30703

كاربرد سيستم فتوولتائيك حرارتي (PV/T) در توليد برق و تصفيه آب

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي مكانيك- تبديل انرژي

1399

1402/12/7

محمدحسن شجاعي فرد

محمد مزيدي

پرديس دانشگاهي - دانشكده مهندسي مكانيك

در اين مطالعه، هدف ما بهبود عملكرد سيستم فتوولتايي-حرارتي ) PV/T ( با استفاده از ماده تغيير فاز ) PCM ( در گرمكننده حرارتي بود. يك طراحي جديد براي ترتيب گرمكننده حرارتي لولههاي داراي پرهها معرفي شد و يك مدل رياضي جامع براي تحليل فرآيند انتقال حرارت و كارايي عملياتي سيستم PV/T توسعه داده شد. تغيير دماي سيستم PV/T با استفاده از شرايط آب و هوايي واقعي در بغداد و تهران شبيهسازي و اعتبارسنجي شد. براي انجام تحليلهايمان، از نرمافزار Open FOAM استفاده كرده و حلكننده خود را بهبود دادهايم تا فرآيند ذوب ماده تغيير فاز را بهطور دقيق ضبط كند. همچنين، تأثير سرعت باد و فشار جوي بر عملكرد سيستم PV/T مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه افزايش سرعت باد منجر به افزايش كارايي PV/T ميشود، در حالي كه افزايش فشار جوي منجر به كاهش كارايي ميشود. علاوه بر اين، مشاهده كرديم كه آب و هواي بغداد حساسيت بيشتري نسبت به تغييرات سرعت باد نسبت به تهران دارد. در بغداد و تهران، بالاترين دماهاي آب به ترتيب 54.3 درجه سانتيگراد و 50.1 درجه سانتيگراد بودند. علاوه بر اين، يك مطالعه براي ارزيابي قابليت استفاده از فناوري PV/T )فتوولتايي-حرارتي( براي توليد آب گرم در چرخه تصفيه چند اثر تبخيري و تصفيه جذبي ) MEDAD ( انجام شد. سيستم PV/T پيشنهادي نسبت به سيستمهاي سنتي PV/T بهبود عملكرد ميانگيني حدود 26 درصد داشت. در ماههاي گرمتر، سيستم قادر به توليد 0.11 مترمكعب در ساعت و 0.10 مترمكعب در ساعت آب قابل شرب در بغداد و تهران بود. علاوه بر اين، سيستم قابليت توليد 170 كيلوواتساعت و 140 كيلوواتساعت برق براي شهرهاي مربوطه را داشت.در بخش ديگري از پاياننامه، مطالعه بر روي ارزيابي عملكرد يك سيستم تركيبي PV/T از طريق بررسيهاي نظري و تجربي تمركز داشت. انرژي و اگزرژي براي ارزيابي عملكرد سيستم در محيط تهران استفاده شد. مطالعه نشان داد كه اگر (Tm-Ta)/G افزايش يابد، كارايي حرارتي كاهش يافت و بهترين كارايي حرارتي در تابش خورشيدي 996 وات بر متر مربع مشاهده شد. مطالعه نشان ميدهد كه توليدكنندگان ميتوانند با تركيب جذبكنندههاي حرارتي تخصصي براي سيستمهاي PV به يك سيستم تركيبي PV/T ، كارايي را افزايش دهند.

1403/01/18

The Application of Thermal Photovoltaic System (PV/T) for Power Generation and Desalination

2/25/2025 12:00:00 AM

In this study, we aimed to improve the performance of the photovoltaic-thermal (PV/T) system by incorporating phase change material (PCM) into the heat exchanger. A new design for the finned tube heat exchanger layout was introduced, and a comprehensive mathematical model was developed to analyze the heat transfer process and operational efficiency of the PV/T system. The temperature variation of the PV/T system was simulated and validated using real climatic conditions in Baghdad and Tehran. To conduct our analysis, we utilized the Open FOAM software and enhanced our solver to accurately capture the melting process in the PCM. We also investigated the effects of wind velocity and atmospheric pressure on the performance of the PV/T system. Our findings showed that an increase in wind velocity led to an increase in PV/T efficiency, while an increase in atmospheric pressure resulted in a decrease in efficiency. Additionally, we observed that the Baghdad climate was more sensitive to variations in wind velocity compared to Tehran. In Baghdad and Tehran, the highest obtained water temperatures were 54.3°C and 50.1°C, respectively. Furthermore, a study was conducted to assess the viability of using PV/T (photovoltaic-thermal) technology for hot water production in the Multi Effect Desalination and Adsorption Desalination (MEDAD) cycle. The proposed PV/T system demonstrated an average performance improvement of 26% compared to traditional PV/T systems. During warmer months, the system was capable of producing 0.11 m3/h and 0.10 m3/h of potable water per month in Baghdad and Tehran, respectively. Furthermore, the system had the potential to generate 170 kWh and 140 kWh of electricity for the respective cities. In the other part of thesis, the study focused on the performance assessment of a hybrid PV/T system through theoretical and experimental investigations. Energy and exergy were used to assess the system's performance in Tehran's environment. The study found that thermal efficiency declined as (Tm-Ta)/G increased, and the best thermal efficiency was observed at 996 W/m2 solar radiation. The study highlights the potential for manufacturers to increase efficiency by combining specialized thermal absorbers for PV systems into a single PV/T system.

فتوولتائيك حرارتي , توليد انرژي , انرژي تجديد پذير , اگزرژي , خاورميانه , چرخه MED-AD

Thermal Photovoltaic , energy production , renewable energy , exergy , middle east , MED-AD cycle

Hassan Al- Hamzavi

Dr. Shojaeifard