شبیه‌سازی عددی اثرات جریان هوا بر جابجایی ذرات گرد و غبار روی سطح مجموعة سلول‌های سهموی خورشیدی به منظور طراحی سیستم غبارزدایی خودکار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشگاه قم، قم، ایران

2 استادیار، دانشگاه قم، قم، ایران

چکیده

امروزه مجموعه گردآوردنده خورشیدی سهموی یکی از موثرترین فن‌آوری‌ها برای تولید الکتریسیته می‌باشد. عملکرد یک سلول خورشیدی تحت‌تأثیر انباشت ذرات گردوغبار روی سطح آن تغییر می‌کند. برای مطالعه میدان جریان اطراف مجموعه‌ای از سلو‌ل‌های خورشیدی، از مدل جریان سه‌بعدی و روبکرد اویلری همراه با مدلسازی اثرات آشفتگی مبتنی بر مدل SST k-w و برای مدلسازی جابجایی ذرات گردوغبار از الگوی لاگرانژی بهره‌برده شده‌است. روش حل عددی در این شبیه­سازی (الگوریتم سیمپل، روش مرتبه دوم بالادست و روش ذوزنقه­ای جهت انتگرال­گیری از معادله حرکت ذرات) می‌باشد. نتایج نشان از افزایش ضریب پسا با زاویه گام می‌دهد. همچنین ضریب برآ در زاویة 30 درجه حداکثر مقدار مطلق خود را داشته و در زوایای صفر و 90 درجه به مقدار صفر نزدیک می‌شود. علاوه بر این گشتاور پیچشی وارد بر مرکز دوران سلول، در زوایای گام 30 و 45 درجه و گشتاور سمتی در زاویه 90 درجه حداکثر مقدار خود را دارد. رفتار نشست ذرات نشان‌دهنده نشست بیشتر ذرات بر روی سلول مقابل جریان غالب باد، درمقایسه با سلول‌های دیگر است. همچنین هرچه سرعت جریان هوا کمتر و زاویه گام بیشتر باشد، نشست ذرات بیشتر می‌شود. از دیگر نتایج می‌توان به کاهش کمتر بازده با افزایش سرعت اشاره کرد و زوایای 45، 60 و 75 درجه کاهش بازده حدوداً یکسانی دارند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulations of Airflow Effects on Dust Deposition around a Set of Parabolic Solar Dishes for the Design of Automatic Dust Removing Systems

نویسندگان [English]

  • Alireza Khoshnavid 1
  • Mohammad Kazem Moayyedi 2
1 Master's degree, University of Qom, Qom, Iran
2 Assistant Professor, University of Qom, Qom, Iran
چکیده [English]

Today, the parabolic solar collector set is one of the most effective technologies for generating electricity. The performance of a solar cell changes under the accumulation of dust particles on its surface. In this research a three-dimensional flow model and the Eulerian approach with SST k-w based turbulence modeling are used to study the flow field around a set of solar cells, and the Lagrangian approach is used to model the displacement of dust particles. The numerical method used in this simulation is the SIMPLE Algorithm, whilst the upstream second-order method and the Trapezoidal method are applied for the particle motion equation integration. The results show an increase in the drag coefficient with the pitch angle. Also, the lift coefficient has an absolute maximum value at an angle of 30 degrees and approaches zero at the angles of zero and 90 degrees. In addition, the pitch torque at the center of the cell rotation has a maximum value at 30 and 45 degree pitch angles and the lateral torque has its maximum value at 90 ° angle. The particle settling behavior indicates that compared to other cells, the cell that faces the prevailing wind flow has more particle accumulation on it. Also, at low-speed airflow and high pitch angle, the particle deposition increases. The research outcomes show less efficiency reduction with increasing speed, and approximately the same efficiency at the pitch angle of 45, 60, and 75 degrees.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computational fluid Dynamics
  • Solar parabolic cell
  • dust deposition
  • Pitch angle
  • Solar cell efficiency

Smiley face

مراجع

  1. Sarver, T., Al-Qaraghuli, A., and Kazmerski, L. L. “A Comprehensive Review of the Impact of Dust on the Use of Solar Energy: History, Investigations, Results, Literature, and Mitigation Approaches,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, No. 22, pp. 698-733, 2013.‏
  2. Moayyedi, M.K., and Khoshnavid, A., “Numerical Simulation of Air Flow Pattern and Dust Particle Deposition on the Surfaces of a Collection of Parabolic Solar Cells,” 18thConference on Fluid Dynamics, 2019. (In Pesian)
  3. Goossens, D., and Van Kerschaever, E. “Aeolian Dust Deposition on Photovoltaic Solar Cells: The Effects of Wind Velocity and Airborne Dust Concentration on Cell Performance,”Solar Energy, 66(4), pp. 277-289, 1999.
  4. Offer, Z. I., and Goossens, D. “Airborne Dust in the Northern Negev Desert (January–December 1987): General Occurrence and Dust Concentration Measurements,”Journal of Arid Environments, 18(1), pp. 1-19, 1990.‏
  5. Mejia, F. A., and Kleissl, J., “Soiling Losses for Solar Photovoltaic Systems in California,” Solar Energy, 95, pp. 357-363, 2013.
  6. Christo, F. C. “Numerical Modelling of Wind and Dust Patterns around a Full-Scale Paraboloidal Solar Dish,”Renewable Energy, 39(1), pp. 356-366, 2012.‏
  7. Uzair, M., Anderson, T., Nates, R., and Jouin, E. “A Validated Simulation of Wind Flow around a Parabolic Dish, In Proceedings of the Asia Pacific Solar Research Conference, 2015‏.
  8. Paudyal, B. R., and Shakya, S. R. “Dust Accumulation Effects on Efficiency of Solar PV Modules for Off Grid Purpose: A Case Study of Kathmandu,”Solar Energy, 135, pp. 103-110, 2016‏.
  9. Zhao, M., Zhang, X., Zhang, X., Zou, L., and Kang, X., “Numerical Simulation of Wind Pressure Coefficient and Distribution Trend of the Dust Concentration for Parabolic Trough Solar Collector,” In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 63, No. 1, p. 012009). IOP Publishing, 2017.‏
  10. Yu, M., Gong, J., and Cai, H., “Numerical Simulation of Impact on Wind Load due to Mirror Gap Effect for Parabolic Dish Solar Concentrator,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 233(8), pp. 1056-1067, 2019.‏
  11. Dida, M., Boughali, S., Bechki, D., and Bouguettaia, H. “Output Power Loss of Crystalline Silicon Photovoltaic Modules due to Dust Accumulation in Saharan environment,t Renewable and Sustainable Energy Reviews, 124, pp. 109787., 2020
  12. Sanieenejad, M., “Introduction to Turbulent Flow Concepts and Their Modeling,” Danesh Negar Publications (In Persian), 2018.
  13. Saadati, E., and Zin al-Abedini M., “Principles of Basic and Advanced Simulation of Computational Fluid Dynamics using FLUENT and CFX Software,” Engineering and Training Services Company Perdad Petro Danesh (PTEC), Pp. 427-475, 2015. (In Persian)
  14. Ghazanfarian, J., “Modern Fluid Mechanics from a Simple Viewpoint,” first volume, (In Persian), 2018.
  15. Tohidi, A. and Ghaffari Ghahroodi, H., “A Comprehensive Guide to ANSYS FLUENT,” Publications of Dibagaran Cultural and Artistic Institute of Tehran, 2013. (In Persian)
  16. Moayyedi, M.K., and Khoshnavid, A., “Investigating the Effect of Accumulation and Deposition of Dust Particles on the Efficiency of Solar Cells using Numerical Simulation,” 27thAnnual and International Conference of Iranian Society of Mechanical Engineering, Tarbiat Modaress University, 2019. (In Persian)
  17. Cengel, Y., and Cimbala, J. M., “Fundamental and Applications Solar Engineering of Thermal Processes,” 3rd edition, McGraw-Hill, New York, 2014.
  18. Jiang, H., Lu, L., and Sun, K. “Experimental Investigation of the Impact of Airborne Dust Deposition on the Performance of Solar Photovoltaic (PV) Modules,”Atmospheric Environment, 45(25), pp. 4299-4304, 2011.19.11‏
مکانیک سیالات و آیرودینامیک
دوره 11، شماره 1 - شماره پیاپی 29
بهار و تابستان 1401
شهریور 1401
صفحه 97-113

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 10 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری: 09 تیر 1401
  • تاریخ پذیرش: 07 مرداد 1401
  • تاریخ انتشار: 01 شهریور 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار