Britští vědci předvedli fotovoltaický tepelný panel, který využívá nanofluid MXenes pro přenos tepla. Řekli, že nanofluid je nejen schopný zlepšit tepelný a elektrický výkon panelu, ale také zmenšit jeho velikost o 14,5 %.
Tepelný panel
Vědci z Ulsterské univerzity ve Spojeném království předvedli fotovoltaický tepelný panel (PVT). Panel se opírá o teplonosnou kapalinu (HTF) na bázi vody, dvourozměrných karbidů a nitridů přechodných kovů známých jako MXenes. Sloučeniny MXenes mají svůj název podle jejich morfologie podobné grafenu. Jsou vyráběné selektivním leptáním určitých atomárních vrstev z velkého krystalu známého jako MAX.
Podle výzkumníků jsou částice MNenes schopné výrazně zvýšit tepelnou vodivost základní tekutiny a zlepšit přenos tepla panelu. Jejich numerická simulace se provedla na modulu o velikosti 1 640 mm × 200 mm × 5 mm a geometrii deskového a trubkového absorbéru sestávajícího ze skleněného krytu, desky z etylenvinylacetátu (EVA), fotovoltaického panelu a další EVA desky, desky Tedlar, desky absorbéru a trubky absorbéru.
Skupina ve Spojeném království zvažovala různé koncentrace nanofluidu MXene při 0,01, 0,1 a 0,2 % hmotnosti. „Horní hranici koncentrace nanofluidů MXene vybrali z literatury na základě optimální koncentrace. Ta generuje lepší zlepšení termofyzikálních vlastností s minimálním zvýšením viskozity.“
Výkon a tepelná účinnost
Akademici porovnali výkon modulu s výkonem panelu s teplonosnou kapalinou na bázi vody a modulu s kapalinou využívající etylenglykol. Provedli simulaci změnou hmotnostních průtoků při zachování konstantní vstupní teploty a slunečního záření. Klíčovými parametry jejich analýzy byly tepelná účinnost, elektrická účinnost, součinitel prostupu tepla (HTC) a tlaková ztráta.
Panel založený na MXenes vykázal nejvyšší procentuální zvýšení tepelné účinnosti o 17 % oproti systému na bázi vody. „Nejvyšší tepelná účinnost 67,49 % se nahlásila s 0,2 % hmotnosti MXenových nanokapalin,“ uvedli vědci. „Přibližně 63 % a 60,4 % tepelnou účinnost vykazovaly nanofluidy MXene 0,1 a 0,01 % hmotnosti. Zvýšení hmotnostního průtoku 0,2 % hmotnosti nanokapaliny o 60 kgh-1 vedlo ke zvýšení tepelné účinnosti systému o přibližně 21 %.
Kapalina MXenes také přispěla k nejvyššímu zvýšení fotovoltaické účinnosti, která se pohybovala okolo 15,94 % a této hodnoty se dosáhlo koncentrací nanokapaliny 0,2 % hmotnosti. „Odpovídající zvýšení elektrické účinnosti N-PV/T však bylo pouze asi 0,65 %,“ poznamenal výzkumný tým. „Nejvyšší celková energetická účinnost dosažená N-PV/T s 0,01, 0,1 a 0,2 % hmotnosti. MXen nanofluid se vypočítala na přibližně 76, 78 a 83 % při 90 kgh-1. Také zjistili, že výstupní teplota klesá s průtokem.
Analýza
Jejich analýza také ukázala, že nová nanofluid může pomoci snížit velikost panelu o 14,5 %. „Nejvyšší zmenšení velikosti (14,5 %) zjistili jako možné s 0,2 % hmotnosti MXene nanofluidu,“ zdůraznili. „Odpovídající zmenšení velikosti systému dosažené s 0,1 % hmotn. a 0,01 % hmotn. se vypočítalo na 7,8 % a 4,45 %, v tomto pořadí.“
Prezentovali panel v článku „Numerické šetření a studie proveditelnosti fotovoltaického/tepelného systému na bázi MXene/voda nanofluid“, publikovaného v Cleaner Energy Systems. „Pro praktickou implementaci N-PV/T by se vynaložily dodatečné náklady na nastavení sekundárního výměníku tepla, kroky k udržení dlouhodobé stability a bezpečnou likvidaci,“ uvedli akademici. „Proto navrhované zvýšení účinnosti PVT založeného na MXenes musí kompenzovat dodatečné náklady ve srovnání s konvenčním PVT.“
Zdroje: pv-magazine, Top Vozíky
