مقایسه انواع صفحه های جاذب خورشیدی فتوولتاییک/حرارتی از نظر طراحی و عملکرد

نوع مقاله : علمی-ترویجی

نویسندگان

1 استادیار ، مکانیک و مواد(انرژی خورشیدی) ، موسسه عالی علمی کاربردی صنعت آب و برق، تهران

2 مدرس گروه مهندسی برق، دانشکده فنی شهید مهاجر، اصفهان

3 فرهاد جهانشاه کارشناس ارشد ، مکانیک تبدیل انرژی ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر مجلسی ، اصفهان

چکیده

راندمان الکتریکی ماژول‌های فتوولتایی و عملکرد آنها با خارج کردن گرما از سیستم بهبود می‌یابد. این موضوع باعث تولید کلکتورهای ترکیبی فتوولتاییک/حرارتی شده است. در این مقاله به بررسی سیستم‌های مختلف خورشیدی ترکیبی پرداخته و عملکرد آنها با یکدیگر مقایسه شده است. شش مدل از کلکتورهای طراحی شده با هم مقایسه و برای هر سیستم، نوع مسیرهای جریان سیال خنک کننده معرفی شده است. بررسی طرح‌های مختلف و تعیین مزایا و معایب آنها در این مقاله نشان می‌دهد که جنس پوشش جاذب، تعداد گذرها، خلاء میان صفحات جاذب و سلول‌های خورشیدی از عوامل موثر در بهبود راندمان سیستم‌های ترکیبی می‌باشند. روش‌های مختلفی برای خنک‌کردن کلکتورهای ترکیبی بیان شده است. مقایسه این روش‌ها نشان می‌دهد که بهترین مدل، طراحی حلزونی با راندمان حرارتی 12/50% و راندمان الکتریکی 98/11% است. استفاده از شیشه شفاف در سلول‌های خورشیدی ترکیبی، راندمان حرارتی بالاتری نسبت به استفاده از شیشه‌های مات دارد ولی راندمان الکتریکی به دلیل وجود نور زیاد کاهش می-یابد، راندمان کلکتورهای ترکیبی با پوشش شفاف به میزان 36/13% و با پوشش مات، 92/11% افزایش می‌یابد. فاصله بین پوشش مواد و سلول فتوولتایی باید به حداقل برسد تا از خواص عایق در هوا جلوگیری کند. این فاصله باید به اندازه 15 تا 40 میلیمتر باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] Aste N, Chiesa G, Verri F. Design, development and performance monitoring of a photovoltaic-thermal (PVT) air collector. Renewable Energy 2008,pp:27-914.
[2] Zondag HA. Flat-plate PV-thermal collectors and systems: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2008;12:891–959.
[3] Prakash J. Transient analysis of a photovoltaic-thermal solar collector for cogeneration of electricity & hot air/water. Energy Conversion Management 1994;35(11):72-967.
[4] Bhargava AK, Garg HP, Agarwal RK. Study of a hybrid solar system—solar air heater combined with solar cells. Energy Conversion and Management 1991;9-471.
[5] Bakker M, Zondag HA, Elswijk MJ, Strootman KJ, Jong MJM. Performance and costs of a roof-sized PV/thermal array combined with a ground coupled heat pump. Solar Energy 2005;9-331.
[6] Siddiqui, M., Usama, A.F.M., Arif, Leah Kelley, Dubowsky, Steven, 2012. Threedimensional thermal modeling of a photovoltaic module under varying conditions. Sol. Energy 86 (9), 2620–2631.
[7] Teo, H.G., Lee, P.S., Hawlader, M.N.A., 2012. An active cooling system for photovoltaic modules. Appl. Energy 90 (1), 309–315.
[8] Siddiqui, O.K., Zubair, S.M., 2017. Efficient energy utilization through proper design of microchannel heat exchanger manifolds: a comprehensive review. Renew. Sustain. Energy Rev. 74, 969–1002.
[9] Frankl, P., Gamberale, M., Bttisti, F., 2000. Life cycle assessment of a PV cogenerative system: comparison with a solar thermal collector and a PV system. In: 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Glasgow.
[10] Bhargava AK, Garg HP, Agarwal RK. Study of a hybrid solar system—solar air heater combined with solar cells. Energy Conversion and Management 1991;9-471.
[11] W.Chow, P.Pei, G. Chan, 2006. Hybrid photovoltaic and thermal solar-collector designed for natural circulation of water. Review of 81th ref on Riffat and Cuce (2011). Appl. Energy 83 (3), 199–210.
[12] Zondag, H.A., de Vries, D.W., van Helden, W.G.J., van Zolingen, R.J.C.,van Steenhoven, 2003. The yield of different combined PV-thermal collector designs. Sol. Energy 74 (3), 253–269.
[13] Sahay, Sethi, V.K., Tiwari, A.C., 2013. Design, optimization and system integration of low cost Ground Coupled Central Panel Cooling System (GCCPCS). Int. J.Current Eng. Technol. 3 (4), 1473–1479.
[14] Jakhar, Soni, M.S.,Gakkhar,2016. Historical and recent development of concentrating photovoltaic cooling technologies. Renew. Sustain.EnergyRev.60,41–59.
[15] Fujisawa, Tani 1997. Annual exergy evaluation on photovoltaic-thermal hybrid collector. Review of 65th ref on Riffat and Cuce (2011). Sol. Energy Mater. Sol. Cells 47 (1–4), 135–148.
[16] Fraisse, G., Menezo, C., Johannes, K., 2007. Energy performance of water hybrid PVT collectors applied to combisystems of Direct Solar Floor type. Sol. Energy 81(11), 1426–1438.
[17] Morita, Y.Fujisawa,Moment performance of photovoltaic/thermal hybrid panel (numerical analysis and exergetic evaluation). Review of 213th ref on Riffat and Saffa (2011). Electr. Eng. Jpn 133 (2), 43–51.
[18] Aste, Niccolò, del Pero, Claudio, Leonforte, Fabrizio, 2014. Water flat plate PV–thermal collectors: a review. Sol. Energy 102, 98–115.
[19] Matuska, Tomas., 2014. Performance and economic analysis of hybrid PVT collectors in solar DHW system. Energy Procedia 48, 150–156.
[20]Bombarda,Di Marcoberardino, Lucchini, Leva, Manzolini, Molinaroli,Ellipsis & Simonetti,2016. Thermal and electric performances of roll-bond flat plate applied to conventional PV modules for heat recovery. Appl. Therm.Eng. 105, 304–313.
[21]Cristofari,2012.Innovative patented PV/TH solar collector: optimization and performance evaluation. Energy Procedia 14, 235–240.
[22] Zondag, H.A.,2008. Flat-plate PV-Thermal collectors and systems: a review. Review of 14th ref on Riffat and Cuce (2011). Renew. Sustain. Energy Rev.12(4),891–959.
[23] Ibrahim A, Jin GL, Daghigh R, Salleh MHM, Othman MY, Ruslan MH, et al. Hybrid photovoltaic thermal (PV/T) air and water based solar collectors suitable for building integrated applications. American Journal of Environmental Sciences 2009;5:24-618.
[24] Staebler DL, Urli NB, Kiss ZJ. Development of high efficiency hybrid PV-thermal modules. In: Photovoltaic Specialists Conference, Conference Record of the Twenty-Ninth IEEE 2002.
[25] Chow TT. Performance analysis of photovoltaic-thermal collector by explicit dynamic model. Solar Energy 2003;75: 52-143.
[26] Boddaert S, Caccavelli D. Hybrid PVTh Panel optimisation using a Femlab/Matlab/Simulink approach. Environment Identities and Mediterranean Area,ISEIMA’06. In: First international Symposium on 2006. 2006. 6-121.
[27] Ji J, Lu J-P, Chow T-T, He W, Pei G. A sensitivity study of a hybrid photovoltaic/thermal water-heating system with natural circulation. Applied Energy 2007;37-222.
[28] Ibrahim A, Othman MY, Ruslan MH, Alghoul MA, Yahya M, Zaharim A, et al.Performance of photovoltaic thermal collector (PVT) with different absorbersdesign.WSEASTransactions on Environment and Development 2009;30-321.
[29] Pieper, M., Klein, P., 2011. A simple and accurate numerical network flow model for bionic micro heat exchangers. Heat Mass Transf. 47 (5), 491–503.
[30] Hegazy, A.A., 2000. Comparative study of the performances of four photovoltaic/thermal solar air collectors. Review of 127th ref on Riffat and Saffa. Energy Convers. Manage. 41 (8), 861–881.
[31] Tiwari, A., Sodha, M.S., 2007. Parametric study of various configurations of hybrid PV/thermal air collector: experimental validation of theoretical model. Review of 181th ref on Riffat and Saffa (2011). Sol. Energy Mater. Sol. Cells 91 (1), 17–28.
[32] Garg, H.P., Adhikari, R.S., 1999. Performance analysis of a hybrid photovoltaic/thermal (PV/T) collector with integrated CPC troughs. Int. J. Energy Res. 23 (15),1295–1304.
[33] Guiavarch, A., Peuportier, B., 2006. Photovoltaic collectors efficiency according to their integration in buildings. Review of 137th ref on riffat and Saffa (2011). Sol.Energy 80 (1), 65–77.
[34] Alfegi MEA, Sopian K, Othman MYH, Yatim BB. Transient mathematical model of both side single pass photovoltaic thermal air collector. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences 2007;6-22.
[35] Alfegi MEA, Sopian K, Othman MYH, Yatim BB. Experimental investigation of single pass, double duct photovoltaic thermal (PV/T) air collector with CPC and fins. American Journal of Applied Sciences 2008;71-866.
[36] Jin GL, Ibrahim A, Chean YK, Daghigh R, Ruslan H, Mat S, et al. Evaluation of single-pass photovoltaic-thermal air collector with rectangle tunnel absorber. American Journal of Applied Sciences 2010;82-277.
[37] Othman, Mohd Yusof, Yatim, Baharudin, Sopian, Kamaruzzaman, Bakar, Mohd Nazari Abu, 2007.Desalination 2009 (1–3), 43–49.
[38]Tonui JK, Tripanagnostopoulos Y. Air-cooled PV/T solar collectors with lCost performance improvements. Solar Energy 2007;498–511.