بهینه سازی یک گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک خورشیدی از دیدگاه اگزرژی

در این رساله، به ارزیابی و بهینه سازی عملکرد اگزرژیِ یک گردآورنده متمرکزکننده حرارتی- فتوولتاییک خورشیدی پرداخته شد. برای نیل به این هدف، در ابتدا تحلیل حرارتی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی- فتوولتاییک انجام پذیرفت و روابط تحلیلی برای تعیین پارامترهایی مانند دمای سطح مدول فتوولتاییک، دمای متوسط سیال عامل، دمای خروجی سیال، حرارت مفید جذب شده و بازده حرارتی به دست آورده شد. پارامترهای حرارتی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک به بازده الکتریکی آن وابسته اند. برای انجام تحلیل الکتریکی و محاسبه بازده الکتریکی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک از مدل فتوولتاییک پنج پارامتری مشخصه جریان - ولتاژ و یک سری از معادلات انتقال استفاده شد. پارامترهای الکتریکی محاسبه شده در تحلیل الکتریکی شامل ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، ولتاژ و جریان در نقطه توان بیشینه، ضریب مطلوبیت، جریان اشباع معکوس، جریان نوری، مقاومت سری، مقاومت شنت و غیره بودند. پس از تحلیل حرارتی و الکتریکی، به تحلیل اگزرژی گردآورنده مذکور پرداخته شد. به کمک معادله تعادل اگزرژی برای حجم کنترل گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک و معرفی مولفه های اگزرژی در گردآورنده مذکور، رابطه ای برای بازده اگزرژی آن به دست آمد. بر مبنای معادلات منتج از تحلیل حرارتی، الکتریکی و اگزرژی، یک برنامه شبیه سازی کامپیوتری توسعه داده شد و مشاهده گردید که نتایج حاصل از شبیه سازی کامپیوتری در توافق خوبی با داده های تجربی مطالعات گذشته محققین و همچنین نتایج عددی حاصل از نرم افزار trnsys برای گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک مورد مطالعه بودند. سرانجام بهینه سازی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک صورت پذیرفت. تابع هدف مورد بررسی، بازده اگزرژی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک بود و سه پارامتر دمای سیال ورودی، سرعت جریان سیال ورودی و قطر داخلی لوله های جریان به عنوان پارامترهای مستقل در بهینه سازی انتخاب شدند. مسئله بهینه سازی مورد مطالعه از نوع مسائل بهینه سازی مقید با قیود غیرخطی بود که قیود غیرخطی آن شامل معادلات حاصل از تحلیل حرارتی و الکتریکی بودند. برای حل مسئله بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک استفاده شد. مقادیر بهینه متغیرهای مستقلِ دمای سیال ورودی، سرعت جریان سیال ورودی و قطر داخلی لوله های جریان و برای یک سری از شرایط طراحی و جوی انتخاب شده به ترتیب t_(in,opt)=40.146 ?، v_(in,opt)=0.692 m?s و d_(i,opt)=0.008 m به دست آمدند و تابع هدف که همان بازده اگزرژی بود، مقدار حداکثری ?_(ex,max)=6.8% را اخذ نمود. با استفاده از مطالعات پارامتری به بررسی تأثیر برخی از پارامترهای طراحی، عملکردی و جوی روی راندمان اگزرژی گردآورنده متمرکزکننده حرارتی - فتوولتاییک پرداخته شد و مشاهده گردید که بازده اگزرژی با افزایش دمای سیال ورودی و شدت تابش روی مدول افزایش یافته و با افزایش قطر داخلی مجاری، سرعت سیال ورودی و سرعت باد کاهش می یابد و در نهایت تأثیر تصحیح های الکتریکی و اگزرژی پیشنهادی در این رساله نشان داده شدند.