PERFORMANCE ENHANCEMENT OF PV/T SYSTEMS USING NANO -ADDITIVES

Abstract

ABSTRACT

This thesis presents an experimental and theoretical study on the performance of the Photovoltaic/Thermal (PV/T) system by using nanofluid with a new design of the collector. Experiments were carried out in Iraq/Baghdad/University of Technology. Two photovoltaic cells were used in the experiments, one of which was connected to a collector consisting of 120 spherical protrusions in the form of 8*15 and the other was used for comparison purposes. Water and two kinds of nanofluid (Al2O3/water, CuO/water) were used at different volume concentration ratio as 1%, 2%, and 3% with the flow rate 1.5, 2, 2.5, 3.5 l/min for cooling of PV panels. According to the results obtained from the study, the cell surface temperature decreased with increasing flow rate when water was used as the cooling fluid. The highest decrease was obtained at 3.5 l/min with 17.6%, while an increase of 7.5% in electrical efficiency compared to PV panel without cooling and 27.4% in thermal efficiency than the thermal efficiency when we used (1.5 l/min) was found.

Using CuO/water and Al2O3/water at a volumetric concentration of 3% reduces the cell temperature 24% and 22.3% respectively compared to PV panel without cooling. Also increase in electrical and thermal efficiency was found as 10% and 40.7%, 9.1% and 38% when we use CuO and Al2O3 respectively at flow rate 3.5 l/min. The percentage of total difference (error) between the experimental and numerical work was 8.7% for ΔT (temperature differences between inlet and outlet) and 3.1% for the surface temperature of the collector at 3.5 l/min.

ÖZET

Yapılan bu çalışmada yeni tasarlanan bir kolektörde nanoakışkan kullanımı ile fotovoltaik/termal (FV/T) sistemin performansı deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Deneyler Irak Teknoloji Üniversitesinde gerçekleştirilmiştir. Deneylerde iki fotovaltaik hücre kullanılmış olup bunlardan birisi 8*15 şeklinde 120 adet küresel çıkıntıdan oluşan kollektöre bağlanmış diğeri ise karşılaştırma amacıyla sabit hücre kullanılmıştır. PV panellerin soğutulmasında su ve %1, %2, %3 hacimsel konsantrasyon oranlarına sahip iki farklı nanoakışkan (Al2O3/su, CuO/su) 1.5, 2, 2.5, 3.5 L/dk debilerinde kullanılmıştır. Yapılan çalışmada farklı kollektör yapıları için nanoakışkan kullanımın PV panel termal ve elektriksel verim üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, soğutma sıvısı olarak su kullanıldığında artan debi ile hücre yüzey sıcaklığı düşmüştür. En yüksek düşüş 3,5 L/dk'da %17,6 ile elde edilirken elektriksel verimde %7,5 ve ısıl verimde %27,4 artış olarak bulunmuştur. %3 hacimsel konsantrasyon oranında CuO/su ve Al2O3/su kullanılması ile soğutmasız PV panele kıyasla hücre sıcaklığı sırasıyla %24 ve %22,3 oranında azalmıştır. Ayrıca 3,5l/min debide CuO ve Al2O3 kullanıldığında elektriksel ve termal verimde sırasıyla %10 ve %40.7, %9.1 ve %38 artış bulunmuştur. Deneysel ve sayısal çalışma arasındaki toplam fark (hata) yüzdesi, 3,5 l/dk'da ΔT (giriş ve çıkış arasındaki sıcaklık farkları) için %8,7 ve toplayıcının yüzey sıcaklığı için %3,1 bulunmuştur.