EXPERIMENTALLY AND THERMODYNAMIC ANALYSIS OF PV/T SYSTEMS USING HYBRID AND GRAPHENE NANOFLUIDS

Abstract

ABSTRACT

Although significant studies and worthy achievements of utilized nanofluids in solar thermal systems, there is a need for more practical and theoretical studies to increase the general knowledge of the importance of using nanofluids specifically in solar systems. After reviewing many scientific researches, it became clear that increasing the performance of PV/T systems using nanofluids as coolant working fluids has gained the interest of researchers in about recent decades. However, there is a need to increase studies, especially experimental studies, in order for them to contribute to enriching investigations related to PV/T collectors. One sort of heat exchanger PV/T collector has been designed, constructed and outdoor tested in Karabuk, Turkey which called serpentine type heat exchanger (PV/Ts). The coolants used in this study are Hybrid nanofluid, and graphene nanoplatelets dispersed in water as a base fluid with a concentrations of 0.5 wt%. In this study.

Many experiments have been conducted with distilled water, Hybrid-water nanofluid, and graphene-water nanofluid at flow rates of 0.5 L/min. The results of these experiments revealed that the 0.5 L/min is the optimum flow rate for the system. Based on the results of 0.5 wt% nanofluid concentrations, the higher concentrations of nanofluids the better enhancement in PV/T electrical efficiency. Also, graphene nanoplatelets reveled better electrical efficiency increment and higher thermal efficiency. Based on energetic and exergetic comparison performed between distilled water, 0.5 wt% hybrid nanofluid and 0.5 wt% graphene nanoplatelets-water nanofluid coolants, adding thermal unit to PV module enhanced the overall energetic efficiency by 48.1% for distilled water, 53.5% for Hybrid nanofluids, and 55.8% for graphene-water. From the exergetic estimation, the increase in overall exergetic efficiency was 10.47%, 10.94, and 11.52% for PV/T collector cooled by distilled water, Hybrid-water nanofluid, and graphene-water nanofluid respectively.

ÖZET

Güneş enerjisi sistemlerinde kullanılan nanoakışkanlarla ilgili önemli çalışmalar ve değerli başarılar olmasına rağmen, nanoakışkanların özellikle güneş sistemlerinde kullanılmasının önemine ilişkin genel bilgileri artırmak için daha pratik ve teorik çalışmalara ihtiyaç vardır. Birçok bilimsel araştırmayı gözden geçirdikten sonra soğutucu çalışma sıvıları olarak nanoakışkanları kullanan PV/T sistemlerinin performansını artırmanın, yaklaşık son on yılda araştırmacıların ilgisini çektiği anlaşılmıştır. Ancak PV/T kollektörleri ile ilgili araştırmaların zenginleştirilmesine katkı sağlamak için özellikle deneysel çalışmaların arttırılmasına ihtiyaç vardır. Serpantin tipi ısı eşanjörü (PV/Ts) olarak adlandırılan bir tür ısı eşanjörü olan PV/T kollektörü Türkiye’nin Karabük ilinde tasarlanmış, inşa edilmiş ve dış ortamda test edilmiştir.Bu çalışmada kullanılan soğutucular, Hibrit nanoakışkan ve ağırlıkça %0.5 konsantrasyonlu bir baz akışkan olarak suda dağılmış grafen nanoplateletlerdir.

Damıtılmış su, Hibrit-su nanoakışkanı ve grafen-su nanoakışkanı ile 0,5 L/dk akış hızlarında birçok deneyler yapılmıştır. Bu deneylerin sonuçları sistem için en uygun akış hızının 0,5 L/dk olduğunu ortaya çıkarmıştır. Ağırlıkça %0.5 olan nanoakışkan konsantrasyonlarının sonuçlarına göre, nanoakışkanların daha yüksek konsantrasyonları PV/T elektrik verimliliğinde daha iyi artış sağlamıştır. Ayrıca, grafen nanoplateletler daha iyi elektriksel verimlilik artışını ve daha yüksek termal verimliği sağlamıştır. Damıtılmış su, ağırlıkça %0.5 olan hibrit nanoakışkan ve ağırlıkça %0.5 grafen nanoplatelet-su nanoakışkan olan soğutucular arasında gerçekleştirilen enerjik ve ekserjetik karşılaştırmaya dayalı olarak, PV modülüne termal ünite eklenmesi genel enerji verimliliğini damıtılmış su için %48,1, hibrit nanoakışkanlar için %53,5 ve grafen-su için %55.8 artırmıştır. Ekserjetik tahmine göre genel egzergetik verimdeki artış damıtılmış su, hibrit-su nanoakışkanı ve grafen-su nanoakışkanı ile soğutulan PV/T toplayıcı için sırasıyla %10.47, %10.94 ve %11.52 dir.