Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29028
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-5938-338X
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Estudo experimental dos métodos ativo e passivo para arrefecimento de painéis fotovoltaicos de alta concentração
Alternate title (s): Experimental study of active and passive cooling methods for high concentration photovoltaic modules
Author: Peñaranda Chenche, Luz Elena
First Advisor: Bandarra Filho, Enio Pedone
First member of the Committee: Cotta, Renato Machado
Second member of the Committee: Carvalho, Solidonio Rodrigues de
Third member of the Committee: Santos, Daniel Dall'Onder dos
Fourth member of the Committee: Cotta, Carolina Palma Naveira
Summary: A presente tese trata de um estudo experimental de diferentes métodos de arrefecimento aplicados a sistemas de alta concentração fotovoltaica (HCPV) para aprimorar a eficiência destes sistemas, tendo como foco da análise um dissipador de calor de aletas e um trocador de calor de multi-microcanais de seção retangular. Os fluidos de trabalho utilizados na pesquisa foram nanofluidos de prata de diferentes diâmetros de partícula com e sem surfactante a base de água destilada e de uma mistura de água destilada com etilenoglicol em proporção de 50% em massa. No dissipador de calor de aletas foram realizados testes para calcular a resistência térmica em condições controladas e em condições reais de operação. Para o trocador de calor de microcanais, foi construída uma bancada experimental devidamente instrumentada para satisfazer as condições nominais de ensaio estabelecidas. O fluxo de calor variou entre 7 e 22 kW/m², a vazão volumétrica entre 15 e 60 ml/min. A temperatura de entrada na seção de testes foi mantida constante em 25 °C e 35 °C. Os resultados de transferência de calor e fator de atrito para os fluidos base em regime laminar foram comparados com modelos clássicos e especializados para trocadores de calor de microcanais obtendo uma boa concordância em relação aos dados experimentais. As propriedades termofísicas dos nanofluidos, condutividade, viscosidade e massa específica foram medidas experimentalmente e seus valores utilizados para a análise da transferência de calor. Em geral, o coeficiente de transferência de calor para nanofluidos a base da mistura de água destilada com etilenoglicol apresentou incrementos significativos em comparação ao fluido base, contudo também foi observado aumentos na queda de pressão. Entre as amostras a base de água destilada, os únicos nanofluidos que apresentaram incrementos significativos de transferência de calor em relação ao fluido base foram os nanofluidos com surfactante. Com o uso do trocador de calor de microcanais foi obtida uma redução de até 22,4 °C na temperatura de operação da célula fotovoltaica, um incremento na eficiência elétrica de 2,75% e rendimento global de até 78,8% nas condições testadas, além da possibilidade de uso do calor residual em outro processo
Abstract: The present thesis deals with an experimental study of different cooling methods for high concentration photovoltaic (HCPV) to improve the efficiency of these systems, focusing on the analysis of a finned heatsink and a rectangular multi-microchannel heat exchanger. The working fluids used in this research were silver nanofluids with different nanoparticles sizes (with and without surfactant) dispersed in base fluids of distilled water and 50% wt diluted ethylene glycol. Tests were performed at the fin heat sink to calculate the thermal resistance under controlled conditions and under real operating conditions. For the microchannel heat exchanger, a properly instrumented experimental bench was built to conducted the stablished test conditions. The heat flux varied between 7 and 22 kW/m², the volumetric flow between 15 and 60 ml/min. The inlet temperature at the test section was maintained constant at 25 °C and 35 °C. The heat transfer and friction factor results of the base fluids in laminar flow were compared with classic and specialized models for microchannel heat exchangers obtaining a good agreement with the experimental data. The thermophysical properties of nanofluids, conductivity, viscosity and specific mass were experimentally measured and their values used for the heat transfer analysis. In general, the convective heat transfer coefficient for nanofluids based on the diluted ethylene glycol showed significant increases compared to the base fluid, however the pressure drop increased. Among the distilled water based nanofluids, only the samples with surfactant showed significant heat transfer increments relative to the base fluid. With the use of microchannel heat exchanger, the operational temperature of the photovoltaic cell can be reduced up to 22,4 °C, with an increment in the electrical efficiency of 2,75% and a global performance up to 78,8% at the tested conditions, in addition to the possibility of using residual heat in another process.
Keywords: Sistemas HCPV
Dissipador de Calor Passivo
Microcanais
Nanofluidos
Desempenho termo-hidráulico
Eficiência energética
Prata
Coeficiente de transferência de calor por convecção
HCPV Systems
Passive Heat sink
Microchannels
Nanofluids
Silver
Convective Heat Transfer Coefficient
Thermohydraulic Performance
Energy Efficiency
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::APROVEITAMENTO DA ENERGIA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: PEÑARANDA CHENCHE, Luz Elena. Estudo experimental dos métodos ativo e passivo para arrefecimento de painéis fotovoltaicos de alta concentração. 2020. 182 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.3002
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.3002
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29028
Date of defense: 5-Feb-2020
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
EstudoExperimentalMetodos.pdf12.09 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons