Title of article :
Energy and Exergy Evaluation of Multi-channel Photovoltaic/Thermal Hybrid System: Simulation and Experiment
Author/Authors :
Hosseini Rad, A Department of Energy - Materials and Energy Research Center (MERC), Tehran, Iran , Ghadamian, H Department of Energy - Materials and Energy Research Center (MERC), Tehran, Iran , Haghgou, H. R Department of Energy - Materials and Energy Research Center (MERC), Tehran, Iran , Sarhaddi, F Department of Mechanical Engineering - University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
Abstract :
In this research, a pilot study and analysis of an innovative multi-channel photovoltaic/thermal
(MCPV/T) system in a geographic location (35° 44' 35'' N, 50° 57' 25'' E) has been carried out. This
system consists of integrating a photovoltaic panel and two PV/T heat-sink converters. The total
electrical, exergy and energy efficiencies of the system at air flow rate of 0.005 kg/s and radiation
intensity of 926 w/m2 were 9.73%, 10.72%, and 47.24%, respectively. An air flow rate of 0.011 kg/s and
the radiation intensity of 927 w/m2 were also achieved to be 9.35%, 10.40% and 65.10%, respectively.
Based on simulation results considering experiments validations, as the air flow rate increases, the
overall energy efficiency increases to the maximal amount of 80%. However, the maximum exergy
efficiency value has a local optimal point of 13.46% at a fluid flow rate of 0.024 kg/s. Similarly, with
increasing channel heights, the total energy efficiency decreased to 70%, and the maximum exergy
efficiency has a local optimal point of 13.64% at channel height of 0.011 m. As an overall achievement,
the system has higher energy quality (exergy efficiency) in laminar flow regime and has higher energy
efficiency under turbulent flow conditions.
Farsi abstract :
در اين پژوهش به بررسي نمونه وار پايلوت و تحليل يك سيستم فتوولتائيك حرارتي چند كاناله (MCPV/T) نوآورانه به
همراه اندازه گيري محيطي در منطقه ي جغرافيايي با مختصات (35° 44' 35'' N, 50° 57' 25'' E) پرداخته شده است. اين
سيستم از يكپارچه سازي يك پنل فتوولتائيك و دو مبادله كن حرارتي چندكاناله تشكيل شده است. بازده هاي الكتريكي،
اگزرژي و انرژي كلي سيستم در نرخ جريان سيال هواي kg/s 005 / 0 و شدت تابش 2m/W 926 به ترتيب 73 / 9 ،%
72 / 10% و 24 / 47 % و در نرخ جريان سيال هوا kg/s 011 / 0 و شدت تابش 2w/m 927 به ترتيب 35 / 9 ،% 40 / 10 % و 65 / 10 %
به دست آمده است. بر اساس نتايج شبيه سازي كه در تطابق مناسبي با نتايج حاصل از آزمون آزمايشگاهي مي باشد، با افزايش
نرخ جريان سيال هوا بازده انرژي كلي افزايش يافته و به يك مقدار حدي 80 % ميل مي كند، اين در حاليست كه مقدار بيشينه ي
بازده اگزرژي داراي يك نقطه ي بهينه ي محلي 46 / 13 % در نرخ جريان سيال kg/s 024 / 0 مي باشد. به طور مشابه با افزايش
ارتفاع مجراي جريان، بازده انرژي كلي كاهش يافته و به يك مقدار حدي 70 % ميل ميكند و بازده بيشينه ي اگزرژي داراي
يك نقطه ي بهينه ي محلي 64 / 13 % در ارتفاع مجراي جريان m 011 / 0 مي باشد. به طور كلي مي توان چنين گفت كه سيستم
در شرايط رژيم جريان آرام داراي كيفيت انرژي (راندمان اگزرژي) بالاتر و در شرايط رژيم جريان آشفته داراي كميت انرژي
(بازده انرژي) بالاتر است.
Keywords :
Photovoltaic/ Thermal , Laminar and Turbulent Flows , Multichannel System , Exergy and Energy Analysis , Computational Modeling