Tepelný panel s účinností 83 % díky MXenes nanofluid

Britští vědci předvedli fotovoltaický tepelný panel, který využívá nanofluid MXenes pro přenos tepla. Nanofluid umí také zlepšit výkon panelu

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