محققان موسسه تحقیقات انرژی خورشیدی (SERI) از دانشگاه کبانگستان مالزی نمونه اولیه‌ای از یک سیستم فتوولتائیک-حرارتی (PVT) را بر اساس یک ماده تغییردهنده فاز تقویت شده با نانوذرات (NANO-PCM) و لوله‌های جذب پیچ خورده طراحی کردند.
پنل خورشیدی فتوولتائیک/حرارتی با کارایی بالا ساخته شد
پنل جدیدی توسط دانشمندان در مالزی توسعه یافته است که در آن از یک ماده تغییردهنده فاز حاوی نانوذرات (NANO-PCM) و لوله‌های جاذب پیچ خورده استفاده شده است. این سیستم از یک ماژول فتوولتائیک ۳۰ واتی، لوله‌های جاذب متصل به پشت پانل از طریق چسب سیلیکونی و یک ظرف PCM در اطراف لوله‌ها تشکیل شده است.
هدف اصلی کار آنها ارزیابی هزینه‌های لوله جذب‌کننده، انتخاب مایعات کار و استفاده از NANO-PCM است تا مشخص شود که این فناوری از نظر اقتصادی چقدر مقرون به صرفه است.
عدنان ابراهیم، نویسنده مسئول این تحقیق، گفت: «استفاده عملی از این نوع پنل‌های خورشید به توانایی آنها در گرفتن انرژی خورشیدی و در عین حال مقرون به‌صرفه و کارآمد ماندن آنها، وابسته است. در این تحقیقات، ما با استفاده از نسبت AC/AEG به عنوان یک شاخص کلیدی هزینه و فایده، هزینه سالانه (AC) و جذب انرژی سالانه (AEG) سیستم فتوولتائیک-حرارتی را کاملاً تحلیل می‌کنیم.»
PCMها موادی هستند که می‌توانند مقادیر زیادی گرمای نهان را در محدوده دمای تعریف شده جذب، ذخیره و آزاد کنند. آنها غالباً در سطح تحقیقاتی برای خنک‌کننده ماژول PV و ذخیره گرما مورد استفاده قرار می‌گیرند.
برای ایجاد Nano-PCM، دانشمندان یک نانوسیال را با استفاده از نانوذرات کاربید سیلیکون (SIC)، آب و پارافین تهیه کردند. آنها گفتند: «نسبت نانوسیال‌ها به ترتیب ۰٫۳ ٪ و ۰٫۶ ٪ بود و Nano-PCM دارای نسبت حجمی ۱ ٪ بود.»
این گروه این سیستم‌ها را با جاذب‌های مختلف و تنظیمات سیال کار در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد، دمای سیال کار ۲۰ درجه سانتی‌گراد و سطح تابش خورشیدی ۸۰۰ W/m2 آزمایش کرد. این نتایج نشان داد که پانل دارای دمای سطح ۷۷٫۵۹ درجه سانتی‌گراد، راندمان PV حدود ۷ ٪ و میزان جریان جرم از ۰٫۰۰۸ تا ۰٫۰۴ کیلوگرم در ثانیه دارد.
آنها دریافتند که استفاده از لوله پیچ خورده به طور قابل توجهی دمای واحد PV را کاهش می‌دهد و نمونه اولیه با غلظت ۰٫۶ ٪ SIC راندمان حرارتی و فتوولتائیک به ترتیب ۸۴٫۷۴ ٪ و ۹٫۶۱ ٪ به دست آورد. خروجی الکتریکی آن ۱۶ وات بود در حالی که در پنل‌های فاقد این فناوری این رقم ۱۰٫۴۹ وات بود.
ابراهیم توضیح داد: «تمرکز اصلی ما بهینه‌سازی استفاده از انرژی حرارتی و الکتریکی از منابع خورشیدی است. جالب اینجاست که نسبت AC/AEG پانل PV استاندارد ۰٫۰۹۸۲ دلار در کیلووات ساعت بود. با این حال امیدوارکننده‌ترین نتایج با پیکربندی شامل نانوسیال، لوله‌های جاذب پیچ خورده و NANO-PCM مشاهده شد و به نسبت چشمگیر AC/AEG با ۰٫۰۴۸۵ دلار در کیلووات ساعت رسید.
وی تأکید کرد: «تحقیقات ما پتانسیل بالا سیستم‌های PVT را نشان می‌دهد و نقش آنها را به‌عنوان یک فناوری قانع‌کننده برای راه‌حل‌های انرژی پایدار نمایان می‌کند.»
