Fluxo de nanofluido híbrido dentro do tubo de resfriamento de energia fotovoltaica

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8202 (2023) Citar este artigo

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Uma correção do autor a este artigo foi publicada em 10 de julho de 2023

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Neste trabalho, a camada do gerador termoelétrico (TEG) foi combinada com camadas convencionais de módulos térmicos fotovoltaicos (PVT) para aproveitar o calor residual e aumentar a eficiência. Para reduzir a temperatura da célula, existe um duto de resfriamento na parte inferior da unidade PVT-TEG. O tipo de fluido dentro do duto e a estrutura do duto podem alterar o desempenho do sistema. Assim, o nanofluido híbrido (mistura de Fe3O4 e MWCNT com água) foi substituído em vez de água pura e três configurações diferentes de seção transversal [STR1 (circular), STR2 (losango), STR3 (elíptico)] foram implementadas. Através do tubo foi resolvido o fluxo laminar incompressível do nanofluido híbrido, enquanto nas camadas sólidas do painel foi simulada a equação de condução pura envolvendo fontes de calor resultantes da análise óptica. De acordo com as simulações, a terceira estrutura (elíptica) tem o melhor desempenho e o aumento da velocidade de entrada faz com que o desempenho geral melhore cerca de 6,29%. Os valores de desempenho térmico e elétrico para projeto elíptico com frações iguais de nanopartículas são 14,56% e 55,42%, respectivamente. Com o melhor design, a eficiência elétrica melhora cerca de 16,2% em comparação com um sistema não refrigerado.

A energia tem uma importância económica significativa para qualquer país, uma vez que não é apenas crucial para as indústrias, mas também para satisfazer as necessidades internas da sociedade. Essa energia pode assumir diversas formas, como eletricidade, produtos químicos, calor e outros. Tradicionalmente, os combustíveis fósseis têm sido utilizados para satisfazer estas necessidades energéticas, mas são recursos finitos que não podem ser facilmente reabastecidos. A taxa a que os seres humanos consomem combustíveis fósseis excede em muito a taxa a que estes são naturalmente substituídos1. Portanto, encontrar alternativas sustentáveis ​​aos combustíveis fósseis é essencial para satisfazer as nossas necessidades energéticas a longo prazo. A energia sustentável é uma questão fundamental que tem o potencial de provocar mudanças positivas na situação actual2. Os combustíveis fósseis não só contribuem para a poluição ambiental, mas também enfrentam o desafio do esgotamento. Assim, para diminuir o impacto ambiental de tais fontes, a procura por energias renováveis ​​está a aumentar para satisfazer as crescentes necessidades energéticas. À medida que o custo da energia solar cai abaixo do dos combustíveis fósseis, a procura de combustíveis fósseis tende a diminuir. A energia solar pode ser aproveitada através de vários sistemas, incluindo unidades Térmicas Fotovoltaicas (PVT) para produzir calor e electricidade a partir da energia solar3. As unidades fotovoltaicas são aplicadas para converter a radiação incidente em eletricidade e apenas 20% de toda a energia da luz solar pode ser convertida e o restante é desperdiçado4. No entanto, temperaturas operacionais elevadas podem levar a uma redução na taxa de conversão e este aumento de temperatura pode resultar em danos à integridade estrutural dos painéis solares5. Os esforços para aumentar o desempenho elétrico (ηel) dos painéis fotovoltaicos envolvem a redução da sua temperatura de operação, que pode ser alcançada através do emprego de uma unidade de absorção térmica. Os pesquisadores exploraram um método denominado unidade PVT, para diminuir a temperatura celular6. O sistema PVT permite a geração simultânea de eletricidade e calor7,8. Elqady et al.9 investigaram uma pesquisa para otimizar as dimensões de um dissipador de calor para melhorar o desempenho de refrigeração de painéis solares. Suas descobertas identificaram um duto com pontos de projeto ideais e então foram empregados em um modelo 3D para avaliar a eficácia de um PVT. O maior desempenho elétrico alcançado foi de 17,45%, o que demonstrou uma melhoria significativa de quase 40% em comparação com um sistema CPV/T típico. Raza et al.10 apresentaram uma metodologia computacional para projetar um material compósito de alto desempenho para ser usado como parte traseira de uma unidade fotovoltaica concentrada (CPV). O compósito proposto mostra potencial promissor e resulta em um aumento de 4,3% na produção elétrica e maior durabilidade do módulo. Li et al.11 apresentaram uma abordagem nova e versátil para resfriamento de painéis fotovoltaicos. Eles descobriram que o desempenho do PV aumenta cerca de 19% com o emprego do sistema proposto.