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Improving energy efficiency of photovoltaic/thermal systems by cooling with PCM nano-emulsions: An indoor experimental study

光伏系统 冷却液 乳状液 纳米- 热的 可用能 火用 材料科学 核工程 热能 相变材料 工艺工程 热力学 化学工程 工程类 物理 复合材料 生态学 生物
作者
Liu Liu,Jianlei Niu,Jian‐Yong Wu
出处
期刊:Renewable Energy [Elsevier]
卷期号:203: 568-582 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.renene.2022.12.090
摘要

This study was to evaluate the application of phase change material nano-emulsions as novel coolants for improving the overall efficiency of liquid-cooled photovoltaic/thermal systems. A self-designed lab-scale photovoltaic/thermal module was constructed with serpentine cooling tube of two different geometries. Two phase change material nano-emulsions with a melting point 29 °C or 38 °C were evaluated at various flow rates and solar irradiance periods on the energy and exergy efficiencies. The total thermal-equivalent energy efficiency was 84.41% on average and 89.23% maximum for the module by employing the nano-emulsion, in comparison to 79.95% and 83.23% in the water-cooled system, while the total exergy efficiency was 10.69% with the nano-emulsion, even lower than that of 11.66% with water. The results also suggested that latent heat release in a narrow temperature range was essential for a better energy performance using the nano-emulsion as a coolant. A relatively low flow rate of the nano-emulsion was usually favorable to the overall energy efficiency in consideration of pump power. Moreover, particle size and thermal properties of the nano-emulsion before and after the operation in the systems showed only marginal differences, indicating the high stability for long-term usage in liquid-cooled photovoltaic/thermal systems with performance enhancement.
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