بررسی تاثیر ترکیب نانوذرات اکسید مس و آب مقطر بر راندمان یک سامانه فتوولتاییک حرارتی

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی انگلیسی

نویسندگان

• مهری قادری ¹
• پیمان سلامی ¹
• هادی صمیمی اخیجهانی ¹
• سمیرا زارعی ¹
• محمد صفوتی ²

¹ گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

² گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2025.92457.1349

چکیده

رشد سریع جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای انرژی، همراه با نیاز فوری به حفاظت از محیط‌زیست، محققان را بر آن داشته است تا منابع انرژی تجدیدپذیر را به‌عنوان جایگزینی مناسب برای سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر بررسی کنند. این مطالعه بهبود عملکرد سیستم‌های فتوولتاییک حرارتی (PVT) را با استفاده از روش خنک‌کننده غوطه‌وری با نانوسیال‌های اکسید مس ارزیابی می‌کند. دستگاه آزمایشی شامل یک محفظه شیشه‌ای بود که سطح پنل خورشیدی در زیر آن غوطه‌ور شده بود. آزمایش‌ها در نسبت حجمی نانوسیال 0.0250% و 0.05% و نرخ جریان 0.01 و 0.02 لیتر در ثانیه انجام شد. ارتفاع غوطه‌ور شدن در داخل محفظه شیشه‌ای 5 سانتی‌متر بود. آزمایش‌ها در شرایط محیطی که شامل دمای محیط 20.6-31.2 درجه سلسیوس و تابش 343-924 وات بر مترمربع انجام شد. نتایج نشان داد که نانوسیال‌های اکسید مس در نسبت حجمی 0.05 درصد و سرعت جریان 0.02 لیتر بر ثانیه، راندمان حرارتی را به 31.87 درصد بهبود داده و دمای سطح پانل را تا 11.8 درجه سلسیوس در مقایسه با خنک‌کننده آب کاهش داده است. همچنین راندمان الکتریکی سامانه PVT از پنل مرجع فراتر رفت. راندمان کلی سیستم PVT به 41.89 درصد رسید. این یافته‌ها پتانسیل خنک‌سازی مبتنی بر نانوسیال را برای بهینه‌سازی راندمان سامانه PVT با افزایش مدیریت حرارتی نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

• خنک‌کنندگی
• دمای سامانه
• راندمان حرارتی
• غوطه‌وری
• نانوسیال اکسید مس

موضوعات

• بیو انرژی

©2025 The author(s). This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

مراجع

1. Ahmadi, M., Samimi Akhijahani, H., & Salami, P. (2024). Evaluation the performance of drying efficiency and energy efficiency of a solar dryer quipped with phase change materials and air recirculation system. Iranian Food Science and Technology Research Journal, 20(2), 199-216. https://doi.org/10.22067/ifstrj.2023.79695.1218
2. Ahmed, A., Baig, H., Sundaram, S., & Mallick, T. K. (2019). Use of nanofluids in solar PVThermal systems. International Journal of Photoenergy, https://doi.org/10.1155/2019/8039129
3. Al-Ezzi, A. S., & Ansari, M. N. M. (2022). Photovoltaic solar cells: A review. Applied System Innovation, 5(4), 67. https://doi.org/10.3390/asi5040067
4. Al-Ghezi, M. K., Abass, K. I., Salam, A. Q., Jawad, R. S., & Kazem, H. A. (2021, August). The possibilities of using nano-CuO as coolants for PVT system: An experimental study. Journal of Physics: Conference Series, 1973(1), 012123. IOP Publishing.
5. Alktranee, M., Shehab, M. A., Németh, Z., Bencs, P., & Hernadi, K. (2023). Experimental study for improving photovoltaic thermal system performance using hybrid titanium oxide-copper oxide nanofluid. Arabian Journal of Chemistry, 16(9), 105102. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2023.105102
6. Allaker, R. P., & Yuan, Z. (2019). Chapter 10 - Nanoparticles and the control of oral biofilms. PP 243-275 in K. Subramani and W. Ahmed eds. Micro and Nano Technologies, Nanobiomaterials in Clinical Dentistry (Second Edition), Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815886-9.00010-3
7. Amalraj, S., & Michael, P. A. (2019). Synthesis and characterization of Al₂O₃ and CuO nanoparticles into nanofluids for solar panel applications. Results in Physics, 15, 102797. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102797
8. Arefin, M. A. (2019). Analysis of an integrated photovoltaic thermal system by top surface natural circulation of water. Frontiers in Energy Research, 7, 97. https://doi.org/10.3389/fenrg.2019.00097
9. Brahim, T., & Jemni, A. (2017). Economical assessment and applications of photovoltaic/thermal hybrid solar technology: A review. Solar Energy, 153, 540-561. https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.05.081
10. Dubey, S., Sarvaiya, J. N., & Seshadri, B. (2013). Temperature dependent photovoltaic (PV) efficiency and its effect on PV production in the world–a review. Energy Procedia, 33, 311-321. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.05.072
11. Elias, B. H., AlSadoon, S. H. M., & Abdulgafar, S. A. (2014). Modeling and Simulation of Photovoltaic Module Considering an Ideal Solar Cell. International Journal of Advanced Research in Physical Science, 1(3), 9-18.
12. Haidar, Z. A., Orfi, J., & Kaneesamkandi, Z. (2018). Experimental investigation of evaporative cooling for enhancing photovoltaic panels’ efficiency. Results in Physics, 11, 690-697. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.10.016
13. Idoko, L., Anaya-Lara, O., & McDonald, A. (2018). Enhancing PV modules efficiency and power output using multi-concept cooling technique. Energy Reports, 4, 357-369. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2018.05.004
14. Joshi, S. S., Andhare, A. M., Bhave, N. A., & Gudadhe, N. P. (2019). Thermal management of photovoltaic systems: Case studies. Journal of Physics: Conference Series, 1240(1), 012021. IOP Publishing.
15. Khalili, Z., & Sheikholeslami, M. (2024). Simulation of CuO-water nanofluid flow for cooling of solar photovoltaic module. Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, 1-12. https://doi.org/10.1080/10407782.2024.2350028
16. Madas, S. R., Narayanan, R., & Gudimetla, P. (2023). Numerical investigation on the optimum performance output of photovoltaic thermal (PVT) systems using nano-copper oxide (CuO) coolant. Solar Energy, 255, 222-235. https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.02.035
17. Mirzaee, P., Salami, P., Samimi Akhijahani, H., & Zareei, S. (2023). Life cycle assessment, energy and exergy analysis in an indirect cabinet solar dryer equipped with phase change materials. Journal of Energy Storage, 61, 106760. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.106760
18. Mohammadi Sarduei, M., Mortezapour, H., & Jafari Naeimi, K. (2017). Numerical analysis of using hybrid photovoltaic-thermal solar water heater in Iran. Journal of Agricultural Machinery, 7(1), 221-233. https://doi.org/10.22067/jam.v7i1.47426
19. Pordanjani, A. H., Aghakhani, S., Afrand, M., Sharifpur, M., Meyer, J. P., Xu, H., …, & Cheraghian, G. (2021). Nanofluids: Physical phenomena, applications in thermal systems and the environmental effects—a critical review. Journal of Cleaner Production, 320, 128573. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128573
20. Salami, P., Ajabshirchi, Y., Abdollahpoor, S., & Behfar, H. (2016). A comparison among different parameters for designing a photovoltaic/thermal system using computational fluid dynamics. Engineering, Technology & Applied Science Research, 6(5), 1119-1123. https://doi.org/10.48084/etasr.667
21. Sardarabadi, Passandideh-Fard, M., & Zeinali Heris, M. (2014). Experimental investigation of the effects of silica/water nanofluid on PVT (photovoltaic thermal units). Energy, 66, 264-272. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.01.102
22. Sathe, T. M., & Dhoble, A. S. (2017). A review on recent advancements in photovoltaic thermal techniques. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 645-672. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.075
23. Sheeba, K. N., Rao, R. M. & Jaisankar, S. (2015). A study on the underwater performance of a solar photovoltaic panel. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 37(14), 1505-1512. https://doi.org/10.1080/15567036.2011.619632
24. Siah Chehreh Ghadikolaei, S. (2021). Solar photovoltaic cells performance improvement by cooling technology: An overall review. International Journal of Hydrogen Energy, 46(18), 10939- https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.164
25. Tina, G. M., Rosa-Clot, M., Rosa-Clot, P., & Scandura, P. F. (2012). Optical and thermal behavior of submerged photovoltaic solar panel: SP2. Energy, 39(1), 17-26. https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.08.053
26. Yazdanifard, F., Ameri, M., & Ebrahimnia-Bajestan, E. (2017). Performance of nanofluid-based photovoltaic/thermal systems: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 323-352. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.025