Flux de nanofluides hybrides dans le tube de refroidissement du photovoltaïque

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8202 (2023) Citer cet article

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Une correction d'auteur à cet article a été publiée le 10 juillet 2023

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Dans ce travail, la couche du générateur thermoélectrique (TEG) a été combinée avec des couches conventionnelles de modules photovoltaïques-thermiques (PVT) pour utiliser la chaleur perdue et augmenter l'efficacité. Pour réduire la température de la cellule, il existe un conduit de refroidissement au bas de l'unité PVT-TEG. Le type de fluide présent dans le conduit et la structure du conduit peuvent modifier les performances du système. Ainsi, le nanofluide hybride (mélange de Fe3O4 et de MWCNT avec de l'eau) a été remplacé à la place de l'eau pure et trois configurations différentes de section efficace [STR1 (circulaire), STR2 (losange), STR3 (elliptique)] ont été mises en œuvre. Grâce au tube, le flux laminaire incompressible de nanofluide hybride a été résolu tandis que dans les couches solides du panneau, une équation de conduction pure a été simulée impliquant des sources de chaleur résultant de l'analyse optique. Selon les simulations, la troisième structure (elliptique) a les meilleures performances et l'augmentation de la vitesse d'entrée entraîne une amélioration des performances globales d'environ 6,29 %. Les valeurs des performances thermiques et électriques pour une conception elliptique avec des fractions égales de nanoparticules sont respectivement de 14,56 % et 55,42 %. Avec la meilleure conception, l’efficacité électrique s’améliore d’environ 16,2 % par rapport à un système non refroidi.

L’énergie revêt une importance économique considérable pour tout pays, car elle est cruciale non seulement pour les industries, mais également pour répondre aux besoins nationaux de la société. Cette énergie peut prendre diverses formes, comme l’électricité, les produits chimiques, la chaleur, etc. Traditionnellement, les combustibles fossiles ont été utilisés pour répondre à ces demandes énergétiques, mais il s’agit de ressources limitées qui ne peuvent pas être facilement reconstituées. Le rythme auquel les humains consomment des combustibles fossiles dépasse de loin le rythme auquel ils sont naturellement substitués1. Il est donc essentiel de trouver des alternatives durables aux combustibles fossiles pour répondre à nos besoins énergétiques à long terme. L’énergie durable est une question cruciale qui a le potentiel d’apporter des changements positifs dans la situation actuelle2. Les combustibles fossiles contribuent non seulement à la pollution de l’environnement, mais sont également confrontés au défi de l’épuisement. Ainsi, pour réduire l’impact environnemental de ces sources, la demande d’énergie renouvelable augmente pour répondre aux besoins énergétiques croissants. À mesure que le coût de l’énergie solaire devient inférieur à celui des combustibles fossiles, la demande de combustibles fossiles tend à diminuer. L'énergie solaire peut être exploitée à travers divers systèmes, notamment des unités photovoltaïques thermiques (PVT) pour produire à la fois de la chaleur et de l'électricité à partir de l'énergie solaire3. Les unités photovoltaïques sont utilisées pour convertir le rayonnement incident en électricité et seulement 20 % de toute l'énergie solaire peut être convertie et le reste est gaspillé4. Cependant, des températures de fonctionnement élevées peuvent entraîner une réduction du taux de conversion et cette augmentation de la température peut endommager l'intégrité structurelle des panneaux solaires5. Les efforts visant à augmenter les performances électriques (ηel) des panneaux photovoltaïques impliquent de réduire leur température de fonctionnement, qui peut être atteinte grâce à l'emploi d'une unité d'absorption thermique. Les chercheurs ont exploré une méthode appelée unité PVT, pour abaisser la température des cellules6. Le système PVT permet la production simultanée d’électricité et de chaleur7,8. Elqady et al.9 ont étudié une recherche visant à optimiser les dimensions d'un dissipateur thermique afin d'améliorer les performances de refroidissement des panneaux solaires. Leurs résultats ont identifié un conduit avec des points de conception optimaux, puis ils l'ont utilisé dans un modèle 3D pour évaluer l'efficacité d'un PVT. La plus grande performance électrique obtenue a été de 17,45 %, ce qui représente une amélioration significative de près de 40 % par rapport à un système CPV/T typique. Raza et al.10 ont présenté une méthodologie informatique pour concevoir un matériau composite haute performance destiné à être utilisé comme face arrière d'une unité PV concentrée (CPV). Le composite proposé présente un potentiel prometteur et entraîne une amélioration de 4,3 % de la puissance électrique et une meilleure durabilité du module. Li et al.11 ont présenté une approche nouvelle et polyvalente pour refroidir les panneaux photovoltaïques. Ils ont constaté que les performances du PV s'améliorent d'environ 19 % grâce à l'utilisation du système proposé.