مروری بر استفاده از مواد تغییر فاز دهنده برای خنک سازی پنل های خورشیدی

نوع مقاله: علمی-ترویجی

نویسندگان

1 گروه انرژی های نو و محیط زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران

2 گروه انرژی های نو ومحیط زیست-دانشکده علوم و فنون نوین-دانشگاه تهران

3 گروه دینامیک و کنترل، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی

چکیده

مطرح بودن مسائل توسعه پایدار و گرمایش جهانی و رو به اتمام بودن منابع سوخت های فسیلی،استفاده از انرژی خورشیدی را بیش از پیش حائز اهمیت کرده است. یکی از روش های استفاده از این منبع انرژی لایزال پنل های فتوولتائیک میباشند. یکی از ضعف های این پنل ها، کاهش بازده الکتریکی آن در اثر افزایش دمای آن میباشد، به طوری که با هر 1 درجه ی کلوین افزایش دمای عملیاتی آن بازده ی این پنل ها 0.5% کاهش پیدا میکند . روش‌های مختلفی برای کنترل کردن دمای این پنل ها وجود دارد که از میان آنها ذخیره سازی انرژی گرمایی ازطریق مواد تغییر فاز دهنده از اهمیت بیشتری برخوردار است. مواد تغییر فاز دهنده به ترکیبات آلی یا معدنی گفته می‌شود که قابلیت جذب و ذخیره‌سازی مقادیر زیادی از انرژی گرمایی را از طریق گرمای نهان ذوب دارند. با توجه به کارایی و قابلیت بالای مواد تغییر فاز دهنده در ذخیره سازی انرژی، استفاده از این مواد در سال‌های اخیر در جهت خنک سازی پنل های فتوولتائیک مورد توجه بسیاری از کشورهای پیشرفته جهان قرار گرفته است. در همین راستا مقاله ی حاضر به مطالعه مروری تحقیقات و مطالعات انجام شده در این زمینه نیز پرداخته است. با توجه به تاثیر قابل ملاحظه مواد تغییر فاز دهنده در کنترل دمای پنل های فتوولتائیک و به دنبال آن افزایش بازده حرارتی و الکتریکی این پنل ها، این مواد میتوانند راهکار مناسبی برای بهبود عملکرد پنل های فتوولتائیک نیز باشند.

کلیدواژه‌ها


مراجع
[1]          F. Jafarkazemi and A. A. Zargar, “Effect of design parameters on thermal efficiency of a flat plate solar collector,” pp. 1–8.
[2]          “Environmental , Social and Economic Effects of Photovoltaic Cells Performed in Administrative Building ( Case Study : Ilam City ),” pp. 56–66.
[3]          A. Machniewicz, D. Knera, and D. Heim, “Effect of transition temperature on efficiency of PV/PCM panels,” Energy Procedia, vol. 78, pp. 1684–1689, 2015.
[4] ا.عبدی علمی و آ.میر عبداله لواسانی، مروری بر روش ها و کارهای انجام شده در زمینه خنک سازی پنل های فتوولتائیک در جهت افزایش راندمان الکتریکی پنل,” vol. 2, 2017.
[5]          A. Hasan, J. Sarwar, H. Alnoman, and S. Abdelbaqi, “Yearly energy performance of a photovoltaic-phase change material (PV-PCM) system in hot climate,” Sol. Energy, vol. 146, pp. 417–429, Apr. 2017.
[6]          S. Sharma, A. Tahir, K. S. Reddy, and T. K. Mallick, “Performance enhancement of a Building-Integrated Concentrating Photovoltaic system using phase change material,” Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 149, pp. 29–39, 2016.
[7]          M. C. Browne, B. Norton, and S. J. McCormack, “Phase change materials for photovoltaic thermal management,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 47, pp. 762–782, 2015.
[8]          P. Royo, V. J. Ferreira, A. M. López-Sabirón, and G. Ferreira, “Hybrid diagnosis to characterise the energy and environmental enhancement of photovoltaic modules using smart materials,” Energy, vol. 101, no. 2016, pp. 174–189, 2016.
[9]          Z. Ma, W. Lin, and M. I. Sohel, “Nano-enhanced phase change materials for improved building performance,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 58, pp. 1256–1268, 2016.
[10]        S. Preet, “Water and phase change material based photovoltaic thermal management systems: A review,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 82, no. September 2017, pp. 791–807, 2018.
[11]        J. Park, T. Kim, and S. Leigh, “ScienceDirect Application of a phase-change material to improve the electrical performance of vertical-building-added photovoltaics considering the annual weather conditions,” Sol. Energy, vol. 105, pp. 561–574, 2014.
[12]        S. Sharma, N. Sellami, A. Tahir, K. S. Reddy, and T. K. Mallick, “Enhancing the performance of BICPV systems using phase change materials,” AIP Conf. Proc., vol. 1679, no. 2015, 2015.
[13]        M. C. Browne, K. Lawlor, A. Kelly, B. Norton, and S. J. M. Cormack, “Indoor Characterisation of a Photovoltaic/ Thermal Phase Change Material System,” Energy Procedia, vol. 70, pp. 163–171, 2015.
[14]        M. C. Browne et al., “Assessing the thermal performance of phase change material in a photovoltaic / thermal system,” vol. 91, pp. 113–121, 2016.
[15] ر.موسوی بایگی و م.صدرعاملی، طراحی و ساخت یک سامانه خنک کننده برای افزایش راندمان پنل های فتوولتائیک به کمک مواد تغییر فاز.”
[16]        A. Buonomano, G. De Luca, U. Montanaro, and A. Palombo, “Innovative technologies for NZEBs: An energy and economic analysis tool and a case study of a non-residential building for the Mediterranean climate,” Energy Build., vol. 121, no. 2016, pp. 318–343, 2016.
[17]        R. Stropnik, “Increasing the ef fi ciency of PV panel with the use of PCM,” vol. 97, pp. 671–679, 2016.
[18]        J. H. C. Hendricks and W. G. J. H. M. Van Sark, “Annual performance enhancement of building integrated photovoltaic modules by applying phase change materials,” 2011.
[19]        H. M. Yin, D. J. Yang, G. Kelly, and J. Garant, “Design and performance of a novel building integrated PV/thermal system for energy efficiency of buildings,” Sol. Energy, vol. 87, no. 1, pp. 184–195, 2013.
[20]        M. T. Plytaria, E. Bellos, C. Tzivanidis, and K. A. Antonopoulos, “Financial and energetic evaluation of solar-assisted heat pump underfloor heating systems with phase change materials,” Appl. Therm. Eng., vol. 149, no. June 2018, pp. 548–564, Feb. 2019.
[21]        M. T. Plytaria, C. Tzivanidis, E. Bellos, and K. A. Antonopoulos, “Energetic investigation of solar assisted heat pump underfloor heating systems with and without phase change materials,” Energy Convers. Manag., vol. 173, no. July, pp. 626–639, Oct. 2018.
[22]        A. Hasan, S. J. McCormack, M. J. Huang, and B. Norton, “Energy and cost saving of a photovoltaic-phase change materials (PV-PCM) System through temperature regulation and performance enhancement of photovoltaics,” Energies, vol. 7, no. 3, pp. 1318–1331, 2014.
[23]        Z. Wang, J. Zhang, Z. Wang, W. Yang, and X. Zhao, “Experimental investigation of the performance of the novel HP-BIPV/T system for use in residential buildings,” Energy Build., vol. 130, pp. 295–308, 2016.
[24]        A. Sweidan, N. Ghaddar, and K. Ghali, “Optimized design and operation of heat-pipe photovoltaic thermal system with phase change material for thermal storage,” J. Renew. Sustain. Energy, vol. 8, no. 2, 2016.
[25]        E. Japs, S. Peters, G. Sonnenrein, and S. Krauter, “Energy-economic comparison of photovoltaic modules equipped with a layer of conventional and improved phase-change material,” 2014 IEEE 40th Photovolt. Spec. Conf. PVSC 2014, pp. 1348–1352, 2014.
[26]        E. Japs, G. Sonnenrein, S. Krauter, and J. Vrabec, “Experimental study of phase change materials for photovoltaic modules: Energy performance and economic yield for the EPEX spot market,” Sol. Energy, vol. 140, pp. 51–59, 2016.
[27]        M. J. Huang, P. C. Eames, and B. Norton, “Thermal regulation of building-integrated photovoltaics using phase change materials,” Int. J. Heat Mass Transf., vol. 47, no. 12–13, pp. 2715–2733, 2004.
[28]        A. Waqas and J. Ji, “Thermal management of conventional PV panel using PCM with movable shutters – A numerical study,” Sol. Energy, vol. 158, no. August, pp. 797–807, 2017.
[29]        A. Hasan, H. Alnoman, and Y. Rashid, “Impact of integrated photovoltaic-phase change material system on building energy efficiency in hot climate,” Energy Build., vol. 130, pp. 495–505, 2016.
[30]        C. J. Smith, P. M. Forster, and R. Crook, “Global analysis of photovoltaic energy output enhanced by phase change material cooling,” Appl. Energy, vol. 126, pp. 21–28, 2014.
[31]        A. Hasan, S. J. McCormack, M. J. Huang, and B. Norton, “Evaluation of phase change materials for thermal regulation enhancement of building integrated photovoltaics,” Sol. Energy, vol. 84, no. 9, pp. 1601–1612, 2010.
[32]        H. Search, C. Journals, A. Contact, M. Iopscience, I. O. P. Conf, and I. P. Address, “Simulation and Experimental Study on Effect of Phase Change Material Thickness to Reduce Temperature of Photovoltaic Panel,” vol. 012049.
[33]        M. Emam, S. Ookawara, M. Ahmed, S. Ookawara, and M. Ahmed, “Performance study and analysis of an inclined concentrated photovoltaic-phase change material system,” Sol. Energy, vol. 150, pp. 229–245, 2017.
[34]        M. Ahmed, “PERFORMANCE ENHANCEMENT OF CONCENTRATED PHOTOVOLTAIC SYSTEM,” pp. 1–10, 2017.
[35]        J. KoŚny, K. Biswas, W. Miller, and S. Kriner, “Field thermal performance of naturally ventilated solar roof with PCM heat sink,” Sol. Energy, vol. 86, no. 9, pp. 2504–2514, 2012.