شماره ركورد
26678
پديد آورنده
حسام الدين جيريايي شراهي
عنوان
مطالعه عددي مديريت حرارتي و بهبود عملكرد سلولهاي خورشيدي با استفاده از مواد تغيير فاز دهنده بهبود يافته
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
31/1/1401
استاد راهنما
دكتر مهدي مقيمي
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
باتوجه به مشكلات محيط زيستي و رو به اتمام بودن سوختهاي فسيلي، نياز به انرژيهاي تجديدپذير از جمله انرژي خورشيدي افزايش پيدا كرده است. رايجترين فناوري تبديل انرژي خورشيدي، سلولهاي فتوولتائيك ميباشند. با توجه به اينكه عملكرد سلولهاي خورشيدي به دماي سطح آنها بستگي دارد، در ساليان اخير پژوهشهاي فراواني در خصوص خنككاري اين سيستمها صورت گرفته است. از جمله روشهاي خنككاري غيرفعال ميتوان به استفاده از مواد تغييرفاز دهنده در پشت سلولها به منظور ذخيرهسازي انرژي حرارتي مازاد به روش گرماي نهان اشاره نمود، كه در اين مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است. در اين پژوهش اضافه كردن فينهاي فلزي به سيستم براي بهبود خواص حرارتي مواد تغيير فاز دهنده مطالعه شده است. تاثيرات پارامترهاي هندسي فينها از جمله تعداد، طول، ضخامت، نوع، محل قرارگيري و جنس آنها بر ميانگين دماي سطح و راندمان الكتريكي سيستم بررسي شد. باتوجه به نتايج بدست آمده، افزايش تعداد، طول و ضخامت فينها باعث كاهش دماي سلولها و افزايش بازدهي الكتريكي آنها ميشود. با افزايش تعداد فين ها از صفر به 5 عدد، راندمان الكتريكي سيستم 3.41 درصد افزايش مي-يابد و با افزايش ارتفاع فين از صفر به 20 ميلي متر و ضخامت فين از صفر به 4 ميلي متر، به ترتيب شاهد كاهش 6.55 و 5.04 درجه¬اي دماي سطح سلول مي باشيم. همچنين نشان داده شد كه با تغيير محل قرارگيري عمودي فينها مي توان 2.23 درصد راندمان الكتريكي سيستم را افزايش داد. با بررسي تاثير جنس فينها، مشخص شد كه بدليل افزايش بسيار كم راندمان الكتريكي سيستم (0.32 درصد) با تغيير جنس فينها از آلومينيوم به مس، استفاده از فينهاي مسي مقرون به صرفه نيست. در ادامه براي دستيابي به سيستمي كه در تمام فصول سال عملكرد مناسبي داشته باشد، راهكار استفاده همزمان از دو ماده تغييرفاز دهنده با دماي ذوب متفاوت ارزيابي شد. دادههاي بدست آمده براي حالتهاي مختلف بيانگر اين نتيجه ميباشند كه اين راهكار باعث بهبود عملكرد سيستم در طول سال نميشود. به شكلي كه وقتي از پيكربندي يك ماده تغيير فاز دهنده با دماي ذوب پايين استفاده ميشود، ميانگين افزايش راندمان الكتريكي ساليانه نسبت به حالتي كه اصلا خنككاري نشده در حالت افقي 13.35 درصد، ولي براي پيكربندي با دو ماده تغييرفاز دهنده برابر 13.06 درصد ميباشد. در پايان پارامترهاي هندسي كانتينر نگهدارنده ماده تغييرفاز دهنده مطالعه شد. با تغيير ضخامت كانتينر از 16 به 40 ميليمتر، ميانگين دماي سطح 9.88 درجه كاهش مي يابد و با تغيير زاويه سلول خورشيدي از صفر به 90 درجه، ميانگين دماي سطح 12.52 درجه كاهش مي يابد.
تاريخ ورود اطلاعات
1401/03/30
عنوان به انگليسي
عنوان (انگليسي) Numerical study of thermal management and performance enhancement of solar cells by improved phase change materials
تاريخ بهره برداري
4/20/2023 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
حسام الدين جيريايي شراهي
چكيده به لاتين
The demand for renewable energy sources, such as solar energy, has grown due to environmental problems and the depletion of fossil fuels. The most common technology for converting solar energy is photovoltaic cells. Since the performance of solar cells relies on their surface temperature, many recent studies have targeted mechanisms for cooling these systems. One of the passive cooling methods is the addition of phase change material behind the solar cell, which has been used in this study. This study investigated the effects of adding metal fins to the system on improving the thermal properties of PCMs. For this purpose, the study explored the impacts of geometric parameters of fins (including number, length, thickness, type, position, and material) on the average surface temperature of solar cells and the system's electrical efficiency. A rise in the number, length, and thickness of the fins lessened the temperature of the cells and enhanced their electrical efficiency. The system's electrical efficiency was increased by 3.41% upon raising the number of fins from zero to 5. Likewise, the solar cell surface temperature was diminished by 6.55 and 5.04 °C upon increasing the height of fins from zero to 20 mm and their thickness from zero to 4 mm. It was found that altering the fins' vertical position could up to 2.23% enhance the system's electrical efficiency. In addition, copper fins were found to be unaffordable, concerning the negligible 0.32% increase in the system's electrical efficiency upon using copper fins instead of aluminum ones. In order to achieve a system that improves system performance in all seasons, the simultaneous use of two PCMs with different melting temperatures was evaluated. However, according to the results, this strategy did not enhance system performance throughout the year. Eventually, the geometric parameters of the PCM container were studied. The system's average surface temperature was lessened by 9.88 °C upon increasing the thickness of the container from 16 to 40 mm. Moreover, the average surface temperature was diminished by 12.52 °C by altering the angle of the solar cell from zero to 90 °.
كليدواژه هاي فارسي
سلول خورشيدي , مواد تغيير فاز دهنده , مديريت حرارتي , سطوح گسترده , راندمان الكتريكي
كليدواژه هاي لاتين
Solar cell , Phase change material , Thermal management , Fins , Electrical efficiency
Author
Hesam Jiryaei Sharahi
SuperVisor
Dr Mahdi Moghimi