Performance Evaluation of hybrid Photovoltaic - Thermoelectric (PV-TE) Water collector system

No Thumbnail Available

Date

2020

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Saudi Digital Library

Abstract

The photovoltaic modules are one of the most common sustainable electric generators using the radiation of sun. Inherent is the thermal losses in the photovoltaic module due to increase in solar cell temperature which affects the electrical efficiency by 0.03V/o C. Various researchers from the past century have been trying to improve the efficiency of Photovoltaic module using different techniques. Development of new and novel materials and structures of the PV module always remained in focus for improvement of the electrical efficiency. Some of the other techniques are using concentrating mechanism to increase amount of radiation absorbed in multiple of SUN radiation. Which enhances the electrical output of photovoltaic module with higher efficiency. Adding variety of tracking system, to make the solar radiation always perpendicular to the surface of photovoltaic module, also improves the electrical efficiency and total energy output of the system from sunrise until sunset. Some of the early researchers also emphasized on the reduction of various losses associated with PV. One of the losses is the thermal in nature which can be addressed by adding different types of thermal collectors to absorb thermal losses and reduce cell temperature thereby increasing overall energy output of the system. Such systems are called hybrid photovoltaic thermal system (PV-T). In this thesis, a thermal model based on energy balance equations has been developed for photovoltaic thermoelectric flat plate collector (PV-TE-FPC). The PV-TE-FPC model consists of a semitransparent PV module integrated with TE modules to increase the electrical efficiency and a tube-in-sheet arrangement placed below the TE modules for the flow of water and removal of thermal energy from the bottom surface of TE modules. The semitransparent PV module considered in the present study includes polyethylene terephthalate (PET) as the top and bottom cover material of PV module, which offers the advantages of flexibility, transparent, thermal conductive. The developed thermal model has been experimentally validated by performing statistical analysis for fluid outlet temperature for the measured climatic parameters of Buraidah, Saudi Arabia in the months of February, March and April, 2019. The results illustrate a reasonable agreement between the theoretically calculated and experimental values. The electrical energy output of the model varies between 3.96 – 14.38 W and thermal energy output between 41.14 – 148.72 W at 15th of April 2019. The developed thermal model is in fair agreement with the experimental observations with correlation coefficient r = 0.65 – 0.99. The electrical output increased approximately 22% because of adding thermoelectric modules.

Description

تعد الوحدات الكهروضوئية واحدة من أكثر المولدات الكهربائية استخداما لإشعاع الشمس ومتأصل فيها الحرارة المهدرة في الوحدة الكهروضوئية بسبب زيادة درجة حرارة الخلايا الشمسية والتي تؤثر على الكفاءة الكهربائية بمقدار ۰.۰۳ فولت لكل درجة مئوية. وقد حاول العديد من الباحثين في القرن الماضي تحسين كفاءة الوحدة الكهروضوئية باستخدام تقنيات مختلفة. ظل تطوير مواد وهياكل جديد للوحدة الكهروضوئية دائما محط اهتمام لتحسين الكفاءة الكهربائية. بعض التقنيات الأخرى تستخدم الية التركيز لزيادة كمية الاشعاع الممتص من الشمس ومضاعفته. مما يعزز المخرج الكهربي من الوحدة الكهروضوئية مع كفاءة أعلى أو اضافة مجموعة متنوعة من انظمة التتبع لجعل الاشعاع الشمسي دائما عاموديا على سطح الوحدة الكهروضوئية. كما يحسن من الكفاءة الكهربائية واخراج أكبر قدر ممكن من الطاقة للنظام من شروق الشمس حتى الغروب. أكد بعض الباحثين الأوائل ايضا على تقليل الخسائر المختلفة المرتبطة بالضوضاء الكهروضوئية احدى هذه الخسائر هي الطبيعة الحرارية التي يمكن معالجتها عن طريق اضافة انواع مختلفة من المجمعات الحرارية لامتصاص الفقد الحراري وتقليل درجة حرارة الخلية وبالتالي زيادة اجمالي انتاج الطاقة للنظام. وتسمى هذه الانظمة النظام الكهروضوئي الحراري الهجين. في هذه الرسالة العلمية تم تطوير نموذج حراري يعتمد على معادلات الجامع لوحي مسطح كهروضوئي كهرو حراري. يتكون النظام الذي تمت مناقشته من وحدة كهروضوئية شبه شفافة مدمجة مع وحدات كهروحرارية لزيادة الكفاءة الكهربائية وتركيب انابيب نحاسية على لوح من النحاس خلف الوحدات الكهروحرارية، تتدفق المياه من خلالها وتمتص الطاقة الحرارية من السطح السفلي للوحدات الكهروحرارية. تشمل الوحدة الكهروضوئية الشبه شفافة التي تم العمل عليها في هذه الدراسة على مادة بولي ايثلين تيرفثالات كمادة للغطاء العلوي والسفلي للوح الكهروضوئي والتي توفر مزايا المرونة والشفافية والتوصيل الحراري. تم التحقق من صحة النموذج الحراري المطور تجريبيا من خلال اجراء تحليل احصائي لدرجة حرارة السائل الخارجة بناءً على الاحوال المناخية لبريدة المملكة العربية السعودية في شهر فبراير ومارس وابريل العام 2019 توضح النتائج وجود اتفاق معقول بين القيم التجريبية والمحسوبة نظريا. القدرة الكهربائية الناتجة تتفاوت بين 3.96 - 14.38 واط والقدرة الحرارية بين 41.14 - 148.72 واط في الخامس عشر من ابريل عام 2019 . النموذج الحرار المطور متقارب نوعا ما مع قراءات التجارب بحيث معامل الارتباط متفاوت من 0.65 الى 0.99 . الناتج الكهربي ازداد بمقدار 22% تقريبا بسبب اضافة الوحدات الكهروحرارية.

Keywords

Citation

Endorsement

Review

Supplemented By

Referenced By

Copyright owned by the Saudi Digital Library (SDL) © 2025