مقایسه تجربی عملکرد سیستم های فتوولتایی/گرمایی حاوی نانوسیال های هیبریدی دوتایی و سه تایی – بخش اول: آنالیز انرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

چکیده

این مقاله به مقایسه آزمایشگاهی قابلیت خنک­کاری نانوسیال­های هیبریدی دوتایی و سه­تایی در یک سیستم فتوولتایی/گرمایی مجهز به گردآور
صفحه-لوله مارپیچی اختصاص داده شده است. سوسپانسیون­های پایدار آب-اکسید گرافن/اکسید تیتانیوم، آب-اکسید گرافن/اکسید آهن و آب-اکسید تیتانیوم/اکسید آهن به عنوان نانوسیال هیبریدی دوتایی و نانوسیال آب-اکسید گرافن/اکسید تیتانیوم/اکسید آهن به عنوان نانوسیال هیبریدی سه­تایی به کار گرفته شده­اند. آزمایش­های متعددی به منظور بررسی اثر دبی جرمی نانوسیال (20-80 کیلوگرم بر ساعت) بر روی عملکرد سیستم با استفاده از یک شبیه­ساز خورشیدی انجام شده است. نتایج نشان داد که در میان سیستم­های مورد بررسی، بهترین عملکرد گرمایی، الکتریکی و کلی همواره متعلق به سیستم فتوولتایی/گرمایی حاوی نانوسیال هیبریدی سه­تایی است، در حالی که بدترین عملکرد نیز همواره به سیستم حاوی نانوسیال آب-اکسید تیتانیوم/اکسید آهن تعلق دارد. علاوه­بر این، نتایج نشان داد که بازده گرمایی، بازده الکتریکی و بازده کلی سیستم حاوی نانوسیال هیبریدی سه­تایی، به ترتیب در
 بازه­های 14/42-80/53 درصد،  01/13-02/13 درصد و 29/78-95/89 درصد است. همچنین، مشخص شد که عملکرد گرمایی، الکتریکی و کلی سیستم­های مورد بررسی با رشد دبی جرمی نانوسیال­ها ارتقا می­یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  • Mariam E, Ramasubramanian B, Reddy VS, Dalapati GK, Ghosh S, PA TS, Chakrabortty S, Motapothula MR, Kumar A, Ramakrishna S, Krishnamurthy S. Emerging trends in cooling technologies for photovoltaic systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2024;192:114203.
  • Kazem HA, Chaichan MT, Al-Waeli AHA, Sopian K. A systematic review of photovoltaic/thermal applications in heat pumps systems. Solar Energy. 2024;269:112299.
  • Lekbir A, Hassani S, Mekhilef S. Techno-economic and life cycle assessment of a nanofluid-based concentrated Photovoltaic/Thermal-Thermoelectric hybrid system. Journal of Power Sources. 2024;595:234066.
  • Prakash KB, Chinnasamy S, Manimuthu C, Kumar PM. Assimilation of a novel thermal collector and phase change material in photovoltaic/thermal system - An energy and exergy based comparative study. Journal of Energy Storage. 2024;81:110461.
  • Abdollahi SA, Ranjbar SF, Jafari M. Numerical investigation of increasing the efficiency of thermal photovoltaic system by changing the level of heat transfer distribution. Case Studies in Thermal Engineering. 2024;54:103989.
  • Almoatham S, Chiasson A, Mulford R, Moreno-Pena M. Development of experimentally-validated models for nocturnal cooling of thermal systems with photovoltaic thermal (PVT) modules. Solar Energy. 2024;268:112279.
  • Mortadi M, Fadar AE, Begdouri OA. 4E analysis of photovoltaic thermal collector-based tri-generation system with adsorption cooling: Annual simulation under Moroccan climate conditions. Renewable Energy. 2024;221:119828.
  • Sirin C, Goggins J, Hajdukiewicz M. A review on building-integrated photovoltaic/thermal systems for green buildings. Renewable Energy. 2023;229:120607.
  • Soltani S, Kasaeian A, Lavajoo A, Loni R, Najafi G, Mahian O. Exergetic and environmental assessment of a photovoltaic thermal-thermoelectric system using nanofluids: Indoor experimental tests. Energy Conversion and Management. 2020;218:112907.
  • Tembhare SP, Barai DP, Bhanvase BA. Performance evaluation of nanofluids in solar thermal and solar photovoltaic systems: A comprehensive review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022;153:111738.
  • Murtadha TK. Effect of using Al2O3/TiO2 hybrid nanofluids on improving the photovoltaic performance. Case Studies in Thermal Engineering. 2023;47:103112.
  • Memon AA, Usmna Khan WA, Muhammad T. Numerical investigation of photovoltaic thermal energy efficiency improvement using the backward step containing Cu-Al2O3 hybrid nanofluid. Alexandria Engineering Journal. 2023;75:391-406.
  • Khalili Z, Sheikholeslami M. Analyzing the effect of confined jet impingement on efficiency of photovoltaic thermal solar unit equipped with thermoelectric generator in existence of hybrid nanofluid. Journal of Cleaner Production. 2023;406:137063.
  • Azizi M, Tabatabaeekollor R, Motevali A, Seyedi SRM. Evaluation of mono and hybrid nano-fluids on energy and exergy parameters of a photovoltaic-thermal system equipped with an eccentric parabolic trough concentrator. Applied Thermal Engineering. 2023;223:119979.
  • Hooshmandzade N, Motevali A, Seyedi SRM, Biparva P. Influence of single and hybrid water-based nanofluids on performance of microgrid photovoltaic/thermal system. Applied Energy. 2021;304:117769.
  • Bindu MV, Herbert GMJ. Experimental investigation of stability, optical property and thermal conductivity of water based MWCNT-Al2O3-ZnO mono, binary and ternary nanofluid. Synthetic Metals. 2022;287:117058.
  • Wang MX, Almasi B, Bu sinnah ZA, Majdi HSh, Altalbawy FMA, Toghraie D, Waleed I, Zabibah RS, Altimari US, Zhang YX. A comprehensive laboratory measurement on the thermal characteristics of Ag–CuO–tungsten oxide/water nanofluid in mono, hybrid and ternary cases and presenting a new correlation. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2023;143:104682.
  • Ahmed SE, Raizah Z, Arafa AAM, Hussein SA. FEM treatments for MHD highly mixed convection flow within partially heated double-lid driven odd-shaped enclosures using ternary composition nanofluids. International Communications in Heat and Mass Transfer. 2023;145:106854.
  • Adun H, Adedeji M, Dagbasi M, Bamisile O, Senol M, Kumar R. A numerical and exergy analysis of the effect of ternary nanofluid on performance of Photovoltaic thermal collector. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2021;145:1413-1429.
  • Adun H, Mukhtar M, Adedeji M, Agwa T, Ibrahim KH, Bamisile O, Dagbasi M. Synthesis and application of ternary nanofluid for photovoltaic-thermal system: comparative analysis of energy and exergy performance with single and hybrid nanofluids. Energies. 2021;14:4434.
  • Adun H, Adedeji M, Ruwa T, Senol M, Kavaz D, Dagbasi M. Energy, exergy, economic, environmental (4E) approach to assessing the performance of a photovoltaic-thermal system using a novel ternary nanofluid. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022;50:101804.
  • Bhat AY, Qayoum A. Performance enhancement of Photovoltaic-thermal system using hybrid tubes: An assessment of thermodynamic and thermohydraulic efficiencies. Applied Thermal Engineering. 2023;230:120652.
  • Abdalla AN, Shahsavar A. An experimental comparative assessment of the energy and exergy efficacy of a ternary nanofluid-based photovoltaic/thermal system equipped with a sheet-and-serpentine tube collector. Journal of Cleaner Production. 2023;395:136460.
  • Kenfack AZ, Nematchoua MK, Simo E, Mfoundikou MN, Fosso JVK, Babikir MH, Chara-Dackou VS. Exergetic optimization of some design parameters of the hybrid photovoltaic/thermal collector with bi-fluid air/ternary nanofluid (CuO/MgO/TiO2). SN Applied Sciences. 2023;5:226.
  • Sepehrnia M, Shahsavar A, Maleki H, Moradi A. “Experimental study on the dynamic viscosity of hydraulic oil HLP68-Fe3O4-TiO2-GO ternary hybrid nanofluid and modeling utilizing machine learning technique. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2023;145:104841.
  • Shahsavar A, Salimpour MR, Saghafian M, Shafii M B. Experimental investigation on laminar forced convective heat transfer of ferrofluid loaded with carbon nanotubes under constant and alternating magnetic field. Experimental thermal and fluid science. 2016;76:1-11.
  • Moffat R. Describing the uncertainties in experimental results. Experimental Thermal and Fluid Science. 1988;1:3-17.