جلسه دفاع پایان¬نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- گرایش تبدیل انرژی
موضوع: بررسی تجربی راندمان صفحات فتوولتايیک در حضور آيینه و فن براي خنک كاري
استادان راهنما: دکتر محسن ثقفیان - دکتر علی اکبر عالم رجبی
استاد مشاور: دکتر محمد هادي استکی
استادان داور: دکتر حسین بلاغی اینالو - دکتر محمدرضا توکلینژاد
چکیده
افزایش تقاضای انرژی و پیامدهای زیستمحیطی استفاده از سوختهای فسیلی، ضرورت توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر را افزایش داده است. در این میان، سامانههای فتوولتائیک یکی از مهمترین فناوریهای تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی به شمار میروند. عملکرد این سامانهها به شدت تحت تأثیر شدت تابش خورشیدی و دمای کاری پنل قرار دارد. افزایش تابش میتواند موجب افزایش توان تولیدی شود، اما همزمان با افزایش دمای پنل، بخشی از این مزیت به دلیل افت ولتاژ و کاهش عملکرد الکتریکی از بین میرود. در این پژوهش، با هدف بررسی همزمان افزایش تابش دریافتی و کنترل دمای پنل، یک سامانه فتوولتائیک مجهز به دو بازتابنده جانبی متقارن و سیستم خنککاری فعال مبتنی بر جریان اجباری هوا طراحی، ساخته و بهصورت تجربی ارزیابی شد. همچنین برای بررسی اثر بازتابندهها بر میزان تابش دریافتی، یک مدل محاسباتی در محیط پایتون توسعه داده شد. آزمایشها در سه حالت شامل پنل بدون بازتابنده، پنل همراه با بازتابنده و پنل همراه با بازتابنده و فن انجام شد. در هر حالت، شدت تابش خورشیدی، ولتاژ، جریان، دمای پنل و توان خروجی اندازهگیری و ثبت گردید. نتایج نشان داد استفاده از بازتابندهها موجب افزایش قابلتوجه تابش دریافتی و در نتیجه افزایش جریان و توان خروجی پنل میشود. بهعنوان نمونه، در ساعت ۱۱:۳۰ جریان خروجی از ۱۱٫۵ آمپر در حالت بدون آینه به ۱۳٫۷۲ آمپر در حالت همراه با آینه افزایش یافت و توان خروجی نیز از ۴۸۳ وات به حدود ۵۸۲ وات رسید. با این حال، افزایش تابش موجب افزایش دمای پنل شد و دمای آن در حالت استفاده از بازتابنده به حدود ۷۰ درجه سانتیگراد رسید. استفاده از فن در پشت پنل موجب تقویت انتقال حرارت جابجایی و کاهش دمای کاری شد؛ بهطوریکه در ساعات مختلف، کاهش دمایی حدود ۵ تا ۱۰ درجه سانتیگراد مشاهده گردید و در نقطه اوج، دمای پنل از حدود ۷۰ به ۶۰ درجه سانتیگراد کاهش یافت. به دلیل انجام آزمایش حالت آینه و فن در روزی متفاوت، برای مقایسه دقیقتر اثر خنککاری، توان خروجی بر اساس شدت تابش نرمالسازی شد. نتایج نشان داد توان نرمالشده در حالت استفاده همزمان از آینه و فن در تمام نقاط اندازهگیری بیشتر بوده و میانگین آن از حدود ۳۴۵٫۴۰ وات به ۳۵۷٫۰۵ وات افزایش یافته است که نشاندهنده بهبود حدود ۳٫۳۷ درصدی است. نتایج شبیهسازی نیز از نظر روند کلی تغییرات تابش، سازگاری مناسبی با دادههای تجربی نشان داد. با وجود تأثیر مثبت فن بر کاهش دما و بهبود عملکرد پنل، توان مصرفی ۳۵ واتی فن بیشتر از افزایش توان حاصل از خنککاری بود. بنابراین، استفاده پیوسته از این فن از نظر تراز خالص انرژی توجیهپذیر نیست. نتایج این پژوهش نشان میدهد که استفاده از بازتابنده میتواند روش مؤثری برای افزایش توان پنل باشد، اما طراحی آن باید همزمان با یک سامانه مدیریت حرارتی کممصرف انجام شود و توان خالص تولیدی بهعنوان معیار اصلی ارزیابی عملکرد در نظر گرفته شود.
واژگان کلیدی: پنل فتوولتائیک، بازتابنده خورشیدی، خنککاری فعال، مدیریت حرارتی، توان خروجی، انرژی خورشیدی
