بررسی آزمایشگاهی عملکرد گرمایی و الکتریکی یک سیستم فتوولتائیک/گرمایی با خنک‌کاری نانوسیال و مجهز به کلکتور صفحه-لولۀ مارپیچی شیاردار

نویسنده

دانشگاه صنعتی کرمانشاه

چکیده

در این مقاله، عملکرد گرمایی و الکتریکی سیستم‌های‌ فتوولتائیک/گرمایی مجهز به کلکتور صفحه-لولۀ مارپیچی شیاردار به‌صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. از نانوسیال آب-مگنتیت به‌عنوان سیال انتقال گرما استفاده شده است. تأثیر غلظت نانوذرات (0-1 درصد)، دبی جرمی نانوسیال (10-40 کیلوگرم بر ساعت) و گام شیار (0، 4/5 و 8 میلی‌متر) بر روی پارامترهای عملکردی سیستم شامل دمای پنل فتوولتائیک، راندمان گرمایی، راندمان الکتریکی و راندمان کل بررسی شده است. همۀ آزمایش‌ها در شرایط محیطی (شدت تابش خورشیدی و دمای محیط) مشابه و با استفاده از شبیه‌ساز خورشیدی انجام شده است. نتایج نشان داد که شیاردار کردن لولۀ مارپیچی منجر به بهبود عملکرد گرمایی، الکتریکی و کلی سیستم فتوولتائیک گرمایی می‌شود. همچنین مشاهده شد که سیستم با گام شیار 4/5 میلی‌متر دارای عملکرد گرمایی، الکتریکی و کلی بهتری از سیستم با گام شیار 8 میلی‌متر است. طبق نتایج، راندمان‌های گرمایی، الکتریکی و کل سیستم با صفحه-لولۀ مارپیچی شیاردار با گام 4/5 میلی‌متر، به‌ترتیب در محدودۀ 03/37-89/50، 29/12-38/12 و 37/69-47/83 درصد است. همچنین نتایج نشان داد که افزایش غلظت نانوذرات و دبی جرمی نانوسیال منجر به بهبود عملکردهای گرمایی، الکتریکی و کلی هر سه سیستم مورد بررسی در تحقیق حاضر می‌شود.

کلیدواژه‌ها


[1] https://www.iea.org/fuels-and-technologies/solar [2] Vaishak, S. and Bhale, P. V., "Investigation on the effect of different backsheet materials on performance characteristics of a photovoltaic/thermal (PV/T) system", Renewable Energy, Vol. 168, pp. 160-169, 2021. [3] Soltani, S., Kasaeian, A., Lavajoo, A., Loni, R., Najafi, G. and Mahian, O., "Exergetic and environmental assessment of a photovoltaic thermal-thermoelectric system using nanofluids: Indoor experimental tests", Energy Conversion and Management, Vol. 218, pp. 112907, 2020. [4] Fouas, C. E., Hajji, B., Gagliano, A., Tina, G. M. and Aneli, S., "Numerical model and experimental validation of the electrical and thermal performances of photovoltaic/thermal plant", Energy Conversion and Management, Vol. 220, pp. 112939, 2020. [5] Hissouf, M., Feddaoui, M., Najim, M. and Charef, A., "Performance of a photovoltaic-thermal solar collector using two types of working fluids at different fluid channels geometry", Renewable Energy, Vol. 162, pp. 1723-1734, 2020. [6] Lu, S., Liang, R., Zhang, J. and Zhou, C., "Performance improvement of solar photovoltaic/thermal heat pump system in winter by employing vapor injection cycle", Applied Thermal Engineering, Vol. 155, pp. 135-146, 2019. [7] Hossain, M. S., Pandey, A. K., Selvaraj, J., Rahim, N. A., Rivai, A. and Tyagi, V. V., "Thermal performance analysis of parallel serpentine flow based photovoltaic/thermal (PV/T) system under composite climate of Malaysia", Applied Thermal Engineering, Vol. 153, pp. 861-871, 2019. [8] Sellami, R., Amirat, M., Mahrane, A., Slimani, M. E., Arbane, A. and Chekrouni, R., "Experimental and numerical study of a PV/Thermal collector equipped with a PV-assisted air circulation system: Configuration suitable for building integration", Energy and Buildings, Vol. 190, pp. 216-234, 2019. [9] Boumaaraf, B., Boumaaraf, H., Slimani, M.E., Kabir, T. S., Ait-cheikh, M.S. and Touafek, K., "Performance evaluation of a locally modified PV module to a PV/T solar collector under climatic conditions of semi-arid region", Mathematics and Computers in Simulation, Vol. 167, pp. 135-154, 2020. [10] Slimani, M.E., Sellami, R., Mahrane, A. and Amirat, M., "Study of Hybrid Photovoltaic/Thermal Collector Provided With Finned Metal Plates: A Numerical Investigation under Real Operating Conditions", in: 2019 International Conference on Advanced Electrical Engineering, IEEE, pp. 1-6, 2019. [11] Zahmatkesh, I., Sheremet, M., Yang, L., Heris, S. Z., Sharifpur, M., Meyer, J. P., Ghalambaz, M., Wongwises, S., Jing, D. and Mahian, O., "Effect of nanoparticle shape on the performance of thermal systems utilizing nanofluids: A critical review", Journal of Molecular Liquids, Vol. 321, pp. 114430, 2021. [12] Sidik, N. A. C., Adamu, I. M., Jamil, M. M., Kefayati, G. H. R., Mamat, R. and Najafi, G., "Recent progress on hybrid nanofluids in heat transfer applications: A comprehensive review", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 78, pp. 68-79, 2016. [13] Abadeh, A., Rejeb, O., Sardarabadi, M., Menezo, C., Pasandideh-Fard, M. and Jemni, A., "Economic and environmental analysis of using metal-oxides/water nanofluid in photovoltaic thermal systems (PVTs)", Energy, Vol. 159, pp. 1234-1243, 2018. [14] Lari, M. O. and Sahin, A. Z., "Effect of retrofitting a silver/water nanofluid-based photovoltaic/thermal (PV/T) system with a PCM-thermal battery for residential applications", Renewable Energy, Vol. 122, pp. 98-107, 2018. [15] Moradgholi, M., Nowee, S. M. and Farzaneh, A., "Experimental study of using Al2O3/methanol nanofluid in a two phase closed thermosyphon (TPCT) array as a novel photovoltaic/thermal system", Renewable Energy, Vol. 122, pp. 243-250, 2018. [16] Salari, A., Kazemian, A., Ma, T., Hakkaki-Fard, A., Peng, J., "Nanofluid based photovoltaic thermal systems integrated with phase change materials: Numerical simulation and thermodynamic analysis", Energy Conversion and Management, Vol. 205, pp. 112384, 2020. [17] Qeays, I. A., Yahya, S. M., Asjad, M. and Khan, Z.A., "Multi-performance optimization of nanofluid cooled hybrid photovoltaic thermal system using fuzzy integrated methodology", Journal of Cleaner Production, Vol. 256, pp. 120451, 2020. [18] Jia, Y., Ran, F., Zhu, C. and Fang, G., "Numerical analysis of photovoltaic-thermal collector using nanofluid as a coolant", Solar Energy, Vol. 196, pp. 625-636, 2020. [19] Shahsavar, A., Salimpour, M. R., Saghafian, M. and Shafii, M. B., "Experimental investigation on laminar forced convective heat transfer of ferrofluid loaded with carbon nanotubes under constant and alternating magnetic field", Experimental thermal and fluid science, Vol. 76, pp. 1-11, 2016. [20] Shahsavar, A., "Experimental evaluation of energy and exergy performance of a nanofluid-based photovoltaic/thermal system equipped with a sheet-and-sinusoidal serpentine tube collector", Journal of Cleaner Production, Vol. 287, pp. 125064, 2021. [21] Moffat, R., "Describing the uncertainties in experimental results", Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 1, pp. 3-17, 1988. [22] Shahsavar, A., Eisapour, M. and Talebizadehsardari, P., "Experimental evaluation of novel photovoltaic/thermal systems using serpentine cooling tubes with different cross-sections of circular, triangular and rectangular", Energy, Vol. 208, pp. 118409, 2020.