مطالعه ی آزمایشگاهی ومدل سازی cfd بهبود انتقال حرارت سیستم فتوولتاییک /گرمایی خورشیدی

پنل های خورشیدی بخش کمی از تشعشع خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کنند، قسمت اعظم تشعشع باقی مانده به گرما تبدیل شده و دمای پنل را افزایش می دهد. با افزایش دمای سلول فتوولتائیک، بازده کاهش می یابد. در این پایان نامه برای کاهش دمای ماژول فتوولتائیک، یک واحد گرمایی با سیال عامل هوا، ساختار مارپیچ و سطح مقطع مستطیلی طراحی و ساخته می شود. واحد گرمایی در پشت پنل نصب می شود و سیستم فتوولتائیک /گرمایی را به وجود می آورد. با استخراج حرارت، دمای پنل کاهش و خروجی الکتریکی آن افزایش می یابد، به علاوه با تولید هوای گرم نوع دیگری از انرژی از همان سیستم دریافت می شود. سیستم فوق، توسط دو نوع barrier بهینه می شود و عملکرد سه سیستم بر اساس نتایج تجربی ارزیابی می گردد. در سیستم های طراحی شده، افزایش جریان هوا سبب ازدیاد بازده الکتریکی و گرمایی می شود. در تمام جریان های بررسی شده، barrier نوع دوم بیش ترین میزان افزایش بازده الکتریکی را از خود نشان می دهد. بیش ترین میزان افزایش در دبی m3/h 15 اتفاق می افتد که برای barrier نوع دوم، نوع اول و کانال ساده به ترتیب برابر است با 46/5 % ، 84/4% و 042/0% . بیش ترین بازده گرمایی به دست آمده در محدوده ی جریان مطالعه شده، برای barrier نوع دوم، نوع اول و کانال ساده به ترتیب 84/30، 42/30 و 86/23 می باشد. افزایش عدد رینولدز باعث افزایش عدد ناسلت می شود که بیانگر افزایش نرخ انتقال حرارت جابه جایی است. بیش ترین عدد ناسلت برای barrier نوع دوم، نوع اول و کانال ساده به ترتیب 77/62، 28/57 و 15/45 می باشد. در تمام شرایط بررسی شده، عدد ناسلت barrierدوم از مقادیر به دست آمده برای سیستم های دیگر بیش تر است. نتایج نشان می دهند که استفاده از barrier در جریان های کم موثرتر از جریان های زیاد است. افزایش جریان هوا با افزایش افت فشار همراه است، در محدوده ی بررسی شده، افت فشار barrier نوع دوم بیش از barrier نوع اول و افت barrier نوع اول بیش از سیستم بدون barrier است. از آنجایی که افزایش انتقال حرارت (در نتیجه افزایش بازده الکتریکی و گرمایی ) به علت نصب barrier با افزایش افت فشار و هزینه همراه است، پارامتری به نام عملکرد گرمایی-هیدرولیکی معرفی گردید با این تعبییر که مقایسه ها در توان ثابت پمپ انجام می شوند. در تمام محدوده ی رینولدز بررسی شده، عملکرد گرمایی-هیدرولیکی barrier نوع دوم بیش از barrier نوع اول و مقادیر هر دو بزرگتر از یک می باشد که بیانگر آن است که واحد گرمایی مجهز به barrier نوع دوم نسبت به دو واحد دیگر عملکرد بهتری دارد و عملکرد واحد گرمایی با barrier نوع اول از واحد گرمایی بدون barrier بهتر است، همچنین استفاده از barrier عایدی خالص انرژی دارد. با افزایش عدد رینولدز مقدار این پارامتر کاهش می یابد. بهترین عملکرد گرمایی-هیدرولیکی 790/1 در رینولدز حدود 1100می باشد. از مدل سازی cfd برای تعیین الگوی جریان و آنالیز داده های آزمایشگاهی استفاده شده است. با استناد به نتایج شبیه سازی مشاهده می گردد که ساخت واحد خنک کن به صورت مارپیچ سرعت هوا را در مقایسه با واحد گرمایی متداول افزایش می دهد. نصب barrier علاوه بر افزایش بیش تر سرعت با تغییر مسیر حرکت سیال و منحرف کردن آن به سمت سطح پشت پنل به افزایش تلاطم و ضریب انتقال حرارت کمک می کند. همچنین از ایجاد جریان چرخشی با سرعت کم در انتهای کانال یک و سه در نزدیکی دیواره جلوگیری می کند که در افزایش نرخ انتقال حرارت نقش مثبتی دارد. چون barrier نوع دوم نسبت به barrier نوع اول قطعات بیش تر دارد، شدت تلاطم را بیش تر افزایش می دهد، سطح موجود برای حرکت سیال را کم تر می کند و در نتیجه سرعت سیال را در مقایسه با barrier نوع اول بیش تر افزایش می دهد، این موارد منجر به افزایش بیش تر نرخ انتقال حرارت و عملکرد بهتر barrier نوع دوم نسبت به نوع اول می شوند.