงกันแต่ตัวรับรังสีอาทิตย์แบบรวมรังสีอาทิตย์ จะได้อุณหภูมิเฉลี่ยของแผ่นดูดซับรังสีอาทิตย์สูงกว่าตัวรับรังสีแบบแผ่นเรียบ การออกแบบ สร้าง และทดสอบเครื่องผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับเทอร์โมอิเล็กตริกขนาดเล็ก ที่ประกอบด้วยเทอร์โมอิเล็กตริกโมดูลแบบทำความเย็นจำนวน 16 โมดูล ซึ่งมีการต่อแบบอนุกรมจำนวน 4 โมดูล และขนานกัน 4 ชุด โดยติดตั้งอยู่ระหว่างตัวรับรังสีอาทิตย์แบบรวมรังสีกับตัวระบายความร้อน จากการทดสอบพบว่าอุณหภูมิด้านร้อนของเทอร์โมอิเล็กตริกโมดูลมีค่าต่ำเป็นผลทำให้มีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าต่ำไปด้วย ซึ่งเกิดจากแผ่นสะท้อนรังสีอาทิตย์ของตัวรับรังสีอาทิตย์แบบรวมรังสีมีพื้นที่น้อย และมีค่าการสะท้อนต่ำ ดังนั้นจึงมีการพัฒนาแบบจำลองคณิตศาสตร์ใหม่เพื่อใช้ในการออกแบบระบบ อย่างไรก็ตามการเปรียบเทียบค่าอุณหภูมิเฉลี่ยที่ด้านร้อนและด้านเย็นของเทอร์โมอิเล็กตริกโมดูล พร้อมด้วยค่าแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตได้ ระหว่างการทดสอบ และการคำนวณมีค่าใกล้เคียงกัน ดังนั้น โปรแกรม TRNSYS พร้อมกับส่วนเทอร์โมอิเล็กตริกโมดูลและส่วนระบบผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับเทอร์โมอิเล็กตริก จะใช้เป็นเครื่องมือในการออกแบบ และวิเคราะห์ประสิทธิภาพของระบบผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับเทอร์โมอิเล็กตริกได้เป็นอย่างดีสำหรับการออกแบบระบบผลิตกำลังไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับเทอร์โมอิเล็กตริกขนาด 1 กิโลวัตต์ จากการออกแบบโดยใช้โปรแกรมการคำนวณ พบว่าตัวดูดซับรับรังสีของตัวรับรังสีอาทิตย์แบบรวมรังสีมีขนาด 1.5 เมตร มุมครึ่งรับรังสี 36 องศา ความยาว 2.9 เมตร ติดตั้งเทอร์โมอิเล็กตริก จำนวน 36 โมดูล โดยต่อแบบอนุกรม 18 โมดูล และต่อขนาน 2 ชุด โดยมีอัตราการไหลของน้ำที่ใช้ในการระบายความร้อน 1,200 ลิตรต่อชั่วโมง จำนวน 10 ชุด สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้า 48.2 โวลท์เตจ กระแสไฟฟ้า 24.1 แอมแปร์ และกำลังไฟฟ้า 1.164 กิโลวัตต์

King Mongkut's University of Technology Thonburi

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Joseph Khedari

Role: Advisor

Name: Jongjit Hirunlabh

Role: Advisor

Name: โจเซฟ เคดารี

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Name: จงจิตร์ หิรัญลาภ

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2005

Modified: 2009-02-03

Issued: 2008-06-26

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

text/plain

ISBN: 9741844573

CallNumber: ET666

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Energy Technology

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	ET666.pdf	1.66 MB	607	2025-08-15 21:10:59
2	ET666ab.pdf	58 KB	213	2023-02-20 06:54:56
3	ET666aben.txt	3.61 KB	201	2023-02-20 06:55:34
4	ET666abth.txt	10.63 KB	145	2023-02-20 06:55:51

ใช้เวลา

0.048223 วินาที