بررسي عددي و تجربي بهينه سازي سيستم فتوولتاييك حرارتي با استفاده از روش تاگوچي

Numerical and experimental investigation of optimization of photovoltaic thermal system, using taguchi method

در اين مطالعه عملكرد يك سيستم فتوولتاييك حرارتي به صورت عددي و آزمايشگاهي بررسي شده است. در بررسي عددي، با استفاده از روش تاگوچي، بهينه ترين محيط و زمان كاركرد سيستم و هم چنين مناسب ترين پارامتر هاي مستقل از ساختمان سيستم به منظور افزايش بازده آن در يك محيط و زمان مشخص، تعيين شده است. سپس با استفاده از پارامتر هاي بهينه تعيين شده در تحليل تاگوچي، عملكرد سيستم به صورت آزمايشگاهي و از دو ديدگاه انرژي و اگزرژي مورد مطالعه قرار گرفته است. در بررسي آزمايشگاهي با ساخت بستر كامل آزمايشگاهي، عملكرد يك واحد فتوولتاييك معمولي و يك سيستم فتوولتاييك حرارتي با سيال كاري آب، با يكديگر مقايسه شده است. آزمايش ها در دانشگاه فردوسي مشهد با عرض جغرافيايي 36 درجه و طول جغرافيايي 59 درجه و در يك روز معين در مرداد ماه انجام شده است. نتايج بررسي عددي سيستم فتوولتاييك حرارتي نشان مي دهد، موثرترين پارامتر بر عملكرد سيستم ، دماي سيال خنك كننده ورودي به كلكتور مي باشد و بهينه ترين مقدار آن براي بهبود عملكرد سيستم فتوولتاييك حرارتي 20 درجه سانتي گراد است. هم چنين بازده انرژي كلي سيستم فتوولتاييك حرارتي در حالت بهينه 69.02 درصد مي باشد. نتايج بررسي آزمايشگاهي بيان مي كند، ميانگين انرژي الكتريكي خروجي از سيستم فتوولتاييك حرارتي حدود 6.27 درصد بيشتر از واحد فتوولتاييك معمولي مي باشد. هم چنين ميانگين بازده هاي انرژي و اگزرژي حرارتي در طول آزمايش براي سيستم فتوولتاييك حرارتي به ترتيب 34.12 و 0.72 درصد مي باشد.

In this study, the performance of a photovoltaic thermal system (PVT) is investigated in a numerical and experimental study. In the numerical part, the Taguchi method is applied to determine the optimum place and time of the PVT system. Moreover, the optimum parameters that are independent of the design of the PVT system are obtained to improve the performance of the system in a specific place and time. Using the specified optimum parameters, the performance of the system is investigated from the energy and exergy viewpoints, experimentally. In the experimental study, using the designed setup, the performance of a water based PVT system is compared with that of a conventional photovoltaic unit (PV). The experiments are performed on a selected day in August at the Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran (Latitude: 36° and Longitude: 59°). The numerical results indicate that the most effective parameter on the performance of the PVT system is the coolant inlet temperature and its optimal value is 20 °C. Moreover, the total energy efficiency of the PVT system in the optimum working condition is 69.02 %. The experimental results reveal that the average output electrical energy of the PVT system is 6.27 % more than that of the PV unit. In addition, the average thermal energy and exergy efficiencies of the PVT system are 34.12 % and 0.72 %, respectively.