در این رساله، بهینه سازی چند تابع هدف یک گردآورنده فتوولتائیک حرارتی (pv/t) خورشیدی انجام شده است. بدین منظور، یک تحلیل انرژی و اکسرژی مفصل برای محاسبه پارامترهای حرارتی و الکتریکی، راندمان انرژی کلی، مولفه های اکسرژی و راندمان اکسرژی یک گردآورنده pv/t نمونه انجام شده است. پارامترهای حرارتی و الکتریکی گردآورنده pv/t شامل دمای سلول خورشیدی، دمای سطح زیرین تدلار، دمای سیال خروجی، ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، ولتاژ و جریان در نقطه توان ماکزیمم و غیره می باشند. برخی تصحیحات روی ضرایب اتلاف حرارت مربوطه صورت گرفته است و یک مدل الکتریکی بهبودیافته برای پیش بینی پارامترهای الکتریکی گردآورنده pv/t استفاده شده است. علاوه بر این یک معادله جدید برای راندمان اکسرژی گردآورنده pv/t بر حسب پارامترهای حرارتی، الکتریکی، طراحی و جوی به دست آمده است. یک برنامه شبیه ساز کامپیوتری جهت انجام محاسبات حرارتی و الکتریکی نیز توسعه داده شده است. همچنین اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی کامپیوتری با نتایج آزمایشگاهی گذشتگان و سیستم گردآورنده pv/t ساخته شده در گروه مهندسی مکانیک دانشگاه سیستان و بلوچستان انجام شده است. تحلیل حساسیت گردآورنده pv/t برای یافتن پارامترهای حساس بر عملکرد انرژی و اکسرژی آن انجام شده است و دو پارامتر سرعت سیال ورودی و ارتفاع مجرای جریان به عنوان پارامترهای حساس بر عملکرد انرژی و اکسرژی گردآورنده pv/t به دست آمدند. در انتها بهینه سازی چند تابع هدف سیستم گردآورنده pv/t با انتخاب توابع هدف چندگانه همچون راندمان کلی انرژی، راندمان اکسرژی، تابع حساسیت انرژی و اکسرژی سیستم صورت گرفته است و بازه بهینه تغییرات سرعت سیال ورودی و ارتفاع مجرای جریان و توابع هدف در جبهه پارتوی بهینه معرفی شده اند. مطالعات پارامتری نیز انجام شده است. بررسی ها نشان می دهند که نتایج شبیه سازی کار حاضر در توافق خوبی با داده های آزمایشگاهی می باشد و به واسطه انجام تصحیحات روی مدل حرارتی و الکتریکی، از نتایج شبیه سازی دیگران دقیق تر می باشد. در محدوده سرعت سیال ورودی کمتر از m/s3 معادله راندمان اکسرژی کار حاضر در توافق نسبتاً خوبی با معادله راندمان اکسرژی کار گذشتگان است. استفاده از توابع حساسیت در بهینه سازی چند تابع هدف برای گردآورنده pv/t مورد بررسی مطلوب نیست. ولی استفاده از تحلیل حساسیت برای انتخاب جواب های بهینه غیرحساس از منظر انرژی یا منظر اکسرژی روی نتایج بهینه سازی دو تابع هدف راندمان انرژی کلی و راندمان اکسرژی مناسب می باشد.

در تحقیق حاضر، با ساخت و تجهیز یک نمونه گردآورنده فتوولتائیک/حرارتی، مطالعاتی آزمایشگاهی در روزهای انتخابی بر روی آن برای آب و هوای شهر زاهدان در دانشگاه سیستان و بلوچستان برای اولین بار در استان صورت گرفته است. بدین منظور پارامترهای مختلف کارکردی به طور هم زمان اندازه گیری شده است. پارامترهای الکتریکی و حرارتی شامل ولتاژ مدار باز، جریان الکتریکی اتصال کوتاه، ولتاژ در بیشینه توان خروجی، جریان الکتریکی در بیشینه توان خروجی، بیشینه توان الکتریکی خروجی، سرعت ورودی جریان سیال، دمای سیال ورودی و دمای سیال خروجی، میانگین دمای سطح بالایی پنل های فتوولتائیک، میانگین دمای پشت پنل های فتوولتائیک (تدلار) و ... می باشند. پارامترهای ولتاژ و جریان الکتریکی در حالت بیشینه توان الکتریکی و بنابراین مقدار بیشینه توان الکتریکی، برخلاف بسیاری از پژوهش های گذشته که آن ها را از روی روابط ریاضی حاصل می نمودند، به صورت تجربی بدست آمده است. شدت تابش خورشید و دمای هوای محیطی نیز اندازه گیری شده است. آزمایش ها در دو حالت جابه جایی اجباری (با دمش فن ها) و جابه جایی آزاد (بدون دمش فن ها) انجام گرفته است. توسط بالانس انرژی و روابط ترمودینامیکی، روابطی برای بازدهی حرارتی و کلی (حرارتی و الکتریکی) سیستم بدست آمده است. به علاوه راندمان اکسرژی نیز به روش تجربی بدست آمده است. نتایج نشان می دهند در حالت جابه جایی اجباری با جذب حرارت از مدول فتوولتائیک توسط سیال عامل هوا، بازدهی الکتریکی و بازدهی کلی سیستم به طور محسوسی افزایش می یابد. علاوه بر آن جهت بررسی صحت داده های اندازه گیری شده، این داده ها با پژوهش های گذشته مقایسه گردیده است و ملاحظه می شود نتایج تجربی بدست آمده در توافق خوبی با شبیه سازی های صورت گرفته توسط محققان قبلی می باشند.

در این پایان نامه، با طراحی و ساخت یک گردآورنده فتوولتائیک حرارتی خورشیدی (pv/t) با سیال عامل آب و هوا به بررسی آزمایشگاهی عملکرد و مقایسه حالت های مختلف آن پرداخته شده است. در این آزمایش ها پارامترهای مختلف جوی، الکتریکی و حرارتی اندازه گیری شده که شامل شدت تابش خورشید، سرعت وزش باد در سطح پانل، دمای محیط، دمای آب ورود و خروج، دمای سطح مدول های فتوولتائیک، ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، ولتاژ و جریان در نقطه توان ماکزیمم می باشند. در این پایان نامه سعی شده است حالت های مختلف گردآورنده فتوولتائیک حرارتی با توجه به راندمان الکتریکی، حرارتی، اکسرژی و راندمان کل آن بررسی شود تا حالت بهینه ای با توجه به آزمایش های مختلف به دست آید، در این آزمایش ها ابتدا سعی شده است که موقعیت بهینه فن ها در کانال بررسی شود، در مرحله بعد دبی های مختلف آب مورد بررسی قرارگرفته و فین های متفاوتی آزمایش شده است. در این پایان نامه آزمایش های مختلفی برروی گردآورنده فتوولتائیک حرارتی انجام گرفته است که در فصل 3 بطور مفصل بیان شده است. در آخر نیز به مقایسه این حالات از لحاظ راندمان الکتریکی، حرارتی، اکسرژی و راندمان کل آن پرداخته شده است. در آزمایش های انجام شده بهترین راندمان حرارتی و کل برای گردآورنده فتوولتائیک با سیال عامل آب و هوا با فین کنگره ای در حدود 85% و 37% می باشد.

در این پژوهش سعی در بررسی آزمایشگاهی عملکرد یک گردآورنده فتوولتائیک حرارتی با متمرکزکننده سهموی ترکیبی شده است. از این رو ابتدا این دستگاه برای نخستین بار در ایران طراحی، ساخته و سپس در شرایط آب و هوایی شهر زاهدان مطالعات آزمایشگاهی بر روی آن انجام گرفته است. در آزمایش های انجام شده اثر وجود متمرکز کننده ها، رژیم های جریان مختلف آرام، گذرا و آشفته و همچنین وجود و عدم وجود سیستم خنک کاری بر روی دستگاه بررسی شده است. پارامترهای اندازه گیری شده شامل پارامترهای مختلف جوی (شدت تابش، دمای محیط و سرعت باد)، حرارتی (دمای ورودی و خروجی سیال، دمای سطح پنل فتوولتائیک و دمای صفحه جاذب) و پارامترهای الکتریکی (شدت جریان اتصال کوتاه ولتاژ مدار باز، توان بیشینه، شدت جریان و ولتاژ در نقطه توان بیشینه) می باشد. سپس توسط تعادل انرژی و اکسرژی، روابطی تحلیلی برای راندمان های حرارتی و اکسرژی سیستم به دست آمده است و نتایج حاصل از آزمایش و تحلیلی با هم مقایسه شده اند که نتایج تجربی و تحلیلی با همخوانی خوبی نسبت به هم بودند. همچنین استفاده از متمرکزکننده ها شدت تابش خورشیدی را 72% و راندمان حرارتی را حداکثر 00/40% افزایش و راندمان الکتریکی را حداکثر 32/9% کاهش داده است. علت کاهش راندمان الکتریکی افزایش دمای سطح سلول ها می باشد.

در این پایان نامه به تحلیل و ارزیابی عملکرد اکسرژی آب شیرین کن خورشیدی آبشاری پلکانی پرداخته شده است. در ابتدا با نوشتن موازنه ناپایای انرژی و اکسرژی برای قسمت های مختلف آب شیرین کن مانند پوشش شیشه ای، آب شور، صفحه جذب کننده و pcm معادلاتی برای تعیین دمای قسمت های مختلف آب شیرین کن، راندمان انرژی، راندمان اکسرژی و بازگشت ناپذیرهای سیستم بر حسب پارامترهای جوی و عملکردی به دست آمده است. هم چنین رابطه ای میان راندمان انرژی و اکسرژی جهت تحلیل و مقایسه تغییرات این دو راندمان نسبت به شرایط جوی و عملکردی معرفی شده است. بر مبنای معادلات حاصل از تحلیل انرژی و اکسرژی یک برنامه شبیه ساز کامپیوتری توسعه داده شده است.نتایج حاصل از شبیه سازی عددی در توافق خوبی با داده های تجربی آب شیرین کن پلکانی ساخته شده در دانشگاه سیستان و بلوچستان می باشد. دستگاه آب شیرین کن پلکانی برای دو حالت با و بدون pcm مورد آزمایش قرار گرفته است. بررسی نتایج شبیه سازی نشان داد که راندمان اکسرژی و انرژی در روز آفتابی برای دستگاه بدون pcmبه ترتیب برابر 8/05 % و 75/03 % می باشد و نیز در روز نیمه ابری برای دستگاه با pcm راندمان اکسرژی و انرژی به ترتیب برابر 6/04% و 68/06% می باشد. علاوه براین چگونگی تاثیر نرخ ورودی آب شور بر راندمان انرژی و اکسرژی بررسی شده است که حداکثر راندمان انرژی و اکسرژی در حداقل دبی جریان ورودی 0/065 به دست آمد. نتایج نشان داد که تغییرات راندمان انرژی و اکسرژی نسبت به تغییرات تابش خورشید رابطه ی مستقیم و با تغییرات دمای محیط نسبت عکس دارند. از سوی دیگر با افزایش دمای آب، راندمان انرژی و اکسرژی افزایش می یابد. بررسی نتایج شبیه سازی هم چنین نشان داد که صفحه جذب کننده بزرگ ترین بازگشت ناپذیری را در کل سیستم برای روزهای آزمایش ایجاد می کند. میزان بازگشت ناپذیری صفحه جذب کننده در دستگاه بدون pcm در روز آفتابی 83/1% و برای روز نیمه ابری در دستگاه با pcm 78/8% و نیز در دبی جریان 0/065، 84/17% بازگشت ناپذیری کل سیستم را به خود اختصاص می دهد به طوری که می توان از بازگشت ناپذیری های سایر بخش ها در مقابل آن صرفنظر کرد. در بررسی کسرهای اکسرژی، نتایج نشان داد که کسر اکسرژی تبخیری نسبت به کسر اکسرژی تابشی و جابه جایی از اهمیت بیشتری برخوردار می باشد

در این پایان نامه به بررسی عملکرد و بهینه سازی یک سیستم الکترولیز فتوولتائیک برای تولید هیدروژن پرداخته شده است. سیستم از دو قسمت پنل فتوولتائیک و دستگاه الکترولایزر تشکیل شده است. برای شبیه سازی مدول فتوولتائیک از مدل پنج پارامتری مشخصه ولتاژ- جریان استفاده شده است. با معرفی انواع تلفات ولتاژ در سیستم الکترولایزر معادله ای برای ولتاژ الکترولیز به دست آمده است. بر مبنای مدل های استفاده شده یک برنامه شبیه ساز کامپیوتری تهیه شده است. همچنین برای بهینه سازی سیستم کد الگوریتم ازدحام توده ذرات نوشته شده است. نتایج شبیه سازی در توافق خوبی با داده های آزمایشگاهی گذشتگان می باشد. معادله ولتاژ الکترولایزر به عنوان تابع هدف انتخاب شده و بهینه سازی روی آن صورت گرفته است. پارامترهای تابش، ضخامت غشای الکترولایزر، سطح غشای الکترولایزر، نسبت رطوبت غشای الکترولایزر، چگالی جریان تبادل آند و کاتد، پارامترهای مستقل و دمای سلول الکترولایزر پارامتر وابسته در بهینه سازی می باشد. به ازای طراحی الکترولایزر برای تابش های متفاوت در یک روز، نشان داده شد که اگر الکترولایزر به ازای تابش w/m^2 695 طراحی شود بیشتربن میزان هیدروژن در روز تولید خواهد شد که این تابش یک تابش بهینه برای طراحی خواهد بود. ولتاژ حداقلی که با استفاده از الگوریتم pso به ازای این طراحی به دست آمده است 6247/1 ولت می باشد. شش پارامتری که به ازای ولتاژ بهینه به دست آمده اند به ترتیب (m) 000052/0 برای ضخامت غشا، (m^2) ?????3/?سطح غشا، 5556/?? نسبت رطوبت غشا، (a/m^2) ?9336/? چگالی جریان تبادل آند، (a/m^2) ?8172/? چگالی جریان تبادل کاتد و (k) 173/?72 برای دمای الکترولایزر به دست آمده است. از طرفی به دلیل این که راندمان اکسرژی با ولتاژ مصرفی رابطه عکس دارد، با حداقل نمودن ولتاژ مصرفی راندمان اکسرژی حداکثر می شود. در بخش آخر نتایج تاثیر پیل سوختی روی مقدار تولید هیدروژن سیستم بررسی می گردد که با دادن kmol/day 40947/0 هیدروژن به پیل سوختی، kmol/day 8559/5 اضافه تر از طریق مجموعه الکترولایزرها دریافت می شود.

در این تحقیق به پیش بینی عملکرد گردآورنده حرارتی فتوولتائیک خورشیدی (pv/t) با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی پرداخته شده است. مزیت استفاده از روش شبکه های عصبی مصنوعی این است که با استفاده از این روش برای شبیه سازی، دیگر نیازی به حل معادلات پیچیده غیر خطی نیست و فقط با دادن مقادیر ورودی و خروجی به تعدادکافی برای آموزش شبکه، خود شبکه داده های جدید ورودی را تحلیل کرده و خروجی مناسب را به دست می دهد و می تواند از صرف زمان و هزینه زیاد برای انجام آزمایشات متعدد و دشوار برروی سیستم جلوگیری کند. در این تحقیق، از روش شبکه های عصبی برای پیش بینی عملکرد و بهینه سازی دو نوع گردآورنده فتوولتائیک حرارتی آبی و هوایی استفاده شد. از داده های آزمایشگاهی اندازه گیری شده در شهر زاهدان و دانشگاه سیستان و بلوچستان به همراه داده های مدل سازی simulink انجام شده برای آموزش شبکه استفاده شده است. هم چنین با استفاده از شبکه عصبی تحلیل حساسیت بر روی پارامترهای آب و هوایی و هندسی گردآورنده انجام و نتایج آن با نتایج تحلیلی مقایسه گردید. درپایان اثر تغییر هریک از پارامترها روی راندمان انرژی سیستم بررسی گردید. و نقطه بهینه کارکرد برای هر دو نوع گردآورنده تعیین گردید. نتایج این پایان نامه نشان داد که استفاده از روش شبکه های عصبی روشی مناسب، سریع و کم هزینه برای بررسی عملکرد گردآورنده حرارتی فتوولتائیک خورشیدی به جای انجام آزمایش یا تحلیل تئوری است.

در این رساله، به ارزیابی و بهینه سازی عملکرد اگزرژیِ یک گردآورنده متمرکزکننده حرارتی- فتوولتاییک خورشیدی پرداخته شد. برای نیل به این هدف، در ابتدا تحلیل حرارتی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی- فتوولتاییک انجام پذیرفت و روابط تحلیلی برای تعیین پارامترهایی مانند دمای سطح مدول فتوولتاییک، دمای متوسط سیال عامل، دمای خروجی سیال، حرارت مفید جذب شده و بازده حرارتی به دست آورده شد. پارامترهای حرارتی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک به بازده الکتریکی آن وابسته اند. برای انجام تحلیل الکتریکی و محاسبه بازده الکتریکی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک از مدل فتوولتاییک پنج پارامتری مشخصه جریان - ولتاژ و یک سری از معادلات انتقال استفاده شد. پارامترهای الکتریکی محاسبه شده در تحلیل الکتریکی شامل ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، ولتاژ و جریان در نقطه توان بیشینه، ضریب مطلوبیت، جریان اشباع معکوس، جریان نوری، مقاومت سری، مقاومت شنت و غیره بودند. پس از تحلیل حرارتی و الکتریکی، به تحلیل اگزرژی گردآورنده مذکور پرداخته شد. به کمک معادله تعادل اگزرژی برای حجم کنترل گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک و معرفی مولفه های اگزرژی در گردآورنده مذکور، رابطه ای برای بازده اگزرژی آن به دست آمد. بر مبنای معادلات منتج از تحلیل حرارتی، الکتریکی و اگزرژی، یک برنامه شبیه سازی کامپیوتری توسعه داده شد و مشاهده گردید که نتایج حاصل از شبیه سازی کامپیوتری در توافق خوبی با داده های تجربی مطالعات گذشته محققین و همچنین نتایج عددی حاصل از نرم افزار trnsys برای گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک مورد مطالعه بودند. سرانجام بهینه سازی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک صورت پذیرفت. تابع هدف مورد بررسی، بازده اگزرژی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک بود و سه پارامتر دمای سیال ورودی، سرعت جریان سیال ورودی و قطر داخلی لوله های جریان به عنوان پارامترهای مستقل در بهینه سازی انتخاب شدند. مسئله بهینه سازی مورد مطالعه از نوع مسائل بهینه سازی مقید با قیود غیرخطی بود که قیود غیرخطی آن شامل معادلات حاصل از تحلیل حرارتی و الکتریکی بودند. برای حل مسئله بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک استفاده شد. مقادیر بهینه متغیرهای مستقلِ دمای سیال ورودی، سرعت جریان سیال ورودی و قطر داخلی لوله های جریان و برای یک سری از شرایط طراحی و جوی انتخاب شده به ترتیب t_(in,opt)=40.146 ?، v_(in,opt)=0.692 m?s و d_(i,opt)=0.008 m به دست آمدند و تابع هدف که همان بازده اگزرژی بود، مقدار حداکثری ?_(ex,max)=6.8% را اخذ نمود. با استفاده از مطالعات پارامتری به بررسی تأثیر برخی از پارامترهای طراحی، عملکردی و جوی روی راندمان اگزرژی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک پرداخته شد و مشاهده گردید که بازده اگزرژی با افزایش دمای سیال ورودی و شدت تابش روی مدول افزایش یافته و با افزایش قطر داخلی مجاری، سرعت سیال ورودی و سرعت باد کاهش می یابد و در نهایت تأثیر تصحیح های الکتریکی و اگزرژی پیشنهادی در این رساله نشان داده شدند.

هدف این پژوهش، بررسی تجربی انتقال حرارت در یک گردآورنده خورشیدی صفحه تخت با سیالات با قابلیت هدایت حرارتی متفاوت می باشد. از این رو یک گردآورنده خورشیدی صفحه تخت ساخته و در شهر زاهدان آزمایش شد. پارامترهای اندازه گیری شده طی آزمایشات، شامل شدت تابش خورشیدی، دبی جریان، سرعت باد محیط، زاویه ی گردآورنده، دمای محیط، دمای منبع ذخیره، دمای سطح لوله و دمای ورود و خروج توده سیال می باشد. آزمایشات در روزهای کاملاً صاف و آفتابی برای دبی های جرمی مختلف و زوایای مختلف گردآورنده انجام شد. با توجه به این که تلفات حرارتی از سطح صفحه جاذب متغیر است، نمی توان یک مقدار ثابت برای تلفات حرارتی و در نتیجه شار حرارتی در طول گردآورنده فرض کرد. لذا بدین منظور طول گردآورنده با توجه به موقعیت ترموکوپل های جاسازی شده روی سطح لوله به 7 قسمت مساوی تقسیم بندی و برای هر قسمت فرض شده است که میزان تلفات حرارتی و در نتیجه شار حرارتی مقدار ثابتی دارد و با این فرض مسئله بررسی شده است. مشاهدات تجربی نشان داد که هر کدام از پارامترهای اندازه گیری شده به تنهایی می تواند روی عملکرد حرارتی گردآورنده تأثیر بسزایی داشته باشد. همچنین نتایج نشان داد که افزایش ضریب هدایت حرارتی سیال می تواند باعث افزایش دمای توده سیال در خروج شود، اگرچه نمی توان در حالت کلی اثر ضریب هدایت حرارتی سیال روی ضریب انتقال حرارت جابجایی و عدد ناسلت را تحلیل کرد.

در این پایان نامه، بهینه سازی یک آب شیرین کن خورشیدی متصل به گردآورنده ی فتوولتائیک حرارتی بر اساس راندمان اگزرژی انجام شده است. بدین منظور یک سیستم ترکیبی شامل حوضچه و گردآورنده فتوولتائیک حرارتی بررسی شده است. مقایسه نتایج عددی حاصل از تحلیل حوضچه غیرفعال، گردآرنده و حوضچه فعال به صورت مستقل و ترکیبی، با نتایج تجربی موجود سازگاری مناسبی را نشان می دهد. بهینه سازی آب شیرین کن حوضچه ای فعالمتصل به گردآورنده ی فتوولتائیک حرارتی با انتخاب راندمان اگزرژی به عنوان تابع هدف و سرعت سیال و قطر لوله گردآورنده به عنوان متغیرهای مستقل در بهینه سازی توسط الگوریتم ژنتیک نرم افزار متلب انجام شده است. مقدار بهینه سرعت سیال و قطر لوله به ترتیب 25/0 متر بر ثانیه و 007/0 متر به دست آمدند، و به ازای این مقادیر بهینه، مقدار حداکثر راندمان اگزرژی 57/4 درصد می باشد. در انتها مطالعات پارامتری در مورد بهینه سازی سیستم صورت گرفته است. نتایج بررسی نشان می دهد که افزایش تابش خورشیدی موجب کاهش راندمان اگزرژی می شود. همچنین افزایش سرعت باد باعث افزایش راندمان های اگزرژی و انرژی می شود. با بررسی که روی اثر عمق آب انجام شد، مشاهده گردید که افزایش عمق آب منجر به کاهش راندمان انرژی می شود اما تأثیر چندانی در راندمان اگزرژی ندارد. همچنین با افزایش تعداد لوله ها و طول گردآورنده راندمان های انرژی و اگزرژی افزایش پیدا می کند. کلمات کلیدی: بهینه سازی، آب شیرین کن خورشیدی، گردآورنده فتوولتائیک حرارتی، اگزرژی، الگوریتم ژنتیک، تابع هدف

در این پایان نامه به بررسی آزمایشگاهی عملکرد انرژی و اگزرژی یک آب شیرین کن پلکانی خورشیدی متصل به گردآورنده فتوولتاییک حرارتی پرداخته شده است. دستگاه آزمایش ساخته شده شامل یک آب شیرین کن پلکانی خورشیدی و یک گردآورنده فتوولتاییک حرارتی می باشد. گردآورنده فتوولتاییک حرارتی نقش پیش گرمکن آب شور در ورود به آب شیرین کن پلکانی را دارد و توان الکتریکی لازم برای پمپاژ سیال را در سیستم فراهم می کند و همچنین با خنک کاری پانل فتوولتاییک عملکرد الکتریکی آن را بهبود می بخشد. آزمایش های مختلفی بر روی دستگاه آزمایش در شرایط جوی مشابه انجام شده است. سه آزمایش با دبی های جریان مختلف (1، 5/3 و 5/7 لیتر بر دقیقه) برای ایجاد رژیم جریان آرام، گذار و مغشوش در گردآورنده فتوولتاییک حرارتی بر روی آب شیرین کن متصل به گردآورنده فتوولتاییک حرارتی انجام شده است. یک آزمایش بر روی آب شیرین کن جدا از گردآورنده فتوولتاییک حرارتی و در نهایت یک آزمایش بر روی آب شیرین کن با پوشش چگالنده پانل فتوولتاییک انجام شده است. پارامترهای مختلف جوی و عملکردی سیستم شامل شدت تابش خورشیدی، دمای محیط، دمای پلکان، دمای پوشش چگالنده، دمای سطح گردآورنده، دمای آب شور در نقاط مختلف، ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، ولتاژ و جریان در نقطه ماکزیمم، نرخ تولید آب شیرین و غیره اندازه گیری شده اند. با نوشتن بالانس انرژی و اگزرژی برای حجم کنترل کل سیستم، راندمان انرژی و اگزرژی سیستم بر حسب پارامترهای جوی و عملکردی معرفی شده است. از انجام سه آزمایش اول دبی جریان مناسب 1 لیتر بر دقیقه به دست آمد چون این دبی کمترین ضخامت آب شور روی پله ها و بیشترین نرخ تولید آب شرین را در اختیار می گذارد. لذا سایر آزمایش ها با دبی 1 لیتر بر دقیقه انجام شده است. نتایج نشان می دهند که بیشترین میزان تولید آب شیرین مربوط به حالت آب شیرین کن متصل به گردآورنده فتوولتاییک حرارتی با دبی 1 لیتر بر دقیقه است. بیشترین توان الکتریکی خروجی مربوط به حالت آب شیرین کن با چگالنده فتوولتاییک می باشد. که دلیل این موضوع خنک کاری مستقیم پانل فتوولتاییک توسط قطرات تقطیر شده آب زیر آن می باشد. ولی این حالت کمترین نرخ تولید آب شیرین را دارد چون سطح عبور خورشیدی به دلیل وجود سلول های خورشیدی مات کاهش می یابد. در یک دبی جریان مشابه پیش گرمایش آب شور توسط گردآورنده فتوولتاییک حرارتی در قبل از ورود به آب شیرین کن پلکانی می تواند میزان تولید آب شیرین را تا حدود 2 برابر افزایش دهد. حداکثر راندمان انرژی و اگزرژی آزمایشگاهی به ترتیب در حدود 19% و 6% می باشد.

گردآورنده های فتوولتائیک/حرارتی متصل به لوله های گرمایی می توانند به طور هم زمان انرژی گرمایی و الکتریکی تولید نمایند. این گردآورنده ها در مقایسه با گردآورنده های فتوولتائیک/حرارتی نوع آب در نواحی سرد بدون یخ زدگی کار می کنند. در تحقیق حاضر عملکرد انرژی و اکسرژی یک گردآورنده فتوولتائیک حرارتی متصل به لوله های گرمایی به طور عددی بررسی شده است. هدف از مدل سازی عددی سیستم یافتن روابط و معادلاتی است که بتواند پارامترهای عملکردی ورودی به گردآورنده را به پارامترهای خروجی آن مرتبط سازد. پارامترهای عملکردی ورودی به سیستم شامل دبی جرمی جریان آب، دمای آب ورودی، دمای محیط، شدت تابش خورشیدی، سرعت باد و پارمترهای خروجی سیستم شامل دمای آب خروجی، دمای مدول فتوولتائیک، دمای صفحه جاذب، ولتاژ و جریان در نقطه توان ماکزیمم و می باشد. بدین منظور بالانس انرژی برای قسمت های مختلف سیستم شامل مدول فتوولتائیک، صفحه جاذب، مبدل آب نوشته شده است. یک دستگاه از معادلات غیر خطی حاصل شده است که توسط یک برنامه کامپیوتری که در محیط متلب نوشته شده است حل شده اند. راندمان های حرارتی، الکتریکی و انرژی کلی سیستم نیز معرفی شده اند. با نوشتن بالانس اکسرژی برای حجم کنترل کلی گردآورنده و معرفی مولفه های مختلف اکسرژی در آن راندمان اکسرژی سیستم به دست آمده است. نتایج مدل سازی عددی در توافق خوبی با داده های آزمایشگاهی تحقیقات گذشته می باشد. در انتها مطالعات پارامتری انجام شده است و تاثیر پارامترهای مختلف عملکردی، جوی و طراحی روی عملکرد انرژی و اکسرژی سیستم بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که یک دبی جریان مطلوبی برای سیستم وجود دارد که مقدار آن حدود 07/0 کیلوگرم بر ثانیه می باشد و در آن راندمان اکسرژی مقدار 8/11% را دارد. همچنین افزایش سرعت باد و دمای محیط تاثیر اندکی بر روی راندمان های انرژی کل، حرارتی، الکتریکی و اکسرژی سیستم دارند. شدت تابش خورشیدی باعث افزایش راندمان های حرارتی، انرژی کل و اکسرژی می شود اما راندمان الکتریکی تغییر محسوسی نمی یابد.

در این پایان نامه انتقال حرارت جابجابی اجباری فروسیال آب-مگنتیت با قطر نانوذرات مغناطیسی 10 نانومتر تحت تاثیر میدان مغناطیسی دوبعدی اعمال شده توسط یک دوقطبی خطی به فاصله 1 میلی متر زیر دیواره پایینی بین دو صفحه موازی پرداخته شده است. هدف، مطالعه اثر ابعاد هندسی، عدد رینولدز، جابجایی نقطه اثر میدان مغناطیسی و کسر حجمی نانوذرات مغناطیسی بر پارامترهای حرارتی، هیدرودینامیکی و همچنین تولید آنتروپی جریان فروسیال می باشد. معادلات حاکم به صورت عددی و با استفاده از روش حجم محدود که در آن ترم های جابجایی از طریق اختلاف بالادست مرتبه دوم گسسته سازی شده است، حل می گردند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که در اثر اعمال میدان مغناطیسی، نیرویی موسوم به نیروی حجمی کلوین درون فروسیال ایجاد می شود که باعث شکل گیری نوع خاصی از انتقال حرارت موسوم به جابجایی ترمو مغناطیسی می گردد. با کاهش طول کانال و عدد رینولدز جریان، اندازه ضریب اصطکاک سطحی متوسط بر روی دیواره ها افزایش می یابد و اختلاف بین درصد افزایش عدد ناسلت متوسط و عدد تولید آنتروپی نسبت به حالت بدون میدان زیاد می شود. به طوری که در طول بی بعد 20 و عدد رینولدز 50 میزان افزایش عدد ناسلت متوسط 32/97 و عدد تولید آنتروپی 08/33 درصد می باشد. همچنین دمای توده سیال خروجی به اندازه 2/46 درصد نسبت به حالت بدون میدان کاهش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهد که قرار گیری چشمه میدان مغناطیسی در موقعیت کمترین میزان ضریب اصطکاک سطحی متوسط بر روی دیواره و کمینه تولید آنتروپی را در پی دارد و عدد ناسلت متوسط نسبت به حالتی که چشمه میدان مغناطیسی در وسط صفحات قرار دارد به اندازه 9/4 درصد افزایش پیدا می کند. با افزایش کسر حجمی، نیروی حجمی کلوین به میزان قابل توجهی افزایش پیدا می کند و ضریب اصطکاک سطحی متوسط افزایش می یابد. همچنین عدد ناسلت متوسط نسبت به متوسط تولید آنتروپی با شیب بیشتری افزایش پیدا می کند به طوری که از کسر حجمی 1 تا 6 درصد عدد ناسلت متوسط به اندازه 60 درصد و عدد تولید آنتروپی تنها به میزان 16 درصد افزایش پیدا می کند. بنابراین افزایش کسر حجمی نانوذرات مغناطیسی عملکرد انتقال حرارتی را بهبود می بخشد و در مقایسه با تولید آنتروپی ایجاد شده، مطلوب است.

در این پایان نامه به تحلیل اکسرژی و بهینه سازی یک سیستم فتوولتاییک حرارتی مجهز به فیلتر نوری پرداخته شده است. سیستم از دو قسمت مدول فتوولتاییک و فیلتر نوری تشکیل شده است. سیال عامل قبل از ورود به فیلتر نوری، از زیر مدول فتوولتاییک عبور داده می شود و با گرفتن گرمای سطح مدول، آن را خنک کاری کرده و سپس در فیلتر نوری جریان می یابد. فیلتر نوری، بخش مادون قرمز تابش خورشیدی را به طور مستقیم جذب کرده و به انرژی حرارتی تبدیل می کند. سیال مطلوب سیالی است که در طول موج های پایین (طول موج بین200 نانومتر تا 800 نانومتر) ضریب عبور بالایی داشته باشد و از طرفی در طول موج های بالا (طول موج بین 800 نانومتر تا 2000 نانومتر) بیشترین ضریب جذب را داشته باشد، زیرا تابش خورشیدی در طول موج های پایین برای سلول فتوولتاییک مفید می باشد و در طول موج های بالا گرمازا بوده و باعث افزایش دمای سطح مدول فتوولتاییک می شود. خواص نوری سیال عامل بر اساس مدل نوسانگر میرا (مدل لورنتس) معرفی شده است. برای سیال بهینه سازی شده، ضریب عبور در طول موج های کوتاه برابر93/0 و ضریب جذب آن برای طول موج های بلند، 96/0 محاسبه شده است. در این پژوهش همچنین با نوشتن معادلات تعادل انرژی برای اجزاء سیستم، دمای اجزاء توسط کد کامپیوتری محاسبه شده است. به دلیل وجود بازده ی الکتریکی در معادلات حاصل از تعادل انرژی، تحلیل حرارتی سیستم به تحلیل الکتریکی آن وابسته می باشد. بنابراین از مدل چهار پارامتری جریان- ولتاژ برای تحلیل الکتریکی استفاده شده است. همچنین با معرفی مولفه های اکسرژی سیستم، بازده اکسرژی سیستم نیز محاسبه شده است. نتایج مدل سازی پژوهش حاضر توافق خوبی با نتایج تحقیقات گذشته داشته است. در پژوهش حاضر مطالعات پارامتری روی بازده اکسرژی سیستم نیز انجام شده است. نتایج نشان داد که با تغییر تابش خورشیدی هر چند مقدار بازده حداکثر فرق می کند ولی چون مقدار دبی مطلوب سیستم ثابت است، می توان برای تابش های متغیر دبی جرمی ثابتی ارائه کرد. مقدار این دبی kg/s 006/0 می باشد. نکته قابل توجه این که با تغییر دمای ورودی سیال نیز دبی جرمی مطلوب سیال تغییر نمی کند و مقدار این دبی برابر با kg/s 006/0 محاسبه شد. بنابراین می توان دبی جرمی kg/s006/0 را به عنوان دبی جرمی مطلوب این سیستم معرفی نمود.