تحلیل عددی دستگاه آب شیرین‌کن خورشیدی تقطیر مستقیم کوپل شده با ماژول خورشیدی نیمه‌شفاف

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، دپارتمان مهندسی مکانیک، بابل، ایران

2 استاد، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، دانشکده مهندسی زراعی گروه مهندسی آب، ساری، ایران

10.22044/jsfm.2023.12696.3696

چکیده

انرژی الکتریکی و آب شیرین دو نیاز اساسی بشر است که این نیاز با استفاده صحیح از انرژی خورشیدی مرتفع می‌گردد. هدف از این پژوهش، تعبیه دستگاه آب شیرین‌کن کوپل شده با ماژول خورشیدی نیمه‌شفاف برای تولید الکتریسیته و آب شیرین بطور همزمان می باشد. سیستم خورشیدی کوپل شده در محیط نرم افزار ANSYS Workbench 2022 شبیه‌سازی شد. سپس برای بررسی میزان بهره‌وری، سیستم در دماهای مختلف آب شور 60، 70 و 80 و سرعت‌های متفاوت باد 1، 2، 3، 4 و 5 متر بر ثانیه شبیه‌سازی شد. همچنین ده سناریو بر حسب شدت تشعشع و دمای آب شور تعریف و شبیه‌سازی شد. نتایج نشان داد که افزایش دمای آب شور و هم‌چنین سرعت باد موجب افزایش میزان تولید آب شیرین شد که اثر دمای آب شور در مقایسه با سرعت باد از این نظر بیشتر بود. برای سرعت باد m/s 3، با افزایش دمای آب شور از 60 به 70 و از 70 به 80 بطور متوسط میزان بهره‌وری ، بترتیب %64 و 120% افزایش یافت. همچنین افزایش توان الکتریکی خروجی سیستم برای دمای آب شور 70 با افزایش سرعت باد از m/s 1 تا m/s 5، 53/10% بوده است. نتایج شبیه‌سازی در ده سناریو مختلف نشان داد که سیستم خورشیدی کوپل شده نسبت به سیستم خورشیدی مستقل در هشت مورد بهره‌وری بیشتری داشته است. با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش پیشنهاد می‌شود که مناطق جنوبی کشور با شدت تشعشع و سرعت باد بالا برای نصب سیستم خورشیدی کوپل شده مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Dixit, Shivanshu. (2020) "Solar technologies and their implementations: A review." Materials Today: Proceedings 28: 2137-2148.
[2] Rahbar, Nader, and Javad Abolfazli Esfahani (2013) "Productivity estimation of a single-slope solar still: Theoretical and numerical analysis." Energy 49: 289-297.
[3] El-Agouz, S. A., Y. A. F. El-Samadony, and A. E. Kabeel (2015)"Performance evaluation of a continuous flow inclined solar still desalination system." Energy Conversion and Management 101: 606-615.
[4] Rahbar, Nader, Javad Abolfazli Esfahani, and Ehsan Fotouhi-Bafghi (2015) "Estimation of convective heat transfer coefficient and water-productivity in a tubular solar still–CFD simulation and theoretical analysis." Solar Energy 113: 313-323.
[5] Rashidi, Saman, Shima Akar, Masoud Bovand, and Rahmat Ellahi (2018) "Volume of fluid model to simulate the nanofluid flow and entropy generation in a single slope solar still." Renewable Energy 115: 400-410.
[6] Esfe, Mohammad Hemmat, and Davood Toghraie (2022) "Numerical study on the effect of solar radiation intensity on the fresh water productivity of solar still equipped with Thermoelectric Cooling System (TEC) for hot and dry areas of Semnan." Case Studies in Thermal Engineering 32: 101848.
[7] Esfe, Mohammad Hemmat, and Davood Toghraie. (2023) "Numerical investigation of wind velocity effects on evaporation rate of passive single-slope solar stills in Khuzestan province in Iran." Alex. Eng. J. 62: 145-156.
[8] Toosi, Seyed Sina Adibi, Hamid Reza Goshayeshi, and Saeed Zeinali Heris (2021)"Experimental investigation of stepped solar still with phase change material and external condenser." J. Energy Storage 40: 102681.
[9] Saleem, Khalid B., Kaouther Ghachem, Lounes Koufi, and Lioua Kolsi (2021) "Analysis of Double-diffusive natural convection in a solar distiller embedded with PCM and cooled with external water stream." J Tai. Inst. Chem. Eng. 126: 67-79.
[10] Raihananda, Faiz Akbar, Evan Philander, Alexander Fernando Lauvandy, Tubagus Ahmad Fauzi Soelaiman, Bentang Arief Budiman, Firman Bagja Juangsa, and Poetro Sambegoro (2021) "Low-cost floating solar still for developing countries: Prototyping and heat-mass transfer analysis." Results in Engineering 12: 100300.
[11] Nian, Yong-Le, Yan-Kai Huo, and Wen-Long Cheng (2021) "Study on annual performance of the solar still using shape-stabilized phase change materials with economic analysis." Solar Energy Materials and Solar Cells 230: 111263.
[12] Shoeibi, Shahin, Nader Rahbar, Ahad Abedini Esfahlani, and Hadi Kargarsharifabad (2021) "Improving the thermoelectric solar still performance by using nanofluids–Experimental study, thermodynamic modeling and energy matrices analysis." Sustainable Energy Technologies and Assessments 47: 101339.
[13] Serradj, DE Benhadji, T. N. Anderson, and R. J. Nates (2021) "The use of passive baffles to increase the yield of a single slope solar still." Solar Energy 226: 297-308.
[14] Rashidi, Saman, M. Bovand, and J. Abolfazli Esfahani (2016) "Optimization of partitioning inside a single slope solar still for performance improvement." Desalination 395: 79-91.
[15] El-Sebaii, A. A., M. R. I. Ramadan, S. Aboul-Enein, and M. El-Naggar (2015) "Effect of fin configuration parameters on single basin solar still performance." Desalination 365: 15-24.
[16] Rajaseenivasan, T., and K. Srithar (2016) "Performance investigation on solar still with circular and square fins in basin with CO2 mitigation and economic analysis." Desalination 380: 66-74.
[17] Mashaly, Ahmed F., A. A. Alazba, A. M. Al-Awaadh, and Mohamed A. Mattar (2015) "Predictive model for assessing and optimizing solar still performance using artificial neural network under hyper arid environment." Solar Energy 118: 41-58.
[18] El-Maghlany, Wael M (2015) "An approach to optimization of double slope solar still geometry for maximum collected solar energy." Alex. Engine. J. 54, no. 4: 823-828.
[19] Sahota, Lovedeep, and G. N. Tiwari (2017) "Analytical characteristic equation of nanofluid loaded active double slope solar still coupled with helically coiled heat exchanger." Energy Conversion and Management 135: 308-326.
[20] Arora, Swati, Harendra Pal Singh, Lovedeep Sahota, Manoj K. Arora, Ritik Arya, Sparsh Singh, Aayush Jain, and Arvind Singh (2020) "Performance and cost analysis of photovoltaic thermal (PVT)-compound parabolic concentrator (CPC) collector integrated solar still using CNT-water based nanofluids." Desalination 495 (2020): 114595.
[21] Isah, Abubakar Sadiq, Husna Bint Takaijudin, Balbir Singh Mahinder Singh, Syed Ihstam UI Haq Gilani, Khamaruzaman Wan Yusof, Abdurrasheed Sa'id Abdurrasheed, Tijani Oladoyin Abimbola, and Mujana Mohamad Shoeb (2022)"Solar energy desalination distillate yield and cost evolution, and statistical relationship between meteorological variables and distillate yield." Solar Energy 246: 256-272.
[22] Mazraeh, A. E., M. Babayan, M. Yari, Ali M. Sefidan, and Suvash C. Saha (2018) "Theoretical study on the performance of a solar still system integrated with PCM-PV module for sustainable water and power generation." Desalination 443: 184-197.
[23] Saini, Vineet, Lovedeep Sahota, V. K. Jain, and G. N. Tiwari (2019) "Performance and cost analysis of a modified built-in-passive condenser and semitransparent photovoltaic module integrated passive solar distillation system." J. enrg. Storage 24: 100809.
[24] Duan, Juan (2021) "A novel heat sink for cooling concentrator photovoltaic system using PCM-porous system." Applied Thermal Engineering 186: 116522.
[25] Maadi, Seyed Reza, Meysam Khatibi, Ehsan Ebrahimnia-Bajestan, and David Wood (2019) "Coupled thermal-optical numerical modeling of PV/T module–Combining CFD approach and two-band radiation DO model." Energy conversion and management 198: 111781.
 
[26] Mattei, Michel, Gilles Notton, Christian Cristofari, Marc Muselli, and Philippe Poggi (2006) "Calculation of the polycrystalline PV module temperature using a simple method of energy balance." Renewable energy 31, no. 4: 553-567
[27] Sampathkumar, K., T. V. Arjunan, P. Pitchandi, and P. Senthilkumar (2010) "Active solar distillation—A detailed review." Renewable and sustainable energy reviews 14, no. 6: 1503-1526.
[28] Dwivedi, V. K., and G. N. Tiwari (2009) "Comparison of internal heat transfer coefficients in passive solar stills by different thermal models: an experimental validation." Desalination 246, no. 1-3: 304-318.
[29] Shawaqfeh, Ahmad Taleb, and Mohammed Mehdi Farid (1995) "New development in the theory of heat and mass transfer in solar stills." Solar Energy 55, no. 6: 527-535.
[30] Emam, Mohamed, and Mahmoud Ahmed (2018) "Cooling concentrator photovoltaic systems using various configurations of phase-change material heat sinks." Energy conversion and management 158: 298-314.
[31] Tiwari, G. N., A. Minocha, P. B. Sharma, and M. Emran Khan (1997) "Simulation of convective mass transfer in a solar distillation process." Energy conversion and management 38, no. 8: 761-770.