تحلیل عملکرد حرارتی، الکتریکی و اگزرژی یک سامانه فتوولتائیک متمرکز نوع بشقابی با سینک حرارتی میکروکاناله متخلخل و نانوسیال آلومینا-آب: یک مطالعه عددی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و شبکه عصبی مصنوعی

در این پژوهش، یک ارزیابی حرارتی–الکتریکی از سامانه فتوولتائیک با تمرکز بالا مجهز به سینک حرارتی میکروکاناله متخلخل ارائه شده است؛ این سامانه با استفاده از نانوسیال آلومینا–آب خنک کاری می شود. پیکربندی میکروکانال ها به گونه ای طراحی شده که الگوی جریان در آن متناوب است؛ به این صورت که جهت جریان در هر کانال نسبت به کانال مجاور معکوس بوده و این امر موجب بهبود توزیع جانبی حرارت و یکنواختی دمایی می گردد. سامانه مورد بررسی تحت تابش مستقیم خورشیدی با شدت ۱۰۰۰ وات بر متر مربع و نسبت تمرکز ۱۱۰۰ عمل می کند. نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی نشان می دهد که افزایش ضخامت لایه متخلخل منجر به بهبود انتقال حرارت و افزایش راندمان الکتریکی (تا ۳۸.۹ درصد) شده و توان خروجی الکتریکی بیشینه برابر با ۳۴۶.۵ وات به دست آمده است. عدم یکنواختی دما روندی غیر یکنواخت را دنبال کرده، به طوری که در ضخامت های میانی به دلیل ایجاد نواحی ایستایی به بیشینه مقدار خود رسیده و در ضخامت های بالاتر با بازیابی انتقال حرارت همرفتی کاهش یافته است. افزودن نانوذرات باعث کاهش عدم یکنواختی دما شده، به ویژه در ضخامت های بالای لایه متخلخل.در طراحی جدید، مقدار عدم یکنواختی دما در بازه ۲۴ تا ۳۹ درجه سانتی گراد قرار دارد. علی رغم افزایش مقاومت جریان، توان پمپاژ بیشینه مشاهده شده پایین باقی مانده و مقدار آن تنها ۰.۵۹ وات بوده است. تحلیل اگزرژی نشان داد که با افزایش ضخامت لایه متخلخل و درصد حجمی نانوذرات، مقدار نابودی اگزرژی کاهش یافته و بیشینه بازدهی اگزرژی الکتریکی به ۳۷.۵ درصد رسیده است. مدل شبکه عصبی مصنوعی دقت پیش بینی بالایی را نشان داد و این چارچوب امکان پیش بینی دقیق عملکرد سامانه را در شرایطی که قبلا شبیه سازی نشده اند فراهم می سازد.

کلیدواژه ها:

شبیه سازی عددی ، سامانه فتوولتائیک با تمرکز بالا ، نانوسیال هیبریدی ، بستر متخلخل