امکان‌سنجی عملکرد سیستم‌های فتوولتائیک حرارتی درواحدهاى مسکونی در آب و هوای چهار شهر آبادان، بغداد، بصره و تهران از لحاظ صرفه جویی در انرژی

Abstract

کلکتورهای حرارتی خورشیدی (ST) فقط می‌توانند نیروی حرارتی تولید کنند، در حالی که سیستم‌های حرارتی فتوولتائیک (PVT) می‌توانند هم برق و هم انرژی حرارتی را تامین کنند. با این حال، دمای خروجی PVT معمولا به اندازه کافی برای استفاده در کاربردهای مختلف مانند گرمایش فضا بالا نیست. بنابراین سیستم جدیدی به نام ماژول PVT و کلکتور ST به‌صورت سری (PVT-ST) القا می‌شود تا با دمای خروجی بالاتر، برق و توان حرارتی تولید کند. در این مقاله برای اولین بار به‌منظور بررسی پتانسیل و امکان‌سنجی استفاده از PVT-ST در شرایط آب و هوایی نسبتاً گرم و معتدل در چهار شهر تهران، آبادان، بغداد و بصره مورد مطالعه قرار گرفته است و با دو سیستم متداول PVT و ST مقایسه می‌شود. برای این منظور، عملکرد سامانه از نظر قوانین اول ترمودینامیک به‌صورت عددی مبتنی بر کد فرترن (Fortran) ارزیابی می‌شود و در ادامه با استفاده از نتایج بدست آمده به بررسی تحلیل انرژی مصرفی یک واحد مسکونی در ۴ شهر نام برده شده با استفاده از نرم‌افزار کریر(carrier) پرداخته شده است. علاوه بر این، اثرات نرخ جریان جرمی سیال عامل، در هر دو رژیم آرام و آشفته، بر عملکرد ماژول بررسی می‌شود. در این مطالعه تجزیه و تحلیل رژیم سیال کاری نشان می‌‌دهد که بازده حرارتی و الکتریکی بهینه را می‌‌توان در یک رژیم آشفته به دست آورد. با در نظر گرفتن دبی جرمی 0.0304 کیلوگرم بر ثانیه (رژیم آشفته) در جولای، راندمان حرارتی سیستم‌های ST، PVT-ST و PVT به‌ترتیب 85.7٪، 78٪ و 72.9٪ است، در نهایت، بررسی عملکرد سیستم در شهرهای مختلف نشان می‌دهد که این سامانه می‌تواند بالاترین توان حرارتی را در بصره تولید کند. با این حال، حداکثر تولید برق با میانگین 77 وات بر متر مربع متعلق به بغداد است. در انتها به بررسی تامین انرژی یک منزل مسکونی توسط سیستم‌های ترکیبی پرداخته شده است. با در نظر گرفتن ۸ سیستم ترکیبی می‌توان بیشتر برق مصرفی یک خانه مسکونی را تامین نمود اما باید این نکته را در نظر داشت که در ساعات اوج مصرف این مقدار تولید برق پاسخگوی ظرفیت خانه نمی‌باشد که میتوان هم از برق ذخیره شده از باطری استفاده کرد و هم اینکه می­توان کسری از کمبود برق را از شبکه شهری تامین نمود.

Keywords

• کلکتور خورشیدی
• سیستم فتوولتائیک حرارتی
• صرفه جویی در انرژی
• انرژی در ساختمان