Poprawa wydajności kolektora PV/T z rurami spiralnymi dzięki zastosowaniu nanofluidu w gorącym klimacie: badania eksperymentalne

Abstrakt

W niniejszym badaniu eksperymentalnie zbadano wydajność kolektora fotowoltaiczno-termicznego (PV/T) z rurą spiralną, zintegrowanego z modułami fotowoltaicznymi z krzemu monokrystalicznego i chłodzonego za pomocą nanofluidu Al₂O₃/woda. Testy terenowe przeprowadzono w Kirkuku (Irak) w marcu 2025 r. w warunkach eksploatacyjnych. Jako płyn roboczy zastosowano nanofluid zawierający 0,5% mas. Al₂O₃, a jego wydajność porównano z wydajnością płaskich paneli fotowoltaicznych w warunkach chłodzenia powietrzem oraz nowoczesnych konfiguracji fotowoltaiczno-termicznych (PV/T) chłodzonych wodą. O godz. 13:00 kolektor chłodzony nanofluidem zdołał utrzymać ogniwo fotowoltaiczne w temperaturze minimalnej wynoszącej ∼29°C, podczas gdy panele chłodzone wodą i powietrzem nagrzały się odpowiednio do około 35°C i 60°C. Tymczasem sprawność elektryczna w tym momencie wynosiła 13,4% dla systemu PV/T chłodzonego nanofluidem, 12,6% dla systemu z blokiem wodnym oraz 11,8% dla konwencjonalnego modułu fotowoltaicznego. Sprawność cieplna systemu PV/T z nanofluidem wynosiła około 13%, podczas gdy dla systemu wodnego wynosiła 12%. Należy również zauważyć, że sprawność netto osiągnęła ~15,1% w przypadku systemu z nanofluidem oraz 14,5% dla systemu chłodzonego wodą. Wyniki wskazują, że chłodzenie nanofluidem skutecznie ogranicza wzrost temperatury ogniw fotowoltaicznych, zapewniając tym samym lepszą wydajność elektryczną, termiczną i ogólną w warunkach upałów w południe. W odróżnieniu od wcześniejszych badań przeprowadzonych w umiarkowanych warunkach pogodowych i dotyczących płaskich kolektorów PV/T niniejsze badanie eksperymentalnie wykazuje możliwość niezawodnej pracy kolektora PV/T z rurami spiralnymi, chłodzonego nanofluidem, w warunkach intensywnego upału panującego w Iraku.