بررسی پارامترهای موثر در بهبود عملکرد جمع‏ کننده ‏های خورشیدی فتوولتائیک-گرمایی

سوخت های فسیلی که منابع فعلی انرژی بشر می باشند، جواب گوی نیاز روزافزون جوامع به انرژی نیستند؛ جایگزینی کردن این منابع با منابعی پایدار و مطمئن از انرژی ضروری می نماید. انرژی های تجدیدپذیر منابعی دائمی، در دسترس و تمیز و گزینه ای مناسب برای جایگزین کردن منابع فعلی انرژی می باشند. انرژی خورشید یکی از پرکاربردترین گونه های انرژی های تجدیدپذیر می باشد که امروزه به صورت های مختلفی به کار گرفته می شود. کاربردهای انرژی خورشیدی را می توان در دو دسته اصلی گرمایی و الکتریکی دسته بندی نمود. با وجود مزایای زیاد سیستم های خورشیدی گرمایی و الکتریکی، محدودیت هایی بر سر راه گسترش استفاده از این نوع انرژی وجود دارد. طولانی بودن زمان بازگشت سرمایه به دلیل پایین بودن بازده صفحات فتوولتائیک، کاهش بازده صفحات با افزایش دما، هزینه بالای تولید و نصب صفحات و نیاز به مساحت زیاد برای نصب هم زمان سیستم های گرمایی و الکتریکی از جمله مسائلی هستند که برای استفاده از سیستم های خورشیدی مطرح می باشد. ترکیب سیستم های خورشیدی گرمایی و الکتریکی در یک مجموعه واحد منجر به بهبود عملکرد سیستم های خورشیدی می گردد. این مجموعه واحد جمع کننده خورشیدی فتوولتائیک-گرمایی نامیده می شود. سیستم ترکیبی علاوه بر مزیت اشغال فضای کمتر، در کل بازدهی بیشتر از سیستم-های جداگانه گرمایی و الکتریکی دارد. در این تحقیق یک سیستم ترکیبی شبیه سازی و اثر پارا مترهای سیستم بر عملکرد آن بررسی شده است. سیستم های فتوولتائیک-گرمایی با هندسه صفحه و لوله به دلیل ساختار ساده شان به راحتی با ترکیب سیستم های گرمایی و الکتریکی موجود در بازار ساخته می شوند و جایگزینی مناسب برای سیستم های گرمایی و الکتریکی فعلی می باشند؛ سیستم های صفحه و لوله بازده مناسبی نیز دارند؛ با در نظر گرفتن این ویژگی ها این هندسه برای شبیه سازی استفاده شده است. به-دلیل دمای جوش پایین، جریان مبردها در لوله در دماهای پایین دو فازی می شود و به دلیل ضریب انتقال حرارت بالای دو فازی، سیستم های فتوولتائیک-گرمایی با سیال عامل مبرد، دمای کاری پایین تر و در نتیجه بازده الکتریکی بالاتری نسبت به سیستم های مشابه با سیال عامل آب دارند. به همین دلیل ابتدا استفاده از مبرد به عنوان سیال خنک کننده سیستم بررسی شده است. به این منظور جریان دو فازی مبرد در لوله صاف و مارپیچ با مدل مخلوط گازها شبیه سازی شده است. ولی به دلیل هم خوان نبودن نتایج مدل سازی جریان دو فازی با نتایج کارهای تجربی انجام شده، نهایتا سیال عامل آب با جریان تک فازی برای شبیه سازی به کار برده شده-است. دما و دبی جرمی سیال ورودی به سیستم و همچنین پوشش دار یا بدون پوشش بودن سیستم، از جمله عواملی هستند که بر عملکرد سیستم های ترکیبی اثر می گذارند. با توجه به نتایج، با افزایش دمای سیال ورودی به میزان k 20، بازده حرارتی و الکتریکی به ترتیب %8 و %15 کاهش می یابند. افزایش دبی جرمی از kg/s 005/0 تا kg/s 1/0، بازده الکتریکی و حرارتی را به میزان %3/4 و %7/9 افزایش و دمای خروجی سیال را به میزان %9/4 کاهش می دهد. بنابراین دبی جرمی باید براساس نوع سیستم و اولویت داشتن بازده گرمایی و الکتریکی و یا کیفیت دمای خروجی سیال انتخاب شود. اضافه کردن پوشش منجر به بهبود عملکرد گرمایی سیستم و افت عملکرد الکتریکی آن می شود. با اضافه کردن یک لایه پوشش برروی سیستم افزایش %19 در بازده حرارتی و کاهش %1/1 در بازده الکتریکی دیده می شود.