بررسی عددی تأثیر استفاده از نانوسیال آب-آلومینیوم اکسید (Al2O3) بر روی عملکرد ترمودینامیکی سامانه‌ی فتوولتائیک حرارتی (PV/T)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم-دانشکده کشاورزی-دانشگاه تربیت مدرس-تهران-ایران

2 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم-دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس. کیلومتر 17 اتوبان تهران کرج- بلوار پژوهش

10.22034/jrmam.2022.10062.527

چکیده

انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر می‌تواند برای تولید حرارت و الکتریسیته استفاه شود. در بین سامانه-های تولید توان با استفاده از انرژی خورشیدی، سامانه‌ی فتوولتائیک حرارتی (PV/T) یک فناوری نسبتا جدید و پرکاربرد است که می‌تواند به طور همزمان انرژی الکتریسیته و گرما تولید ‌کند. در سال‌های اخیر استفاده از مواد نانو در سامانه‌های خورشیدی به طور قابل توجهی گسترش یافته است. در پژوهش حاضر اثر استفاده از نانو سیال آب-آلومینیوم اکسید در سه غلظت حجمی 10/0، 075/0، 05/0 درصد و سه دبی حجمی ورودی 6/0، 9/0، 2/1 لیتر بر دقیقه بر بازده الکتریکی، بازده حراتی و بازده اکسرژی سامانه‌ی PV/T در ساعات مختلف روز به صورت عددی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و مقایسه آن با نتایج تجربی انجام شده است. دبی حجمی 2/1 لیتر بر دقیقه و غلظت حجمی 10/0 درصد نانوسیال آلومینیوم-اکسید با توجه به خنک‌کاری مناسب سامانه به عنوان نقاط ورودی بهینه به کار گرفته شدند. بیشترین مقدار بازده حرارتی که تابع اختلاف دمای ورودی و خروجی سیال است، در بیشینه شرایط تابش (W/m2960) با مقدار 53 درصد مشاهده شد. همچنین بیشترین مقدار بازده اکسرژی در فاصله‌ی زمانی بعد از ظهر (ساعت 16) با مقادیر 6/21 درصد و کمترین مقدار آن در فاصله زمانی ظهر (ساعت 13) با مقادیر 9/15 درصد مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of the Effect of Using Nanofluid (Al2O3-Water) on Thermodynamic Performance of PV/T System

چکیده [English]

Solar energy as a renewable energy source can be used to produce heat and electricity. Among solar energy power production systems, photovoltaic thermal (PV/T) technology is almost a new and widely-used hybrid technology that can simultaneously produce heat and electricity. In recent years, nanomaterials in solar energy systems have significantly increased. In the present study, the effect of using nano-fluid water-aluminum oxide at three volumetric concentrations (0.10, 0.07, and 0.05%), and three inlet flow rates (0.6, 0.9, and 1.2 l/min ) on the electric efficiency, thermal efficiency and exergy efficiency of PV/T system at different times of the day were numerically calculated using CFD. Then, their results were compared with the observed experimental results. The inlet flow rate of 1.2 liters min-1 and the aluminum oxide nano-fluid concentration of 0.10% were optimized as input points due to the proper cooling of the system. The thermal efficiency is a function of the difference between the inlet and outlet temperatures of the fluid, and its highest value was observed at the maximum irradiation condition (960 W/m2 ) with 53%. Additionally, the highest and lowest exergy efficiency values were 21.6% and 15.9%, respectively, in the afternoon. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy efficiency
  • Exergy efficiency
  • Photovoltaic-thermal
  • Nanofluid
  • Solar energy