ارزیابی عملکرد فنی-اقتصادی یک سیستم هایبرید فتوولتائیک با متمرکزکننده و سیکل رانکین آلی برای تولید همزمان برق و حرارت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی انرژی‌های نو و محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی انرژی‌های نو و محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

برای استفاده بیشتر از تابش خورشیدی، از متمرکزکننده‌های اپتیکی استفاده می‌شود که این کار در کنار مزیت استفاده بیشتر از تابش خورشید،  معایبی نیز دارد. یکی از معایب بزرگ و اصلی این روش، بالا رفتن بیش از حد دمای پنل به علت متمرکز شدن تابش بر روی آن است. برای کاهش دمای پنل‌های خورشیدی از فناوری خنک‌سازی به وسیله یک سیال عامل (معمولا آب) استفاده می‌شود. دمای سیال عامل پس از خنک‌سازی بالا رفته و می‌توان از حرارت آن در فصول سرما برای مصارف گرمایشی و در فصول گرما برای تولید الکتریسیته از طریق فناوری سیکل رانکین آلی استفاده نمود که این کار راندمان کلی سیستم را به طور چشم‌گیری افزایش می‌دهد. کارکرد کلی سیستم به این گونه است که ابتدا قسمتی از تابش متمرکز خورشید در پنل فتوولتائیک به انرژی الکتریکی تبدیل شده و مابقی انرژی به صورت حرارتی است که قسمتی از آن توسط انتقال حرارت همرفت و تابش از خود سیستم به محیط ساطع شده و بقیه حرارت توسط سیال عامل در فصول سرما به سیستم گرمایشی و در فصول گرما جهت تولید الکتریسیته از پنل به سیکل رانکین آلی منتقل می‌شود که این حرکت سیال باعث چرخش توربین و تولید الکتریسیته می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که برای هزینه سرمایه‌گذاری سیکل رانکین به میزان 2000 دلار بر کیلوات مقدار زمان برگشت سرمایه 3.58 سال و برای هزینه سرمایه‌گذاری سیکل رانکین به میزان 3500 دلار بر کیلوات مقدار زمان برگشت سرمایه 5.81 سال به دست می‌آید.

کلیدواژه‌ها


[1]   R. Moltames and R. Roshandel, Techno-economic analysis of a modified concentrating photovoltaic/organic Rankine cycle system, International Journal of Ambient Energy, 2020.
[2]   B. Parida, S. Iniyan, and R. Goic, A review of solar photovoltaic technologies, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 15, No. 3. pp. 1625–1636, 2011.
[3]   V. N. Palaskar, S. Deshmukh, Design configurations of Hybrid solar Photovoltaic/Thermal collector technology a review, Proceeding of Indian National Science Academy (INSA), Vol. 78, No. 4, pp: 725-734, 2012.
[4]   Y. Tripanagnostopoulos, T. Nousia, M. Souliotis, and P. Yianoulis, Hybrid photovoltaic/thermal solar systems, Solar Energy, Vol. 72, No. 3, pp. 217–234, 2002.
[5]   Z. A. Haidar, J. Orfi, H. F. Oztop, and Z. Kaneesamkandi, Cooling of solar PV panels using evaporative cooling, Journal of Thermal Engineering., Vol. 2, No. 5, pp. 928–933, 2016.
[6]   A. Royne, C. J. Dey, and D. R. Mills, Cooling of photovoltaic cells under concentrated illumination: A critical review, Solar Energy Mater. Sol. Cells, Vol. 86, No. 4, pp. 451–483, 2005.
[7]   G. Kosmadakis, D. Manolakos, and G. Papadakis, Simulation and economic analysis of a CPV/thermal system coupled with an organic Rankine cycle for increased power generation, Solar Energy, Vol. 85, No. 2, pp. 308–324, 2011.
[8]   T. J. Zhang and E. N. Wang, Design of a microscale organic rankine cycle for high-concentration photovoltaics waste thermal power generation, InterSociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems, ITHERM, pp. 993–1002, 2012.
[9]   G. C. Zhao, L. P. Song, X. C. Hou, and Y. Wang, Thermodynamic optimization of the organic Rankine cycle in a concentrating photovoltaic/thermal power generation system, Applied Mechanics and Materials, Vol. 448–453, pp. 1514–1518, 2014
[10] F. Calise, M. D. Daccadia, M. Vicidomini, G. Ferruzzi, and L. Vanoli, Design and dynamic simulation of a combined system integration concentrating photovoltaic/Thermal solar collectors and organic rankine cycle, American Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 8, No. 1, pp. 100–118, 2015.
[11] K. Tourkov and L. Schaefer, Performance evaluation of a PVT/ORC (photovoltaic thermal/organic Rankine cycle) system with optimization of the ORC and evaluation of several PV (photovoltaic) materials, Energy, Vol. 82, pp. 839–849, 2015.
[12] C. Renno, F. Petito, D. D’Agostino, and F. Minichiello, Modeling of a CPV/T-ORC Combined System Adopted for an Industrial User, energies, 2020, Vol. 13, No. 13, pp. 1-17, doi: 10.3390/en13133476.
[13] S. Dubey, J. N. Sarvaiya, and B. Seshadri, Temperature dependent photovoltaic (PV) efficiency and its effect on PV production in the world - A review, Energy Procedia, 2013, Vol. 33, pp. 311–321, doi: 10.1016/j.egypro.2013.05.072.
[14] J. Ji, K. Liu, T. tai Chow, G. Pei, W. He, and H. He, Performance analysis of a photovoltaic heat pump, Applied Energy, Vol. 85, No. 8, pp. 680–693, 2008.
[15] T. C. Hung, T. Y. Shai, and S. K. Wang, A review of organic rankine cycles (ORCs) for the recovery of low-grade waste heat, Energy, Vol. 22, No. 7, pp. 661–667, 1997.
[16] K. Yang and H. Zhang, Performance Analysis of the Organic Rankine Cycle (ORC) System under Engine Various Operating Conditions, Journal of Clean Energy Technologies, Vol. 3, No. 5, pp. 340–344, 2015.