تحليل اثر هندسه جاذب گرمايي با بكارگيري مبردهاي نانوسيال و مواد تغيير فاز دهنده ميكروكپسوله بر عملكردهاي پنل هاي فتوولتايي-گرمايي

Investigation of heat absorber geometry effect using nanofluid and Microencapsulated PCM on the photovoltaic-thermal (PV/T) panel performance

در اين مقاله به منظور بهبود عملكرد پنل فتوولتايي-گرمايي از طريق مديريت گرما، اثر چهار هندسه مختلف براي لوله‌هاي خنك‌كن شامل لوله دايروي مستقيم، لوله دايروي موج سينوسي، مجراي مستطيلي زيكزاكي، مجراي مستطيلي پله‌اي، و همچنين اثر نوع مبرد، و ميزان دبي مبرد بر توزيع دماي پنل و راندمان الكتريكي و گرمايي آن از طريق مدلسازي عددي بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه مجراي پله‌اي بهترين عملكرد را دارد، به طوريكه راندمان گرمايي و الكتريكيش به ترتيب 2/15% و 2/2% نسبت به لوله دايروي مستقيم افزايش يافته است. البته ميزان افت هد نيز در مجراي پله‌اي 6/2 برابر نسبت به لوله دايروي مستقيم افزايش داشته است. نتايج همچنين حاكي از آن است كه استفاده از سيال با مواد تغييرفاز دهنده‌ي ميكرو كپسوله شده سبب افزايش راندمان گرمايي تا حدود 40% نسبت به آب مي‌شود در حاليكه استفاده از نانوسيال نقره حدود 28% راندمان گرمايي را بهبود مي‌بخشد. افزايش دبي مبرد نيز سبب بهبود ضريب انتقال گرما شده كه منجر به كاهش ميانگين دماي سطح پنل حدود oC4/6 و oC5/7 به ترتيب در لوله دايروي مستقيم و مجراي پله‌اي مي‌شود.

To improve the performance of photovoltaic-thermal (PV/T) system through thermal management, the effects of four different geometry of cooling pipes including circular direct pipe (CDP), circular sinusoidal pipe (CSP), rectangular zigzag duct (RZD), and rectangular step duct (RSD), type of refrigerant, and flow rate are investigated on the temperature distribution, thermal, and electrical efficiencies through numerical modeling in this paper. The results show that RSD has the best performance, so that the thermal and electrical efficiencies have been improved by 15.2% and 2.2%, respectively. On the other hand, the fluid head loss in RSD is increased by about 2.6 times compared to that of CDP. The results also indicate that microencapsulated phase change material (MPCM) fluid leads to an increase in the thermal efficiency of about 40% respect to the water, however, Ag nano-fluid just improves the thermal efficiency by 28%. Increasing the flow rate of refrigerant also caused to enhance the heat transfer coefficient and leads to a decrease in the average surface temperature of the PV panel by 6.4oC and 7.5oC in CDP and RSD, respectively.