بررسي استفاده از فيلتر طيفي تركيبي نانو سيال - ماده تغيير فاز دهنده در سيستم فتوولتاييك/حرارتي

Investigation of using hybrid nanofluid-phase change material spectral splitter in photovoltaic/thermal system

سيستم فتوولتاييك/حرارتي با تركيب تكنولوژي‌هاي فتوولتاييك و كلكتور حرارتي خورشيدي قادر به توليد هم‌زمان حرارت و الكتريسيته است. فيلتر‌هاي طيفي به منظور استفاده كامل از طيف تابش خورشيدي و جداسازي حرارتي سلول‌هاي فتوولتاييك و سيال انتقال حرارت در سيستم فتوولتاييك/حرارتي به كار گرفته مي‌شوند. هدف از اين مقاله بررسي فيلتر طيفي تركيبي جديدي متشكل از ماده تغييرفازدهنده و نانوسيال به منظور دستيابي به فيلتري نزديك به فيلتر طيفي ايده‌آل است. در اين راستا، سيستم فتوولتاييك/حرارتي داراي فيلتر طيفي تركيبي نانوسيال-ماده تغييرفازدهنده با استفاده از معادلات موازنه انرژي در نرم‌افزار متلب شبيه‌سازي شد و عملكرد آن از ديدگاه انرژي و اگزرژي با دو سيستم فتوولتاييك/حرارتي معمولي و سيستم فتوولتاييك/حرارتي داراي فيلتر طيفي نانوسيالي مقايسه گرديد. همچنين، خواص نوري نانوسيالات و ماده تغييرفازدهنده مدل‌سازي شدند و مدل‌هاي ارائه‌شده با داده‌هاي تجربي موجود در پژوهش‌هاي گذشته اعتبار‌سنجي شدند. نتايج حاصل از اين بررسي نشان داد كه با استفاده از فيلتر طيفي تركيبي مي‌توان دماي فتوولتاييك را تا 50% كاهش داد و دماي سيال خروجي را تا بيش از دو برابر افزايش داد. بازده اگزرژي سيستم داراي فيلتر طيفي تركيبي در نسبت تمركز 30 به ترتيب 14 و 22 درصد بيشتر و اگزرژي تلف‌شده آن به ترتيب به ميزان 5 و 7 درصد كمتر از سيستم فتوولتاييك/حرارتي معمولي و سيستم داراي فيلتر طيفي نانوسيالي بدست آمد. همچنين از ديدگاه اگزرژي پيشنهاد شد كه از فيلتر طيفي تركيبي در نسبت‌هاي تمركز بيشتر از 15 استفاده شود.

The photovoltaic/thermal system is capable of generating both heat and electricity simultaneously. The purpose of using spectral filters is to make full use of the solar radiation spectrum and thermal separation of photovoltaic and thermal units. The purpose of this paper was to investigate a new hybrid spectral filter consisting of phase change material and nanofluid to achieve a filter close to the ideal spectral filter. In this regard, the photovoltaic/thermal system with a combined nanofluid-phase change material spectral filter was simulated using energy balance equations in MATLAB software and its performance was compared with two conventional and nanofluid-based spectral splitting photovoltaic/thermal systems from energy and exergy viewpoints. Also, the optical properties of nanofluid and phase change material were simulated and the models were validated with the experimental data available in the literature. The results showed that by using a combined filter the photovoltaic temperature can be reduced by up to 50% and the output fluid temperature can be increased by twice. The exergy efficiency of the system with the combined filter was about 14% and 22% higher than conventional and nanofluid-based spectral splitting photovoltaic/thermal systems, respectively. The system also achieved the highest exergy efficiency at concentration ratios greater than 15.