بهبود عملکرد پنل فتوولتائیک حرارتی با به‌کارگیری هندسه‌های مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار مهندسی مکانیک، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

2 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

3 کارشناس ارشد مهندسی انرژی دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

10.22059/ses.2025.391817.1126

چکیده

در این مقاله، به ‌منظور بهبود عملکرد پنل‌های فتوولتائیک حرارتی (PVT)، از هندسه‌های مختلف در طراحی سیستم استفاده ‌شده است. هدف اصلی، بررسی تأثیر پیکربندی‌های مختلف جریان بر انتقال حرارت، بهره‌وری حرارتی و بازده الکتریکی سیستم بوده است. در این پژوهش، چهار نوع پیکربندی جریان شامل مدل اصلی با ۸ لوله، مدل‌های اصلاح‌شده با ۶ و ۱۰ لوله و پیکربندی جریان مارپیچی دوگانه مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. نتایج شبیه‌سازی‌ها در نرم‌افزار کامسول نشان می‌دهد پیکربندی جریان مارپیچی دوگانه هنگام استفاده از آب به ‌عنوان سیال عامل، بهترین عملکرد را از نظر بازده الکتریکی و حرارتی ارائه می‌دهد. در این حالت، بازده الکتریکی به مقدار حداکثر 735/14 درصد و بازده حرارتی به مقدار 164/34 درصد رسیده است. این مقادیر در مقایسه با سایر پیکربندی‌ها ازجمله سیستم با 6 لوله (567/14 و 139/30 درصد)، 8 لوله (676/14 و 641/32 درصد) و 10 لوله (737/14 و 128/34 درصد) افزایش جزئی داشته‌اند. اگرچه این افزایش در بهره‌وری الکتریکی و حرارتی نسبت به پیکربندی‌های دیگر قابل‌ توجه نیست، اما نشان می‌دهد ‌پیکربندی مارپیچی دوگانه می‌تواند در شرایط خاصی به‌ عنوان یک گزینۀ بهینه انتخاب شود. این مطالعه همچنین اهمیت طراحی هندسی مناسب برای بهبود عملکرد سیستم‌های فتوولتائیک حرارتی و تأثیر آن بر کارایی کلی سیستم را برجسته می‌کند. یافته‌ها می‌توانند در توسعۀ فناوری‌های نوین و افزایش بازده سیستم‌های انرژی تجدید‌پذیر مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Improving the Performance of a Photovoltaic-Thermal Panel by Utilizing Different Geometries

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mazidi Sharafabadi 1
  • Mohammad Khodr Mohammad 2
  • Seyed Mohammad Sadegh MousaviShad 3
1 Associate Professor of Mechanical Engineering, Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran
2 M.Sc. in Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran
3 M.Sc. in Energy Engineering, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, various geometries are employed in the design of photovoltaic-thermal (PVT) systems to enhance their performance. The main objective is to investigate the impact of different flow configurations on heat transfer, thermal efficiency, and electrical efficiency of the system. This study examines four types of flow configurations, including the original model with 8 pipes, modified models with 6 and 10 pipes, and a dual-spiral flow configuration. Simulation results obtained using COMSOL software indicate that the dual-spiral flow configuration, when using water as the working fluid, provides the best performance in terms of electrical and thermal efficiency. In this case, the electrical efficiency reaches a maximum of 14.735%, while the thermal efficiency attains 34.164%. These values show a slight improvement compared to other configurations, including the 6-pipe system (14.567درصد and 30.139%), the 8-pipe system (14.676درصد and 32.641%), and the 10-pipe system (14.737درصد and 34.128%). Although the increase in electrical and thermal efficiency is not significantly higher than in other configurations, the results suggest that the dual-spiral configuration can be considered an optimal choice under specific conditions. This study also highlights the importance of proper geometric design in improving the performance of PVT systems and its impact on overall system efficiency. The findings can contribute to the development of innovative technologies and the enhancement of renewable energy system efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photovoltaic-Thermal Panel (PVT)
  • Fluid Flow Geometries
  • Heat Transfer and Energy Efficiency
  • Simulation
  • Dual-Spiral Configuration

مراجع

  • AGROUI, K. Indoor and outdoor characterizations of photovoltaic module based on mulicrystalline solar cells. Energy Procedia, 2012, 18: 857-866.‏
  • CHAUHAN, Priyesh J., et al. Battery energy storage for seamless transitions of wind generator in standalone microgrid. IEEE Transactions on Industry Applications, 2018, 55.1: 69-77.‏
  • ADEFARATI, Temitope; BANSAL, Ramesh C. Integration of renewable distributed generators into the distribution system: a review. IET Renewable Power Generation, 2016, 10.7: 873-884.‏
  • KUMAR, J. Senthil, et al. Optimizing renewable based generations in AC/DC microgrid system using hybrid Nelder-Mead–Cuckoo Search algorithm. Energy, 2018, 158: 204-215.‏
  • HU, Jianhui, et al. Energy performance of ETFE cushion roof integrated photovoltaic/thermal system on hot and cold days. Applied energy, 2016, 173: 40-51.‏
  • NELSON, Jenny A. The physics of solar cells. World Scientific Publishing Company, 2003.‏
  • SCHMIDTKE, Johanna. Commercial status of thin-film photovoltaic devices and materials. Optics Express, 2010, 18.S3: A477-A486.‏
  • RAHMAN, M. M.; HASANUZZAMAN, Md; RAHIM, Nasrudin Abd. Effects of various parameters on PV-module power and efficiency. Energy Conversion and Management, 2015, 103: 348-358.‏
  • SU, Di, et al. Comparative analyses on dynamic performances of photovoltaic–thermal solar collectors integrated with phase change materials. Energy Conversion and Management, 2017, 131: 79-89.‏
  • KURNIK, Jurij, et al. Outdoor testing of PV module temperature and performance under different mounting and operational conditions. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2011, 95.1: 373-376.‏
  • Liang, J. Zhang, L. Ma, Y. Li, Performance evaluation of new type hybrid photovoltaic/thermal solar collector by experimental study, Appl. Therm. Eng. 75, 2015, 487–492.
  • S. Hossain, A.K. Pandey, J. Selvaraj, N. Abd Rahim, A. Rivai, V.V. Tyagi,Thermal performance analysis of parallel serpentine flow based photovoltaic/ thermal (PV/T) system under composite climate of Malaysia, Appl. Therm. Eng. 153, 2019, 861–871.
  • Bellos, C. Tzivanidis, Multi-objective optimization of a solar assisted heat pumpdriven by hybrid PV, Appl. Therm. Eng. 149, 2019, 528–535.
  • The catalog of FDE- HYBRID “the PV-Thermal Panel, 2022.
  • Arslan, E., Aktas¸ , M., Can, O.F., Experimental and numerical investigation of a € novel photovoltaic thermal (PV/T) collector with the energy and exergy analysis. J. Clean. Prod. 276, 2020,123255.
  • Yoon, S.R. Lee, G.H. Go, Evaluation of thermal efficiency in different types of horizontal ground heat exchangers, Energy and Buildings 105, 2015, 100-105.
  • R. Dasare, S. K. Saha, Numerical study of horizontal ground heat exchanger for high energy demand applications, Applied Thermal Engineering 85, 2015, 252-263.
  • J. Kim, S. R. Lee, S. Yoon, J. S. Jeon, An applicable design method for horizontal spiral-coil-type ground heat exchangers, Geothermics 72, 2018, 338-347.
  • Kavanaugh, K. Rafferty, Ground-source heat pumps : design of geothermal systems for commercial and institutional buildings, ASHRAE, 1997.
  • Yang, D. J., Z. F. Yuan, P. H. Lee, and H. M. Yin. "Simulation and experimental validation of heat transfer in a novel hybrid solar panel." International Journal of Heat and Mass Transfer 55, no. 4, 2012, 1076-1082.
  • Khodadadi, M., Seyyed Ali Farshad, Z. Ebrahimpour, and M. Sheikholeslami. "Thermal performance of nanofluid with employing of NEPCM in a PVT-LFR system." Sustainable Energy Technologies and Assessments 47, 2021, 101340.
  • Blazek, “Computational Fluid Dynamics: Principles and Applications”, 3rd Ed., Elsevier, 2015.
  • BEJAN, Adrian. Advanced engineering thermodynamics. John Wiley & Sons, 2016.‏

SAMPATHKUMAR, K.; SENTHILKUMAR, P. Utilization of solar water heater in a single basin solar still—an experimental study. Desalination, 2012, 297: 8-19.‏

فصلنامه سیستم های انرژی پایدار
دوره 4، شماره 3
تیر 1404
صفحه 339-358

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار