Vědci použili různé úrovně Al₂O₃ a ZnO parafinového vosku ke zlepšení elektrického a tepelného výkonu fotovoltaicko-tepelného (PVT) systému. Vyvinuli také predikční model pro tuto specifickou kombinaci hybridních materiálů se změnou nanofázové fáze.
Výzkumníci z Bangladéše a Austrálie prozkoumali hybridní materiály nanofázové změny (HNPCM) pro aplikace PVT. Jako materiál pro změnu fáze (PCM) použili parafinový vosk. Ten obsahuje různé úrovně nanočástic oxidu hlinitého (Al2O3) a oxidu zinečnatého (ZnO). Vyvinuli také predikční model.
,,Při tomto výzkumu jsou Al2O3 a ZnO začleněny v různých koncentracích do PCM. A to proto, aby se zvýšila jeho tepelná vodivost. A poté se mohly použít v systému PVT ke zkoumání dopadu na jejich výkon (elektrický a tepelný),“ uvedla skupina. ,,Připravují se hybridní nano/PCM vzorky a provádí se jejich morfologie, struktura, tepelná stabilita, tepelná vodivost a chování při změně fáze.“
Zabudovali směs Al203-ZnO do vosku v množství 0,5 %, 1 % a 2 %. Směs se přidala k vosku při 70 °C a míchána po dobu dvou hodin za použití ultrazvukového vibračního stroje pro udržení kádinky nad teplotou tání. Nakonec vzorky ochladili na pokojovou teplotu.
Hybridní nanočástice pro fotovoltaické skladování tepelné energie
„Pro morfologickou analýzu vzorků byl proveden test rastrovacím elektronovým mikroskopem (SEM). A výsledky testu ukázaly, že 2 % hybridních nanočástic smíchaných s PCM vykazovalo lepší spojení se základním parafínovým voskem. A to aniž by došlo k aglomeraci … 2 % hybridních nanočástic PCM vykazuje vyšší tepelnou vodivost 2,18 W/mK než čistý parafínový vosk (1,54 W/mK),“ uvedla skupina. ,,Výsledek ukazuje postupné zvyšování tepelné vodivosti přidáním hybridních nanočástic s hmotnostními zlomky 0,5, 1 a 2 %.“
Výzkumníci vytvořili experimentální nastavení kombinující HNPCM se systémem PVT. Připojili 20 W polykrystalický fotovoltaický modul k hadovité měděné trubce obsahující HNPCM na zadní straně s měděnými trubkami pod cirkulující vodou o rychlosti 0,0021 kg/s. Teplá voda se akumulovala v zásobníku na tepelnou energii.
Systém se instaloval na střeše Rajshahi University of Engineering and Technology v Bangladéši. Instalovali také dva referenční systémy se stejným 20 W fotovoltaickým modulem. Jeden pouze s fotovoltaickým panelem a druhý pouze s parafínovým voskem PCM. Měření se provedla koncem dubna 2022, s ozářením v rozsahu od 400 W/m² do 900 W/m². A okolní teplotou kolem 26 °C.
Zvýšení tepelné vodivosti v experimentu
„Experimentální výsledky ukázaly, že ve srovnání s pouze PCM se tepelná vodivost HNPCM zvýšila o 24,68 %, 28,57 % a 41,56 % při zahrnutí 0,5 %, 1 % a 2 % hybridního nanomateriálu,“ uvedli vědci. ,,Elektrická účinnost systému PVT/HNPCM a PVT/PCM se zvýšila o 31,46 % a 28,70 %. A to v porovnání s konvenčním fotovoltaickým systémem v této studii.“
Skupina také vyvinula model metodologie povrchu odezvy (RSM). Ten „předpovídá a optimalizuje interakci provozních faktorů (nezávislá proměnná) s faktory odezvy (závislá proměnná). RSM obvykle používá statistiky a matematické modely ke zlepšení a optimalizaci experimentálních systémů.
„Po dokončení srovnání z experimentálních výsledků je chybovost pro elektrickou, tepelnou a celkovou účinnost odhadnuta na přibližně – 1,95 % a – 0,57 %, – 4,81 % a – 1,66 %, a – 3,83 % a – 1,24 %, v tomto pořadí. A to pro systémy PVT/PCM i PVT/HNPCM,“ uvedli akademici.
Své výsledky prezentovali v dokumentu „Charakterizace, optimalizace a hodnocení výkonu PCM s hybridními nanočásticemi Al2O3 a ZnO pro fotovoltaické skladování tepelné energie“. Ten se nedávno publikoval v časopise Energy and Built Environment. Studii provedli vědci z bangladéšské Rajshahi University of Engineering & Technology a australské Edith Cowan University.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
