پنل خورشیدی برای تامین نیازهای مسکونی
محورهای موضوعی : علوم زیست محیطیسینا صالحی 1 , سید مجید کشاورز 2 , فردین یزدان پناه سی سخت 3
1 - دانشگاه فنی حرفه ای پسران یاسوج
2 - دانشگاه فنی و حرفه ای استان یاسوج، ایران،
3 - دانشگاه فنی حرفه ای پسرانه یاسوج
کلید واژه: سازگار با محیط زیست, گرمایش جهانی پانل PV/T CIS SDGs , گرمایش خورشیدی, انرژی خورشیدی.,
چکیده مقاله :
راندمان عملی ماژول‌های PV تجاری m-Si و CIS که در واقعیت توسط گروه ما اندازه‌گیری شد، به دلیل دمای بالاتر ماژول‌های PV کمتر از 15 درصد بود و بقیه بیش از 85 درصد انرژی خورشیدی اگزوز است. حرارت دادن به محیط قبلاً در سال 2020 گزارش شده بود که اصل یک پانل خورشیدی PV/T (فتوولتائیک/حرارتی) سازگار با محیط زیست با استفاده از ماژول PV m-Si برای استفاده از 71.3 درصد انرژی خورشیدی برای برق و 40 درجه سانتیگراد آب گرم و همچنین سرکوب تابش گرما از پانل این پنل برای تایید اصل طراحی شده بود، یعنی یک پنل خورشیدی PV/T آزمایشی بود.در این مقاله، یک پانل خورشیدی PV/T سازگار با محیط زیست جدید برای استفاده در سیستم های BIPVT (فتوولتائیک/حرارتی یکپارچه در ساختمان) پیشنهاد شده است. پنل جدید از یک ماژول PV CIS استفاده می کند و تمام عملکردها، از جمله مبدل حرارتی با استفاده از لوله های مسطح آلومینیومی، در جعبه پنل قرار می گیرد که تقریباً به اندازه یک پانل ساده CIS PV است.پنل خورشیدی PV/T پیشنهادی 73.5 درصد از انرژی خورشیدی را با 13.0 درصد راندمان تولید برق و 60.5 درصد راندمان جمع آوری گرما در منبع آب گرم 40 درجه سانتی گراد در یوکوهاما، ژاپن تبدیل می کند. راندمان بالاتر از پانل آزمایشی قبلی است. پانل پیشنهادی همچنین می تواند تابش گرما را در حدود 50 درجه سانتیگراد حتی در مورد آب گرم 60 درجه سانتیگراد سرکوب کند. پنل خورشیدی PV/T پیشنهادی می‌تواند تمام نیازهای حرارتی مسکونی مانند آب گرم خانگی (DHW) و گرمایش یا سرمایش فضا را با استفاده از گرمای خورشیدی با بار حرارتی محیطی کمتر تامین کند.
The practical efficiency of commercial m-Si and CIS PV modules measured in reality by our group was less than 15% due to the higher temperature of the PV modules, and the rest is more than 85% of the exhaust solar energy. Environmental Heating It was previously reported in 2020 that the principle of an environmentally friendly PV/T (photovoltaic/thermal) solar panel using m-Si PV module to use 71.3% of solar energy for electricity and 40°C water This panel was designed to confirm the principle, that is, it was an experimental PV/T solar panel. In this paper, a new environmentally friendly PV/T solar panel for use in BIPVT (photovoltaic) systems is presented. /integrated heating in the building) is proposed. The new panel uses a CIS PV module and all functions, including the heat exchanger using aluminum flat tubes, are housed in a panel box that is approximately the size of a simple CIS PV panel. PV/T Solar Panel Proposed 73.5 % of solar energy with 13.0% power generation efficiency and 60.5% heat collection efficiency in a 40°C hot water source in Yokohama, Japan. The efficiency is higher than the previous test panel. The proposed panel can also suppress heat radiation around 50°C even in the case of hot water of 60°C. The proposed PV/T solar panel can meet all residential thermal needs such as domestic hot water (DHW) and space heating or cooling using solar heat with less environmental heat load.
[1] G.A. Barron-Gafford, R.L. Minor, N.A. Allen, A.D. Cronin, A.E. Brooks, M.A. Pavao-Zuckerman, The photovoltaic heat island effect: Larger solar power plants increase local temperatures, Scientific reports 6 (2016)
[2] B.R. Burg, P. Ruch, S. Paredes, B. Michel, Effects of radiative forcing of building integrated photovoltaic systems in different urban climates, Sol. Energy 147 (2017 )399–405.
[3] M.C. Brito, Assessing the Impact of Photovoltaics on Rooftops and Facades in the Urban Micro-Climate, Energies 13 (11) (2020), Article ID 2717,
[4] IEA, Energy Efficiency Indicators: Overview, IEA energy end use and efficiency trends (2021)
[5] E. Biyik, M. Araz, A. Hepbasli, M. Shahrestani, R. Yao, L. Shao, E. Essah, A.
C. Oliveira, T.D. Cano, E. Rico, J.L. Lechon, L. Andrade, A. Mendes, Y.B. Atli, A key review of building integrated photovoltaic (BIPV) systems, Eng. Sci. Tech., An Int. J. 20 (3) (2017) 833–858.
[6] H.M. Maghrabie, K. Elsaid, E.T. Sayed, M.A. Abdelkareem, T. Wilberforce, A.G. Olabi, Building-integrated photovoltaic/thermal (BIPVT) systems: applications and challenges, Sustainable Energy Technol. Assess. 45 (2021) 101151.
[7] G. Yu, H. Yang, Z. Yan, M. Kyeredey Ansah, A review of designs and performance of façade-based building integrated photovoltaic-thermal (BIPVT) systems, Appl. Therm. Eng. 182 (2021) 116081.
[8] A. Mellor, D.A. Alvarez, I. Guarracino, A. Ramos, A.R. Lacasta, L.F. Llin, A.J. Murrell, D.J. Paul, D. Chemisana, C.N. Markides, N.J. Ekins-Daukes, Roadmap 174 (2018) 186–398
[9] N. Kuniyoshi, A. Takatsuka, H. Sato, M. Kojima, Possibility of ejector cycle for cooling in SDGs, Proceedings of the International Workshop on Environmental Engineering (2019), Okinawa, 25-28 June 2019, JSME, 199-200.
[10] S.B. Riffat, E. Cuce, A review on hybrid photovoltaic/thermal collectors and systems, International Journal of Low-Carbon Technologies 6 (3) (2011) 212–241,
[11] R. Daneshazarian, E. Cuce, P.M. Cuce, F. Sher, Concentrating photovoltaic thermal (CPVT) collectors and systems: theory, performance assessment and applications, Renew. Sustain. Energy Rev. 81 (2018) 473–492, rser.2017.08.013.
[12] S.Y. Wu, Q.L. Zhang, L. Xiao, F.H. Guo, A heat pipe photovoltaic/thermal (PV/Thybrid system and its performance evaluation, Energ. Buildings 43 (12) (2011 3558–3567.
[13] P. Gang, F. Huide, Z. Huijuan, J. Jie, Performance study and parametric analysis of a novel heat pipe PV/T system, Energy 37 (1) (2012) 384–395.
[14] H. Jouhara, J. Milko, J. Danielewicz, M.A. Sayegh, M. Szulgowska-Zgrzywa, J. B. Ramos, S.P. Lester, The performance of a novel flat heat pipe based thermal andPV/T (photovoltaic and thermal systems) solar collector that can be used as an energy-active building envelope material, Energy 108 (2016) 148–154.
[15] H. Chen, L. Zhang, P. Jie, Y. Xiong, P. Xu, H. Zhai, Performance 190 (2017) 960–980.
[16] M. Modjinou, J. Ji, J. Li, W. Yuan, F. Zhou, A numerical and experimental study of micro-channel heat pipe solar photovoltaics thermal system, Appl. Energy 2006 (2017) 708–722.
[17] T. Zhang, Z.W. Yan, L. Xiao, H.D. Fu, G. Pei, J. Ji, Experimental, study and design sensitivity analysis of a heat pipe photovoltaic/thermal system, Appl. Therm. Eng. 162 (2019) 114318.
[18] Y. Cui, J. Zhu, S. Zoras, J. Zhang, Comprehensive review of the recent advances in PV/T system with loop-pipe configuration and nanofluid, Renew. Sustain. Energy Rev. 135 (2021) 110254.
[19] T. Zhang, Z. Yan, G. Pei, Q. Zhu, J. Ji, Experimental optimization on the volume-filling ratio of a loop thermosyphon photovoltaic/thermal system, Renew. Energy143 (2019) 233–242.
[20] K. Terashima, H. Sato, T. Ikaga, Development of an environmentally friendly PV/Tsolar panel, Sol. Energy 199 (2020) 510–520.
[21] K. Terashima, H. Sato, T. Ikaga, Proposal of net-zero energy house by introducing environmentally friendly PV/T solar panels, Journal of Japan Solar Energy Society 48 (2) (2022) 61–70, in Japanese.
[22] J. Peng, L. Lu, H. Yang, Review on life cycle assessment of energy payback and greenhouse gas emission of solar photovoltaic systems, Renew. Sustain. Energy Rev. 19 (2013) 255–274.
[23] A. Tahri, S. Slivestre, F. Tahri, S. Benlebna, A. Chouder, Analysis of thin film
photovoltaic module under outdoor long term exposure in semi-arid climate
conditions, Sol. Energy 157 (2017) 587–595.
[24] N.E.I. Boukortt, S. Patane, Y.M. Abdulraheem, Numerical investigation of CIGS thin-film solar cells, Sol. Energy 204 (2020) 440–447.
[25] B. Agrawal, G.N. Tiwari, Life cycle cost assessment of building integrated photovoltaic thermal (BIPVT) systems, Energ. Buildings 42 (9) (2010) 1472–1481.
[26] R.K. Mishra, G.N. Tiwari, Energy matrices analyses of hybrid photovoltaic thermal (HPVT) water collector with different PV technology, Sol. Energy 91 (2013) 161–173.
[27] J. Ji, J. Han, T. Chow, H. Yi, J. Lu, W. He, W. Sun, Effect of fluid flow and packing factor on energy performance of a wall-mounted hybrid photovoltaic/water-heating collector system, Energ. Buildings 38 (12) (2006) 1380–1387.
[28] T.T. Chow, G. Pei, K.F. Fong, Z. Lin, A.L.S. Chan, J. Ji, Energy and exergy analysis of photovoltaic–thermal collector with and without glass cover, Appl. Energy 86 (3) (2009) 310–316.
[29] K. Vats, V. Tomar, G.N. Tiwari, Effect of packing factor on the performance of a building integrated semitransparent photovoltaic thermal (BISPVT) system with air duct, Energ. Buildings 53 (2012) 159–165.
[30] O. Rejeb, H. Dhaou, A. Jemni, A numerical investigation of a photovoltaic thermal (PV/T) collector, Renew. Energy 77 (2015) 43–50.
[31] B. Xiang, Y. Yuan, Y. Ji, X. Cao, J. Zhou, Thermal and electrical performance of a novel photovoltaic-thermal road, Sol. Energy 199 (2020) 1–18.
[32] JIS A 4112, 2020, http://kikakurui.com/a4/A4112-2011-01.html (accessed 2023/6/29; in Japanese.
