شبيه‌سازي انرژي و تحليل پارامتري سيستم فتوولتائيك حرارتي آب خنك

Energy Simulation and Parametric Analysis of Water Cooled Photovoltaic/Thermal System

در اين مقاله شبيه سازي انرژي سيستم فتوولتائيك حرارتي آب خنك با استفاده از توسعه كد در نرم افزار متلب انجام شده است. آرايش سيستم به صورت كلكتور ورق و لوله مارپيچ است. مدل ارائه شده در اين مقاله با داده‌هاي تجربي اعتبار سنجي شده و در ادامه عملكرد كلي سيستم مورد بررسي قرار گرفته است. سپس براي تحليل عملكرد انرژي سيستم شبيه سازي شده از تحليل پارامتري استفاده شده است. بر اين اساس تغييرات بازده كلي انرژي و افت فشار با تغيير دبي سيال خنك كن، فاصله بين لوله‌ها و قطر لوله‌ها بررسي شده است. با بررسي نمودارهاي تحليلي در حالت‌هاي مختلف، مي‌توان محدوده پارامترهاي كنترلي و عملكردي را ارزيابي نمود و بر اساس آن خروجي مورد انتظار را در يك چارچوب منطقي به دست آورد. اين نوع تحليل يك گام مهم به منظور طراحي كاربردي سيستم خواهد بود و بر اساس آن مي‌توان در شرايط اقليمي مختلف، طراحي بهينه سيستم از ديدگاه بهبود بازدهي انرژي را تطبيق داد. نتايج نشان مي‌دهد عملكرد سيستم فتوولتائيك حرارتي با دبي جرمي 0/016 كيلوگرم بر ثانيه و با لوله‌هايي به قطر خارجي 1سانتيمتر و با فاصله 7تا 11سانتيمتر از يكديگر بهينه است.

In this paper computerized simulation of water-cooled photovoltaic/thermal system has been investigated. The configuration of the selected system was a plate and spiral tube type. Energy simulation was done through code development in MATLAB software. The proposed model has been validated with practical data. Thereafter, overall performance of the system has been evaluated. Afterwards, parametric analysis was done in order to compare the effect of the variation of operational parameters on thermal and electrical energy efficiencies. To cover this aim, variation of overall efficiency and pressure drop have been investigated versus variation of water flow rate and the distance between tubes as well as the diameter of tubes. According to the results of simulation and analytical studies, the expected output can be specified logically with evaluation of operational and performance parameters. This procedure is a key step which should be considered for the optimal design of the system in different weather conditions considering energy efficiency improvements. According to the results of this research, for the simulated photovoltaic/thermal system following values shows the optimum amounts: water flow rate of 0.016 kg/s, the outer diameter of the water side pipe 1 cm and the distance between pipes in a range of 7 to 11 cm.