بررسی تجربی اثر نانوسیال -سیلیکا/آب مقطر- در واحدهای فتوولتاییک حرارتی

سلول های فتوولتائیک متشکل از موادی نیمه هادی می باشند که انرژی پرتوهایی با طول موج کوتاه منتشر شده از خورشید را به طور مستقیم به الکتریسیته تبدیل می کنند. به دلیل اینکه تمام امواج جذب شده انرژی لازم برای تولید الکتریسیته در سلولها را ندارند، در سلول ها تولید حرارت می شود. با توجه به معادله ی کلی دیود که رفتار یک سیستم ساده فتوولتائیک را بیان می کند، افزایش دما سبب کاهش ولتاژ مدار باز و در نتیجه کاهش بازده الکتریکی سیستم فتوولتائیک می شود. با افزودن سیستم بازیاب حرارت به واحد فتوولتائیک، می توان علاوه بر بازده الکتریکی، بازده کلی سیستم را که شامل بازده الکتریکی و حرارتی می شود، افزایش داد. این سیستم ها به واحدهای فتوولتائیک- حرارتی معروف هستند. ترکیب استفاده از بالانس انرژی و تحلیل های جریان سیال، امکان پیش بینی رفتار دینامیکی یک سیستم فتوولتائیک- حرارتی را تحت تحریک های خارجی، مانند تغییرات آب و هوایی، میزان مصرف سیال و شرایط ساخت واحد، می دهد. به این منظور تحلیلی جامع، شامل بالانس معادلات انرژی برای اجزای مختلف در سیستم بازیاب حرارت و واحد فتوولتائیک در یک سیستم فتوولتائیک- حرارتی انجام شده است. در این تحقیق به عنوان ایده ای بدیع، اثر تغییر سیال خنک کننده ی واحد فتوولتائیک از آب مقطر به نانوسیال، در بازده حرارتی (از لحاظ انرژی و اگزرژی) و الکتریکی به صورت آزمایشگاهی، با طراحی و ساخت تمامی اجزای یک واحد فتوولتائیک- حرارتی، مورد بررسی قرار گرفته است. سیالهای مورد استفاده در این آزمایش، آب مقطر خالص و نانوسیال سیلیکا با سیال پایه ی آب مقطر در غلظت های 4/0درصد و 2/1درصد حجمی می باشد. به منظور بررسی صحت انجام آزمایش ها تحلیلی جامع از عدم قطعیت سیستم آزمایشگاهی صورت گرفته است. نتایج تحلیل عدم قطعیت ها نشان از دقت کافی در انجام آزمایش دارد. با تبدیل انرژی الکتریکی واحد فتوولتائیک به انرژی حرارتی معادل، میانگین افزایش 6/3 درصدی بازده کل انرژی با استفاده از آب مقطر/ نانوسیلیکا %4/0حجمی، نسبت به استفاده آب مقطر خالص و میانگین افزایش 9/7 درصدی بازده انرژی کل با استفاده از آب مقطر/ نانوسیلیکا %2/1حجمی، نسبت به استفاده از آب مقطر خالص در کلکتور واحد فتوولتائیک- حرارتی مشاهده می شود. در بازده حرارتی واحد فتوولتائیک- حرارتی با افزایش غلظت سیال به 4/0درصد و 2/1درصد به ترتیب میانگین افزایش بازدهی 6/7 درصد و 8/12 درصد نسبت به آب مقطر خالص مشاهده می شود. با افزودن کلکتور حرارتی به واحد فتوولتائیک با سیال عامل آب مقطر، شاهد افزایش 36/19واحد اگزرژی، و برای نانوسیلیکا/آب مقطر با غلظت های 4/0درصد حجمی و 2/1درصد حجمی به ترتیب 61/22 و 31/24 واحد اگزرژی کل سیستم، به ازای واحد سطح کلکتور می باشیم. همچنین شبیه سازی سیستم آزمایشگاهی توسط نرم افزار trnsys صورت گرفته است و نتایج اولیه ی آن، شامل پیش بینی دمای سطح واحد فتوولتائیک، دمای خروجی سیال از کلکتور و نیز توان الکتریکی و حرارتی خروجی از کلکتور در مقایسه با کار آزمایشگاهی ارائه شده است.