تحلیل حرارتی دیوار خورشیدی مجهز به سلول‌های فتوولتائیک و مواد تغییرفازدهنده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دانشگاه سیستان و بلوچستان.گروه مهندسی مکانیک.ایران.زاهدان

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 این مقاله تحلیل حرارتی سیستم دیوار خورشیدی دارای سلول‌های فتوولتائیک و مواد تغییرفازدهنده به‌صورت عددی بررسی شده است. برای مدل‌سازی حرارتی سیستم، تعادل انرژی برای اجزاء مختلف آن شامل سلول‌های فتوولتائیک، کانال هوا، صفحه جاذب، ماده تغییرفازدهنده و اتاق نوشته شده است. اعتبارسنجی نتایج عددی در تطابق خوبی با داده‌های تجربی پژوهش‌های پیشین است. در مطالعات پارامتری تأثیر ضخامت مواد تغییرفازدهنده، دبی هوای ورودی به کانال، عرض کلکتور و درصد پوشش سطح بر افزایش دمای اتاق و متوسط بازده انرژی سیستم در چهار روز متوالی بررسی شده‌است. نتایج نشان داد که ضخامت مطلوب مواد تغییرفازدهنده 05/0 متر است. افزایش بیشتر ضخامت مواد تغییرفازدهنده باعث کاهش دمای اتاق و بازده انرژی می‌شود. افزایش دبی هوای ورودی به کانال باعث کاهش دمای سلول‌های فتوولتائیک و افزایش بازده الکتریکی و در نتیجه افزایش بازده انرژی می‌شود. ولی کاهش دمای اتاق را سبب می‌گردد. بنابراین مقدار دبی مطلوب برای هوای ورودی به کانال kg/s 04/0 به دست آمد. افزایش عرض کلکتور، علی‌رغم افزایش دمای اتاق باعث کاهش بازده انرژی می‌شود، بنابراین عرض مطلوب برای کلکتور 7/0 متر به دست آمد. افزایش مقدار پوشش سطح باعث افزایش دمای اتاق و کاهش بازده انرژی می‌شود. بنابراین مقدار پوشش سطح 5/0 به دست آمد.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Thermal Analysis of a Solar Wall Equipped with Photovoltaic Cells and Phase-Change Materials

نویسندگان [English]

  • nahid azadi 1
  • Faramarz Sarhaddi 2
  • Fatemeh Sobhnamayan 3
1 Masters student, Department of Mechanical Engineering, Sistan and Baluchestan University, 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 this paper, the thermal analysis of a solar wall system equipped with photovoltaic cells and phase-change materials has been numerically investigated. For the thermal modeling of the system, the energy balance for its various components, including photovoltaic cells, air channel, absorber plate, phase-change material, and room are written. The validation of the numerical results is consistent with the experimental data of previous studies. In parametric studies, the effect of phase-change material thickness, inlet air flow rate, collector width, and packing factor have been investigated on the room temperature and system average energy efficiency in four consecutive days. Results show that the optimal phase-change material thickness is 0.05 m. Increasing the phase-change material thickness reduces the room temperature and energy efficiency. Increasing the airflow rate decreases the photovoltaic cell temperature and increases electrical efficiency, thereby increasing energy efficiency. However, it reduces room temperature. Therefore, the optimum flow rate of air was obtained at 0.04 kg/s. Increasing the collector width, despite increasing room temperature, reduces energy efficiency, so the optimum collector width was 0.7 m. The increase of the packing factor increases room temperature and reduces energy efficiency. Therefore, the optimum packing factor was 0.5.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Solar wall
  • Phase-change materials
  • Photovoltaic cell
  • Thermal analysis

مراجع

[1]    V. Ghobadian, Climatic study of traditional Iranian buildings, University of Tehran, Second edition, 2003 (In Persian).
[2]    J. Jie, Y. Hua, P. Gang, L. Jianping, Study of PV-Trombe wall installed in a fenestrated room with heat storage, Applied Thermal Engineering, 27(8) (2007) 1507-1515.
[3]    X. Yang, L. Sun, Y. Yuan, X. Zhao, X. Cao, Experimental investigation on performance comparison of PV/T-PCM system and PV/T system, Renewable Energy, 119 (2018) 152-159.
[4]    T. Klemm, A. Hassabou, A. Abdallah, O. Andersen, Thermal energy storage with phase change materials to increase the efficiency of solar photovoltaic modules, Energy Procedia,135 (2017) 193-202.
[5]    D.I. Kolaitis, M.A. Founti, Solar wall enhanced with phase-change materials: a detailed numerical simulation study,Advances in Building Energy Research,11(1) (2017) 87-103.
[6]    J. Jie, Y. Hua, P. Gang, J. Bin, H. Wei, Study of PV-Trombe wall assisted with DC fan, Building and Environment, 42(10) (2007) 3529-3539.
[7]    A. Hasan, S.J. McCormack, M.J. Huang, B. Norton, Energy and cost saving of a photovoltaic-phase change materials (PV-PCM) system through temperature regulation and performance enhancement of photovoltaics, Energies, 7(3) (2014) 1318-1331.
[8]    D. Su, Y. Jia, G. Alva, L. Liu, G. Fang, Comparative analyses on dynamic performances of photovoltaic-thermal solar collectors integrated with phase change materials, Energy Conversion and Management, 131 (2017) 79-89.
[9]    A. Hasan, J. Sarwar, H. Alnoman, S. Abdelbaqi, Yearly energy performance of a photovoltaic-phase change material (PV-PCM) system in hot climate, Solar Energy, 146 (2017) 417-429.
[10] M. Hosseinzadeh, M. Sardarabadi, M. Passandideh-Fard, Energy and exergy analysis of nanofluid based Photovoltaic thermal system integrated with phase change material, Energy, 147(15) (2018) 636-647.
[11] S. Khanna, S. Newar, V. Sharma, K.S. Reddy, T.K. Mallick, Optimization of fins fitted phase change material equipped solar photovoltaic under various working circumstances, Energy Conversion and Management, 180 (2019) 1185-1195.‏
[12] M.E.A. Slimani, M. Amirat, I. Kurucz, S. Bahria, A. Hamidat, W.B. Chaouch, A detailed thermal-electrical model of three photovoltaic/thermal (PV/T) hybrid air collectors and photovoltaic (PV) module: Comparative study under Algiers climatic conditions, Energy Conversion and Management, 133 (2017) 458-476.‏
[13] S. Nayak, A. Tiwari, Performance evaluation of an integrated hybrid photovoltaic thermal (PV/T) greenhouse system, International of Agricultural Research, 2 (2007) 211-226.
[14] H. Elarga, A. Dal Monte, R.K. Andersen, E. Benini, PV-PCM integration in glazed building. Co-simulation and genetic optimization study, Building and Environment, 126 (2017) 161-175.‏
[15] M. Irani, F. Sarhaddi, A. Behzadmehr, Thermal analysis of a solar wall equipped to nano phase change material, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering,(2018) Article in press (In Persian).
 
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 53، شماره 1
فروردین 1400
صفحه 173-190

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار