تحلیل ترمواقتصادی آب‌شیرین‌کن خورشیدی حوضچه‌ای دوشیبه مجهز به ماده تغییر فاز دهنده و گردآورنده فتوولتائیک حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 مدیر گروه مهندسی مکانیک گروه مهندسی مکانیک دانشگاه سیستان و بلوچستان

3 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر به تحلیل ترمواقتصادی آب‌شیرین‌کن خورشیدی حوضچه‌ای دوشیبه مجهز به ماده تغییر فاز و گردآورنده فتوولتائیک حرارتی پرداخته شده است. معادلات حاکم بر مسئله توسط نوشتن موازنه انرژی برای اجزاء مختلف سیستم به دست آمده است. هدف از حل معادلات حاکم محاسبه دمای پوشش شیشه‌ای، دمای صفحه جاذب، دمای آب شور، دمای ماده تغییر فاز، میزان تولید آب شیرین و نرخ حرارت جذب شده توسط گردآورنده فتوولتائیک حرارتی می‌باشد. همچنین توان الکتریکی خروجی مدول فتوولتائیک توسط مدل چهار پارامتری جریان-ولتاژ محاسبه شده است. نتایج عددی تحقیق حاضر در توافق خوبی با داده‌های آزمایشگاهی می­باشد. بررسی عملکرد سیستم از منظر تولید آب شیرین و راندمان انرژی برای روز زمستانی و روز تابستانی شهر زاهدان انجام شده است. نتایج نشان می­دهد که با افزایش دبی جرمی از 0/001 kg/s به 0/01 kg/s میزان تولید آب شیرین % 6/ 10 افزایش می‌یابد. افزایش جرم آب­شور درون حوضچه از 20 kg به 30 kg در روز، میزان تولید آب‌شیرین را در حدود % 8/ 4 کاهش می­دهد ولی در شب، در حدود % 43 / 7 افزایش می‌دهد. راندمان انرژی در روز زمستانی نسبت به روز تابستانی به میزان % 5/ 37 کمتر است. از تحلیل اقتصادی سیستم هزینه تولید آب­شیرین به ازای واحد سطح برابر با 0314 / 0 دلار برای هر لیتر به دست آمد.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Thermoeconomic Analysis of a Double Slope Basin Solar Still Equipped to Phase Change Material and Photovoltaic Thermal Collector

نویسندگان [English]

  • Erfan Hedayati-Mehdiabadi 1
  • Faramarz Sarhaddi 2
  • Fatemeh Sobhnamayan 3
1 Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
2 Head of Department of Mechanical Engineering Research Laboratory of Renewable Energies and Electromagnetic Fluids, Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده [English]

In present study the thermoeconomic analysis of a double slope basin solar still equipped to phase change material and photovoltaic thermal collector is carried out. The governing equations of problem are obtained by writing energy balance for different components of the system. The goal of governing equations solution is the calculation of glass cover temperature, absorber temperature, saline water temperature, phase change material temperature, freshwater productivity and the useful heat gain of photovoltaic thermal collector. Also, the output electrical power of photovoltaic module is calculated by four parameters current-voltage model. Present study numerical results are in good agreement with experimental data. The system performance evaluation is carried out from the viewpoint of freshwater productivity and energy efficiency for the sample winter and summer day of Zahedan. Results show that the freshwater productivity increases to 10.6% by increasing of mass flow rate from 0.001 to 0.01 kg/s. Increase of saline water mass of basin from 20 to 30 kg decreases the freshwater productivity to 4.8% during the day. On the other hand, it increases the freshwater productivity to 7.43% during the night. The energy efficiency is 37.5% less on winter day than summer day. The freshwater production cost is obtained 0.0314 $/l.m2.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Double slope basin solar still
  • energy analysis
  • Economic analysis
  • Photovoltaic thermal collector
  • Phase change material
[1] V. Velmurugan, M. Gopalakrishnan, R. Raghu, K. Srithar, Single basin solar still with fin for enhancing productivity, Energy Conversion and Management, 49(10) (2008) 2602-2608.
[2] E. Delyannis, Historic background of desalination and renewable energies, Solar Energy, 75(5) (2003) 357-366.
[3] A. El-Sebaii, A. Al-Ghamdi, F. Al-Hazmi, A.S. Faidah, Thermal performance of a single basin solar still with PCM as a storage medium, Applied Energy, 86(7-8) (2009) 1187-1195.
[4] V. Dwivedi, G. Tiwari, Experimental validation of thermal model of a double slope active solar still under natural circulation mode, Desalination, 250(1) (2010) 49-55.
[5] M. Asbik, O. Ansari, A. Bah, N. Zari, A. Mimet, H. El-Ghetany, Exergy analysis of solar desalination still combined with heat storage system using phase change material (PCM), Desalination, 381 (2016) 26-37.
[6] N. Rahbar, A. Gharaiian, S. Rashidi, Exergy and economic analysis for a double slope solar still equipped by thermoelectric heating modules-an experimental investigation, Desalination, 420 (2017) 106-113.
[7]J. Yazdanpanahi, F. Sarhaddi, Irreversibility rates in a solar photovoltaic/thermal water collector: An experimental study, Heat Transfer Research, 48(8) (2017) 741-756.
[8]M. Al-harahsheh, M. Abu-Arabi, H. Mousa, Z. Alzghoul, Solar desalination using solar still enhanced by external solar collector and PCM, Applied Thermal Engineering, 128 (2018) 1030-1040.
[9] F. Sarhaddi, F. Farshchi Tabrizi, H.A. Zoori, S.A.H.S. Mousavi, Comparative study of two weir type cascade solar stills with and without  PCM  storage  using energy and exergy analysis, Energy Conversion and Management, 133 (2017) 97-109.
[10] J. Yazdanpanahi, F. Sarhaddi, M. Mahdavi Adeli, Experimental investigation of exergy efficiency of a solar photovoltaic thermal (PVT) water collector based on exergy losses, Solar Energy, 118 (2015) 197-208.
[11]B.Y.H. Liu, R.C. Jordan, Daily insolation on surfaces tilted towards equator, ASHRAE Transactions, 67 (1962) 526-541.
[12] H.E.S. Fath, M. El-Samanoudy, K. Fahmy, A. Hassabou, Thermal-economic analysis and comparison between pyramid-shaped and single-slope solar still configurations, Desalination, 159(1) (2003) 69-79.
[13] M. Faegh, M.B. Shafii, Experimental investigation of a solar still equipped with an external heat storage system using phase change materials and heat pipes, Desalination, 409 (2017) 128-135.
[14]   H. Jafari Mosleh, S. Jahangiri Mamouri, M. Shafii, Hakim Sima, A new desalination system using a combination of heat pipe, evacuated tube and parabolic trough collector, Energy Conversion and Management, 99 (2015) 141-150.