دراسة تجريبية ونظرية على منظومة كهروضوئية حرارية ثنائية المائع لانتاج القدرة والحرارة

الباحث

اميمة معتز عبد المجيد

المشرف

عبد اللطيف احمد جادالله - غسان عبد الحسين بلال

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الكهروميكانيكية / الهندسة الكهروميكانيكية

الشهادة

ماجستير

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Photovoltaic thermal system;Bi-fluid;Heat generation;Electrical efficiency

النظام الكهروضوئي الحراري ثنائي المائع هو نظام يوفر الكهرياء والهواء الساخن والماء الساخن للتطبيقات المنزلية والزراعية والصناعية. علاوة على ذلك ، فإن النظام الكهروضوئي الحراري القائم على الهواء هو نظام يوفر الكهرياء والهواء الساخن. تبحث هذه الدراسة في التكامل الجديد بين نظام كهروضوئي حراري ثنائي المائع ونظام كهروضوئي حراري القائم على الهواء لضمان نهج تحسين أفضل للأداء الحراري والكهربائي للنظام الكهروضوئي ثنائي الموائع. تمت دراسة cla) الحراري والكهريائي للأنظمة الكهروضوئية المدمجة تجريبيا وعدديا. وكانت أبعاد المجمع ثنائي الموائع )1332 * 810 * 60( ملمء أما المجمع القائم على الهواء فكانت أبعاده )1332 * 810) ملم في الطول والعرضء والقناة العلوية بارتفاع 30 ملمء والقناة السفلى بارتفاع 22.5 ملم. تم توجيه كل نظام كهروضوئي حراري باتجاه الجنوب بزاوية 150 درجة ويميل كل نظام بمقدار 35 درجة. تم اختبار الأنظمة الكهروضوئية المدمجة بمعدلات تدفق كتلة لكل مائع بقيم المختلفة مع الاخذ بنظر الاعتبار انخفاض درجة حرارة الخلية و رفع درجة حرارة السائل الخارج من المنظومة. ان مدة الاختبار استمرت ليومين؛ وكان اليوم الأول في (5 نيسان 2022 م) ليمثل (الحالة الأولى) ، وكان اليوم الثاني في )7 نيسان 2022 م) ليمثل (الحالة الثانية). تم تحديد معدل تدفق ALS الهواء في كل حالة بقيمة لكل من الأنظمة الكهروضوئية الحرارية، في حين تباين معدل تدفق ALS الماء بين نطاق )0.0034( كغم/ثانية و (0.0102) كغم/ثانية، وتم استكشاف تأثير تغيير معدل تدفق كتلة الماء لكل من الأنظمة الكهروضوئية الحرارية المدمجة .كان نظام الحصول على البيانات عبارة عن اردوينو من نوع ميغا حيث يوفر قراءات درجة الحرارة والتحكم اليدوي. أظهرت النتائج التجريبية أن تقنية التبريد الثانية (عند استخدام القيمة 0.0102 كغم/ثانية من التدفق الكتلي للماء) كانت الأكثر فعالية حراريا وكهريائيا. تم تمثيل تقنية التبريد الثانية من خلال ضبط معدل تدفق ALS الهواء عند (0.0595) كغم/ثانية في النظام الكهروضوئي الحراري ثنائي المائع بالتزامن مع معدل تدفق ALS الماء البالغ (0.0102) كغم/ثانية وتم تثبيت معدل تدفق كتلة الهواء عند (0.0223) كغم/ثانية في النظام الكهروضوئي الحراري القائم على الهواء للحالة الاولى ومع ذلك ٠ بالنسبة للحالة الثانية ، تم تعيين معدل تدفق ALS الهواء عند (0.1190) كغم/ثانية مع معدل تدفق ALS الماء من (0.0102) كغم/ثانية في النظام الكهروضوئي الحراري ثنائي المائع و(0.0446) كغم/ثانية في النظام الكهروضوئي الحراري القائم على الهواء . تم تسجيل الإشعاع الشمسي من الساعة 8 صباحا حتى الساعة 3 مساءا. كان الحد الأقصى لخرج الطاقة المسجل من الوحدات الكهروضوئية المدمجة (248) واط في الحالة الأولى و (223.7) واط في الحالة الثانية. في الحالة الأولى، كانت القيم القصوى 57.73/ و 12.44/ من الكفاءة الحرارية والكهربائية، على التوالي، والكفاءة الحرارية بنسبة 27.80/ مع كفاءة كهربائية بنسبة 12.06/ في النظام الكهروضوئي الحراري القائم على الهواء. بالإضافة إلى call كانت أعلى قيم للكفاءة الحرارية والكهريائية 64.57/ و 12.64/ على التوالي، للنظام الكهروضوئي الحراري ثنائي المائع، و 35.56/ و 12.56/؛ في وقت واحدء للنظام الكهروضوئي الحراري القائم على الهواء، في الحالة الثانية. تمت محاكاة نماذج cla) الحراري والكهريائي باستخدام أداة ماتلاب ، وأظهرت نتائج التحقق من الصحة اتفاقا جيدا مع النماذج التجريبية. سجلت نتائج متوسط الخطأ المقدر المطلق أدنى قيمة بلغت 1.30/ للكفاءة الكهريائية لنظام الكهروضوئي الحراري ثنائي المائع في الحالة الاولى. في الختام، لوحظ الأداء الحراري المعزز مع زيادة معدلات تدفق الكتلة وتحسن طفيف في cla) الكهربائي يعزى الى أستخدام أساليب التبريد.

The Photovoltaic thermal (PVT) system of the bi-fluid type provides electricity, hot water, and hot air for cultivation, industrial, and house needs usage. Moreover, a PVT system of the air-based type provides electricity and hot air. The present study investigates the new integration between the bi-fluid and the air-based PVT systems to ensure a better enhancement approach to the bi-fluid PVT system’s thermal and electrical performance as well. The pollutants resulted from fossil fuel lead to climate change. And enhancement to such renewable energy system is needed to provide the best of electrical and thermal energies need. The dimensions of the bi-fluid collector were (1332 ˟ 810 ˟ 60) mm, the air-based collector had dimensions of (1332 ˟ 810) mm, the upper channel with 30 mm in height, and the lower channel with 22.5 mm in height. Each PVT system faced the south with the direction 150o and tilted by 35o. The integrated PVT systems were tested with different working fluids’ mass-flow rates concerning the reduction in cell temperature and the rising of outlet fluids’ temperatures. Two days of testing were chosen, the first day was on the 5th of April 2022 (Case I), and the other day was the 7th of April 2022 (Case II). The mass-flow rate of air in each case was adjusted at a value for both PVT systems, however, the water mass-flow rate diverged between a range of 0.0034 kg/s and 0.0102 kg/s, and the impact of the various mass-flow rates of water was explored in both connected systems. The data acquisition tool was an Arduino Mega that provided the temperature reads and the manual control. The experimental results demonstrated that the second cooling technique was the most effective thermally and electrically. The second cooling technique was represented by adjusting the air at 0.0595 kg/s in the bi-fluid PVT system simultaneously with the water at 0.0102 kg/s and the air was fixed at 0.0223 kg/s in the air-based PVT system for Case I. However, for Case II, the air flow was set at 0.1190 kg/s with the water flow at 0.0102 kg/s in the bi-fluid PVT system and 0.0446 kg/s in the PVT air-based system. The solar irradiance was recorded from 8 AM to 3 PM. The maximum power output recorded from the connected PV modules was 248 W in Case I and 223.7 W in Case II. In Case I, the maximum values were 57.73% and 12.44% of thermal and electrical efficiency, respectively, and 27.80% of thermal efficiency with an electrical efficiency of 12.06% in the air-based PVT system. Additionally, the highest thermal efficiency was 64.57% with the electrical efficiency of 12.64%, simultaneously, for the bi-fluid PVT system, and 35.56% and 12.56%, simultaneously, for the air-based PVT system, in Case II. The thermal and electrical performance models were mannered using the MATLAB tool, and the validation results showed satisfactory approval with the experimental ones. The mean absolute percentage error (MAPE) results have recorded the lowest value of 1.30% for the values of the electrical efficiency of the bi-fluid PVT system in Case I. In conclusion, the thermal performance enhanced with the increase of mass flow rates and a slight improvement was observed to the electrical performance due to the cooling approaches.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب