بررسي پارامتري يك سيستم فتوولتاييك حرارتي بر پايه نانو سيال با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي

Parametric Analysis of a Nanofluid Based Photovoltaic Thermal System, Using Computational Fluid Dynamic

در اين مطالعه با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي، اثر استفاده از سيال كاري آب خالص و نانو سيال اكسيد روي-آب بر عملكرد يك سيستم فتوولتاييك حرارتي مورد ارزيابي قرار مي گيرد. هم چنين، اثر پارامترهاي مستقل از ساختمان سيستم بر بازده الكتريكي و حرارتي سيستم فتوولتاييك حرارتي بر پايه نانوسيال اكسيد روي-آب بررسي مي شود. پارامترهاي بررسي شده در اين مطالعه، ميزان تشعشع جذب شده توسط سلول هاي فتوولتاييك، سرعت باد، دماي محيط، دماي سيال خنك كننده ورودي به كلكتور حرارتي، دبي جرمي سيال خنك كننده و درصد جرمي نانوذرات در نانوسيال اكسيد روي-آب مي باشند. در اين پژوهش با ساخت بستر كامل آزمايشگاهي، نتايج مدل عددي سه بعدي با نتايج آزمايشگاهي اعتبارسنجي مي شود. 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 مي شود. نتايج بررسي عددي نشان مي دهد، بازده حرارتي سيستم فتوولتاييك حرارتي با سيال كاري نانوسيال با افزايش تشعشع جذب شده توسط سلول هاي فتوولتاييك، دماي محيط، دبي جرمي سيال خنك كننده و درصد جرمي نانوذرات در نانوسيال اكسيد روي-آب زياد مي شود. در حالي كه افزايش سرعت باد و دماي سيال خنك كننده ورودي به كلكتور حرارتي سبب كاهش بازده حرارتي سيستم مي شوند. هم چنين، تغييرات پارامترهاي بررسي شده در اين مطالعه اثر اندكي بر بازده الكتريكي سيستم فتوولتاييك حرارتي دارد. افزايش نسبي بازده الكتريكي و حرارتي سيستم فتوولتاييك حرارتي با سيال كاري نانوسيال اكسيد روي-آب با درصد جرمي 12 درصد نسبت به آب خالص به ترتيب 0.28 و 12.58 درصد است.

In this study, the effects of using pure water and Zinc oxide/water nanofluid as working fluids on the performance of a photovoltaic thermal system are evaluated using computational fluid dynamic approach. Moreover, effects of the parameters that are independent of the system design on the electrical and thermal efficiencies of the photovoltaic thermal system with Zinc oxide/water nanofluid are investigated. The studied parameters are: absorbed solar irradiation, wind speed, ambient temperature, coolant inlet temperature, coolant mass flow rate, and nanoparticles mass fraction in the Zinc oxide/water nanofluid. In this study, using the designed setup, the three-dimensional numerical model is validated by comparing the simulation results with those of the experiments. The experiments are performed on a selected day in August at the Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran (Latitude: 36° and Longitude: 59°). Based on the numerical results, the thermal efficiency of the photovoltaic thermal system with Zinc oxide/water nanofluid is enhanced by increasing the absorbed solar irradiation, ambient temperature, coolant mass flow rate, and nanoparticles mass fraction. However, increasing the wind speed and coolant inlet temperature decreases the thermal efficiency of the system. Moreover, the considered parameters in this study have slight effects on the electrical efficiency of the photovoltaic thermal system. The relative increase of the electrical and thermal efficiencies of the photovoltaic thermal system with Zinc oxide/water nanofluid with 12 % by weight compared to that of pure water is 0.28 % and 12.58 %, respectively.