文摘

本文提出的改进的性能在伊拉克天气条件下光伏板。最大的问题是光伏电池内部的热量储存在夏季操作。主动冷却技术的一种新的设计,由一个小型换热器和循环管道水放在PV后表面实现。纳米流体(Zn-H2O)和五个浓度比率(0.1,0.2,0.3,0.4,0.5%)准备和优化。实验结果表明,提高输出功率。发现,没有任何冷却,PV的测量温度为76°C 2016年6月12日;因此,转换效率不超过5.5%以上。光伏/热系统操作下活跃水冷技术。温度从76下降到70°C。这导致的电效率增加6.5%的最佳流量2 L / min和热效率为60%。 While using a nanofluid (Zn-H2O) optimum concentration ratio of 0.3% and a flow rate of 2 L/min, the temperature dropped more significantly to 58°C. This led to the increase in the electrical efficiency of 7.8%. The current innovative technique approved that the heat extracted from the PV cells contributed to the increase of the overall energy output.

1。介绍

光伏系统代表低碳问题的解决方案,如果燃料用于发电。太阳辐射吸收和转换的半导体器件(太阳能电池)可以提供电力的供应以满足能源需求。一种能源,减少碳的排放,没有对化石燃料的依赖,潜力巨大的发展中国家,和适合分布式、PV,被认为是一个中期和长期能源前景提出了弗斯(1]。光伏系统的优势与其他系统相比,如维修费用低、无人值守操作,可靠寿命长20到30年,没有燃料,没有烟雾,易于安装和较低的复发性成本提出的Oi [2]。基本上,太阳能PV / T系统可以大致分为两个系统:光伏发电和太阳能热发电系统。PV / T系统指的是一个系统,利用传热流体从面板中提取热量。流体是水或空气,有时两者兼有。光伏热系统(PV / T)已经开发了若干原因;的一个主要原因是,PV / T系统可以提供更高的效率比单独光伏和热回收系统提出的Teo [3]。nanofluid的应用在太阳能收集器会导致接收机内部的一个均匀的温度分布。此外,更大的光吸收,吸收可见光高,和低发射率红外波长可以实现,和阳光可以直接转化为有用的热量由泰勒et al。4]。太阳能发电站纳米粒子具有以下优点:(1)粒子的极其微小的大小最好让他们通过泵和管道没有不利影响,(2)纳米流体可以直接跳过中间传热吸收能量的步骤,(3)纳米流体可以光选择性(即。,high absorption in the solar range and low remittance in the infrared), (4) a more uniform receiver temperature can be achieved inside the collector (reducing material constraints), (5) enhanced heat transfer via greater convection and thermal conductivity may enhance receiver performance, and (6) absorption efficiency may be improved by tuning the nanoparticle size and shape that suit the application as presented by Abdolzadeh and Ameri [5]。

EL-Basit et al。6)研究一个简单one-diode数学模型,运用MATLAB脚本。结果表明,辐照主要影响输出电流的变化,而温度的变化主要影响输出电压。Odeh和Behnia7)发明了一种冷却技术的涓涓流水的上表面光伏模块改进提出了光伏水泵系统的性能。实验平台的结果表明,增加了约15%的输出系统是实现在高峰辐射条件由于之间的对流热损失的水和光伏面板的上表面。长期系统的性能估计通过集成测试结果在一个商业瞬态仿真软件包使用站点辐射和环境温度的数据。年度绩效的系统仿真结果显示增加5%交付光伏模块的能量在干燥和温暖的季节。

Chaji et al。8]TiO的不同浓度的影响进行了研究₂纳米颗粒在水中的三个值流速,也就是说,36岁,72和108 L /人力资源。他们调查了四个粒子的浓度比例(0、0.1、0.2和0.3%湿)。结果表明,添加纳米颗粒水最初的平板太阳能集热器效率增加了3.5 - 10.5%,该指数的收集器总效率2.6 - 7%相对于流体的基地。

PV的主要的问题是热量的积累,这显然降低了电气性能;因此,必须消散热量。在伊拉克,这个问题变得越来越严重,因为炎热的天气在大多数的;这使得光伏电池的电效率降低光伏电池内部的热量的增加。主动解决这个问题可以使用水冷技术来减少影响的热量传递热量的水可以用在许多应用程序作为一个热水。导热系数的增强可以通过使用nanofluid Zn-H等应用程序₂o .当前工作的创意是使用新设计的冷却技术包括铜管道放在PV后表面吸收的热量积累在光伏电池。这目的是通过评估光伏板在不同操作条件下的性能,增强电和热性能的光伏/热力系统与排水系统在不同水质量流率,和学习的效果使用nanofluid(锌)作为工作流体在水循环管道在不同浓度比率(0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)。

2。数学建模

2.1。PV / T系统的整体性能

方程的名义电效率()提出的本9)如下:

热效率是由以下方程,计算了El-Seesy et al。10]:

2.2。热物理性质的Zn-H₂O Nanofluid

工作流体的热物理性质(Zn-H₂O nanofluid)改变是由于纳米粒子的影响。这些属性可以找到传统液体从标准表或方程提出的达比(11]。纳米流体的性质可以通过使用下面的估计方程,由Albadr和侯赛因(12,13]:

计算雷诺兹,沛克莱,普朗特数如下(13]:

摩擦因素(为单相流)和努塞尔特号码(ν)计算从以下方程:

摩擦系数的每个流量nanofluid可以发现在单相流不能用于计算摩擦系数以及努塞尔特数了侯赛因(13]。

3所示。材料和方法

3.1。实验装置

PV / T系统的原型就是抽水系统是用于所有电气和热实验调查对系统性能的影响,并建议改进。设置由太阳能电池板、充电控制器、电池,直流-直流提升转换器,PMDC电动机用作泵系统负载,铜管固定的光伏面板背面,散热器,风扇,冷却热水循环泵。实验进行的机电工程系,理工大学,在夏季和冬季的季节。

的照片设置如图1(一)和1 (b)解释了完整的实验装置的原理图。实验装置的主要组成部分是光伏板产生直流电(DC)电。在这部作品中,sr - 100 PV板是由单晶半导体已经使用。光伏面板包括已产生100瓦最大功率在标准测试条件下(STC),通常可以生成近5.8最大太阳辐射。期间量测量实验如下:(1)数字式太阳能计安装在飞机上的光伏面板是用来表示太阳辐照度的变化。(2)5 k热电偶连接到12-channel数字温度记录器(类型Lutron btm - 4208 - sd)是用来测量温度的光伏面板,工作流体和环境温度。(3)最大电流和电压、短路电流和开路电压,光伏面板的使用万用表手动记录。(4)工作流体的质量流量(Zn-H₂O nanofluid)用流速计测量。

3.2。PV / T描述

在这工作,特制的蛇形流收集器设计。PV / T收集器由光伏模块和热收集器的铜片和管道。铜片和管道直接粘贴到背面的光伏面板。铜材料被使用由于其高导热管的内径11毫米,厚度1毫米转移工作流体的温度从光伏面板。使用散热片之间的表面光伏面板的底面和2毫米铜板导热系数增加。

使用焊接机铜管道相连。管道系统的存储容量是1.5升焊接铜片的高度和长度,然后固定在表面的标准光伏面板。焊接方法是锡和银分别占40%和60%。振荡流至少有一个进口和出口许可证工作流体进入和退出的铜管道,分别。水进入管道低温热水和旅行。热水可以使用或存储供以后使用。然而,这项工作是致力于抽水系统,因此不需要热水输出提出了PV / T系统。通过这种方式,能充分利用太阳辐射能量,太阳能加热的应用程序。热收集器的尺寸如图2(一个)。

3.3。制备Nanofluid

在研究的影响水冷技术在PV / T系统的性能,Zn-water nanofluid准备5浓度比率(0.1,0.2,0.3,0.4,0.5%)通过混合电离粒子与1.5升的水。图2 (b)表明Zn-water nanofluid腐蚀实验室一直在准备大学材料工程部门的技术。避免购买,一种锌纳米颗粒被用于这项研究。纳米颗粒的直径为30 nm。

4所示。结果与讨论

4.1。模拟光伏输出特性

了PV Matlab模型是测试评估太阳能辐射效应和光伏温度变化。从结果,指出当前增加比例与太阳辐射的增加,但电压增加非线性与太阳辐射,然后增加功率输出,如图3。另一方面,温度主要影响光伏电压。光伏面板的上升温度主要影响PV电压比光伏电流。随后这个原因导致减少的权力。当光伏模块的温度从25到85年增加1000 W / m的辐照²,PV开路电压从21.8下降到18.8伏,这导致降低光伏发电从100年到84年瓦特代表电流电压的变化(我- - - - - -V)和电压(P- - - - - -V)的特点。解决后的控制方程系统的电和热性能如前所述在引言部分帮助确定并获得结果,PV / T系统的热力性能图所示4。

4.2。光伏性能与水冷技术

图5显示了温差、电压和最大功率混合系统PV / T的变化,分别。这些曲线代表了温差的变化取决于太阳辐射和环境温度与时间。进口和出口之间的温差是几乎与太阳辐射的线性关系变化的辐射值从200 W / m²900 W / m²然后落在700 W / m²近。可以看出当流量的增加会导致减少输出温度和温差和流量的减少会导致增加输出温度和温差,然后得到了最佳热增加,这是由于液体需要很长时间来吸收热量从光伏模块的表面。

图6显示2 L /分钟流量提供了最佳性能的热效率PV / T系统由于传热速率的增加流体在管道代表2 L /分钟的流量工作流体(水)给很好的改善电流和电压降低光伏/热系统由于光伏温度在这个值的流量和冷却过程使改进从光伏发电,但是更好的权力产生在2 L / min流量是因为更多的热量消散在散热器工作流体流量的增加流传。

可以看出光伏模块的电效率增加而增加流体的流量。最好的电效率获得最佳流量(2 L / min)因为所有的以这种速度性能得到了改进。结果表明,泵的操作系统却很大程度上取决于光伏系统的性能和峰值功率的光伏系统。直流电压影响电机运行的速度。可以看出低电压产生光伏模块由于高工作温度会导致减少直流水泵的输出,而高压导致增加直流水泵的输出。可以看出循环流体通过管道在光伏电池的后表面强烈提高系统和子系统的性能,因为马达泵可以得到大多数的细胞通过改善性能的光伏模块如图7。

4.3。使用Zn-H光伏性能₂O Nanofluid

锌合金的导热系数高于水:112.2 W / m。k为锌金属,而水,0.596 W /该调查。这个特性使工作流体的热导率的增加。图8 (b)表明,传热速率随体积浓度的增加比率nanofluid因为nanofluid导热系数随nanofluid浓度比率的增加,导致增加光伏/热系统的热性能,如图8 (c)这是由于传热速率随着浓度的增加比率。发现2 L / min的质量流率提供了最好的热性能和电气性能在水下试验的PV / T。

图9解释说,0.3%的价值给光伏的最佳冷却。这是由于Zn-H的热导率增加₂O nanofluid这个比例导致更多从光伏表面吸收的热量。如果浓度比率增加0.3%以上,PV温度将增加,因为增加的工作流体的密度和粘度浓度比率的上升,这给改进的反向影响。通过减少使用nanofluid PV温度,产生的最大功率的光伏模块将会增加。最好是注意到最大电力0.3% nanofluid集中度因为这个体积比给好冷却PV模块;同时,观察到有一个改善我_马克斯和V_马克斯导致增强光伏电源在使用nanofluid和良好的情况下浓度比率0.3%。光伏模块的电效率提高0.3%使用nanofluid体积浓度比率大于0.3%时,减少因为PV温度增加的体积浓度比例增加0.3%以上,如图10。

4.4。物理性质的Zn-H₂O Nanofluid

所有工作流体的物理性质会改变取决于纳米粒子的浓度比例,如密度、比热、粘度和导热系数。观察它的草图nanofluid密度的变化是体积浓度比值的函数时,水的密度增加温度。图(11日)代表nanofluid的比热的变化增加了体积浓度比率。这种行为是由于密度的变化nanofluid作为温度的函数。图11 (b)代表的粘度nanofluid体积浓度比的函数。结果显示在nanofluid粘度减少体积浓度比率与温度上升;这是通过改变水的物理性质来解释在温度上升。图11显示了nanofluid导热系数和热扩散系数的变化,分别与体积浓度比例的增加,热导率是最重要的物理性质nanofluid,它主要取决于流体的温度。观察到在更高的温度下,对这些值有最大的影响,我们注意到,随着浓度比率增加,更多的热量被吸收的同时与所有的体积浓度比率值相比,这温度升高会导致增加nanofluid的导热系数和热扩散系数,分别。图12显示了体积浓度比率对雷诺数的影响;增加浓度比例导致吸收温度增加,导致雷诺数的增加。雷诺数的增加是由于降低粘度nanofluid nanofluid和增加密度。图12 (c)代表温度的降低普朗特数的增加对所有体积浓度比率;这是由于密度和热扩散率的增加和温度较高粘度的下降。体积浓度的影响比率沛克莱数如图13。从图中观察到的,沛克莱数减少,因为热扩散率的增加。体积浓度的影响比率作为温度的函数在努塞尔特数如图13 (b)。这是观察到的努塞尔特数增加体积浓度比率(0.1,0.2,0.3,0.4,0.5%)。这一增长是由于雷诺和普朗特数的增加温度升高,增加浓度比率,这将导致增加努塞尔特数的值。

4.5。PV抽水系统的性能

在这项工作中,我们测试泵的操作系统设计为饮用及灌溉供水。结果表明,泵送系统的操作却很大程度上取决于光伏系统的性能和峰值功率的光伏系统。

取得通过本研究目的是调查的太阳辐射变化对泵水系统性能的影响。结果表明,由于太阳辐射增加,泵流量增加。直流电压影响电机运行的速度。可以看出低电压产生光伏模块由于高操作温度导致减少直流水泵的输出,而高压导致增加直流水泵的输出。可以看出循环流体通过管道在光伏电池的后表面强烈提高系统和子系统的性能,因为马达泵可以接收的大部分细胞的力量通过改善性能的光伏模块如图13 (b)和13 (c)。

4.6。结果比较

当比较实验结果已手动测量如图(15日)和15 (b)与理论结果的方法,使用Matlab / Simulink仿真光伏特性条件下(1)太阳辐射的影响在恒定温度下(25°C)和(2)温度恒定辐照效应(1000 W / m²)。可以注意到从这些数据,实验和理论结果之间的差异是不到2%是完全可以接受的。

5。结论

太阳辐射的变化主要影响输出电流,而温度的变化主要影响输出电压。混合PV / T系统是一个用于提高面板的电效率的方法然后提高光伏抽水系统的性能。混合动力系统的电气和热效率与质量流率的增加会增加水。在2 L /分钟最佳流量,电效率为6.5%,热效率为60%。结果表明,当nanofluid(锌)在不同浓度比率(0.1,0.2,0.3,0.4,0.5%)在2 L / min流量、电池温度下降更重要的从76°C到58°C的最佳浓度比nanofluid 0.3%;这导致光伏面板的电效率增加7.8%。

命名法

一个:	区域的光伏模块(m2)
一个c:	收集器(m2)
Cpf:	热容的基液(J / kg.c)
Cpnf:	热容的nanofluid (J / kg.c)
G:	太阳辐射(W / m2)
我米:	最大电流的PV (A)
我sc:	太阳能电池的短路电流(A)
Kf:	热导率的基础液(W /司仪)
K我:	电池的短路电流温度系数(A /k)
Knf:	导热系数的nanofluid (W /司仪)
Kρ:	纳米颗粒的导热系数(W /司仪)
米:	质量流率(公斤/ s)
ϕ:	纳米颗粒的体积浓度
T在:	工作流体的入口温度(°C)
T0:	温度的标准条件(25°C)
T出:	工作流体的出口温度(°C)
V米:	最大光伏电压(V)
V光伏:	输出电压(V)
β:	硅光电池系数(β= 0.0045°C−1)
η0:	名义上的电效率标准条件
μnf:	Nanofluid粘度(公斤/理学硕士)
μw:	水粘度(公斤/理学硕士)
ρnf:	nanofluid密度(公斤/米3)
ρp:	纳米颗粒的密度(公斤/米3)。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。