بررسی عددی تأثیر نانو سیال در عملکرد حرارتی و الکتریکی سلول‌های خورشیدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی تهران، تهران ، ایران

چکیده
فناوری فتوولتائیک حرارتی با حل موثر مشکلات دمای بالا و بازده الکتریکی پایین سلول‌های فتوولتائیک، به طور قابل توجهی نرخ بهره‌برداری از انرژی خورشیدی را بهبود بخشیده است. در این مطالعه، مدل سیستم حرارتی فتوولتائیک با استفاده از آب و نانوسیال آلومینا با سه کسر حجمی مختلف در محدوده ۰.۱ تا ۳٪ شبیه‌سازی شده و اثرات پارامترهای عملیاتی مانند دمای ورودی، تابش خورشیدی، دمای محیط و سرعت جریان جرمی مایع خنک‌کننده از طریق عددی بررسی شده‌اند. شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار انسیس فلوئنت و مدل دو فازی مخلوط انجام شده است. رایزرها به صورت دایره‌ای طولی در نظر گرفته شده و برای سرعت‌های جریان جرمی "10" L/h الی و "60 " "L" /"h" برای سیال عامل آب و نانوآلومینا با سه درصد حجمی مختلف شبیه‌سازی شده‌اند. ضریب هدایت و انبساط حرارتی برای نانوسیال به صورت udf به نرم افزار معرفی شده است. تغییرات مربوط به دمای خروجی سیال، دمای سلول خورشیدی، افت فشار، راندمان حرارتی، راندمان الکتریکی و راندمان کل برحسب دبی جرمی آمده است. بررسی نتایج نشان می دهد نانوسیال با کسر حجمی 5/2% بیشترین راندمان حرارتی را دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

- مراجع
 
[1] A. Royne and C. J. Dey, Design of a jet impingement cooling device for densely packed PV cells under high concentration, Solar energy, Vol. 81, No. 8, pp. 1014–1024, 2007.
[2] M. M. Adeli, F. Sobhnamayan, M. A. Alavi, S. Farahat, and F. Sarhaddi, Experimental exergetic performance evaluation of a photovoltaic thermal (PV/T) air collector and comparison with numerical simulation, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, Vol. 225, No. 3, pp. 161–172, 2011.
[3] M. M. Adeli, F. Sobhnamayan, S. Farahat, M. A. Alavi, and F. Sarhaddi, Experimental performance evaluation of a photovoltaic thermal (PV/T) air collector and its optimization, Strojniški vestnik-Journal of Mechanical Engineering, Vol. 58, No. 5, pp. 309–318, 2012.
[4]   F. Sarhaddi, S. Farahat, H. Ajam, A. Behzadmehr, and M. M. Adeli, An improved thermal and electrical model for a solar photovoltaic thermal (PV/T) air collector, Appl Energy, Vol. 87, No. 7, pp. 2328–2339, 2010.
[5]  J. Barrau, J. Rosell, D. Chemisana, L. Tadrist, and M. Ibáñez, Effect of a hybrid jet impingement/micro-channel cooling device on the performance of densely packed PV cells under high concentration, Solar energy, Vol. 85, No. 11, pp. 2655–2665, 2011.
[6]  S. Agrawal and G. N. Tiwari, Energy and exergy analysis of hybrid micro-channel photovoltaic thermal module, Solar energy, Vol. 85, No. 2, pp. 356–370, 2011.
[7]  M.A.Mahdavi,S.Farahat “Laboratory study of the effect of changing the concentration of nanofluid as a coolant on the efficiency of photovoltaic collector Thermal ,” ISME2014-16950.
[8] I. Ghahfarkhi, F. Sarhadi and Al. Hosseinnejad, Numerical study of the performance of a solar photovoltaic thermal collector with nanofluid for laminar flow, Third International Conference on New Approaches in Energy Conservation, 2014. (in Persian)
[9]  Y. Khanjari, F. Pourfayaz, and A. B. Kasaeian, Numerical investigation on using of nanofluid in a water-cooled photovoltaic thermal system, Energy Convers Manag, Vol. 122, pp. 263–278, 2016.
[10] M. Khodadadi, S. Ali, Z. Ebrahimpour, and M. Sheikholeslami, Thermal performance of nanofluid with employing of NEPCM in a PVT-LFR system, Sustain Energy Technol Assessments, Vol. 47, pp.101340, 2021.
[11] Y. Jia, F. Ran, C. Zhu, and G. Fang, Numerical analysis of photovoltaic-thermal collector using nanofluid as a coolant, Solar Energy, Vol. 196, pp. 625–636, 2020.
[12] C. Shen, F. Liu, S. Qiu, X. Liu, F. Yao, and Y. Zhang, Numerical study on the thermal performance of photovoltaic thermal (PV/T) collector with different parallel cooling channels, Sustainable Energy Technologies and Assessments, Vol. 45, pp. 101101, 2021.
[13] B. Yan et al., Numerical and experimental investigation of photovoltaic/thermal systems: parameter analysis and determination of optimum flow, Sustainability, Vol. 14, No. 16, pp.10156, 2022.
[14] C. H. Chon, K. D. Kihm, S. P. Lee, and S. U. S. Choi, Empirical correlation finding the role of temperature and particle size for nanofluid (Al2O3) thermal conductivity enhancement, Appl Phys Lett, Vol. 87, No. 15, pp. 153107, 2005.
[15] X. Wang, X. Xu, and S. U. S. Choi, Thermal conductivity of nanoparticle-fluid mixture, J Thermophys Heat Trans, Vol. 13, No. 4, pp. 474–480, 1999.
[16] M. R. Gomaa, M. Al-Dhaifallah, A. Alahmer, and H. Rezk, Design, modeling, and experimental investigation of active water cooling concentrating photovoltaic system, Sustainability, Vol. 12, No. 13, pp. 5392, 2020.
[17] M. Sardarabadi, M. Passandideh-Fard, and S. Z. Heris, Experimental investigation of the effects of silica/water nanofluid on PV/T (photovoltaic thermal units), Energy, Vol. 66, pp. 264–272, 2014.
[18] G. Hailu and A. S. Fung, Optimum tilt angle and orientation of photovoltaic thermal system for application in greater Toronto area, Canada, Sustainability, Vol. 11, No. 22, pp. 6443, 2019.
[19] M. Sardarabadi, M. Hosseinzadeh, A. Kazemian, and M. Passandideh-Fard, Experimental investigation of the effects of using metal-oxides/water nanofluids on a photovoltaic thermal system (PVT) from energy and exergy viewpoints, Energy, Vol. 138, pp. 682–695, 2017.
[20] F. Yazdanifard, M. Ameri, and E. Ebrahimnia-Bajestan, Performance of nanofluid-based photovoltaic/thermal systems: a review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 76, pp. 323–352, 2017.
[21] S. R. Maadi, H. Sabzali, A. Kolahan, and D. Wood, Improving the performance of PV/T systems by using conical-leaf inserts in the coolant tubes, Solar Energy, Vol. 212, pp. 84–100, 2020.
[22] A. A. Hawwash, A. K. A. Rahman, S. A. Nada, and S. Ookawara, Numerical investigation and experimental verification of performance enhancement of flat plate solar collector using nanofluids, Appl Therm Eng, Vol. 130, pp. 363–374, 2018.
دوره 13، شماره 1 - شماره پیاپی 25
اردیبهشت 1405
صفحه 122-132

  • تاریخ دریافت 23 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 23 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 24 آبان 1404