اطلاعیه دفاع از پایان­نامه کارشناسی ارشد خانم نازنین السادات ترابی در رشته­ مهندسی سیستم‌های انرژی - تکنولوژی انرژی با عنوان تحلیل عددی انتقال حرارت و تولید توان الکتریکی در سلول فتوولتاییک سیلیکونی با فناوری متمرکز شونده

پژوهشکده انرژی، آب و محیط زیست

پایان­نامه کارشناسی ارشد در رشته­

مهندسی سیستم‌های انرژی - تکنولوژی انرژی

تحلیل عددی انتقال حرارت و تولید توان الکتریکی در سلول فتوولتاییک سیلیکونی با فناوری متمرکز شونده

استاد راهنما

دکتر محمد نظیفی فرد

توسط:

نازنین السادات ترابی

(شهریور) 1403

تاریخ دفاع: 25 شهریور 1403 ساعت 16

محل: ساختمان پژوهشکده انرژی

داوران:

دکتر مجید نیک فر

دکتر حمید رضا شهبازیان

چکیده

در این پایان‌نامه، با ایجاد یک مدل نوری-الکتریکی-حرارتی در نرم‌افزار کامسول مولتی‌فیزیک، تحلیلی عددی از رفتار الکتریکی و حرارتی سلول‌های سیلیکون کریستالی اولیه با در نظرگرفتن اثرات متقابل، ارائه شده است. فرآیند شبیه‌سازی از تابش خورشید تا دریافت الکتریسیته و انرژی گرمایی نامطلوب با کوپل ماژول‌های "Electromagnetic Waves"، "Semiconductor " و "Heat transfer in Solids" انجام شد. براین اساس یک مدل کامل از مکانیزم‌های حرارتی اعم از پنج عامل تولید گرما و دو عامل اتلاف حرارت توصیف شد. مشاهده شد که گرمایش ژول در جریان اتصال کوتاه، بیشترین اثر را در افزایش دمای سلول‌های خورشیدی دارد. در مقابل، گرمایش حاصل از بازترکیبی‌های شاکلی-رید-هال و مارپیچ در افزایش دما در ولتاژ مدارباز نقش دارند. بر اساس نتایج، گرمایش حاصل از جذب به ولتاژ بستگی نداشته و میزان ثابتی است. مقادیر بدست‌آمده برای گرمایش پلتیه و گرمایش بازترکیبی سطح، نشان داد که این عوامل تابعی از ولتاژ هستند و به‌ترتیب در جریان اتصال کوتاه و ولتاژ مدار باز به بیشینه خود می‌رسند. مجموع انتقال حرارت جابجایی از سطوح بالایی و پایینی سلول که با درنظر گرفتن جابجایی از نوع طبیعی و جریان آرام بر روی سطح شیب‌دار مدل تعریف شده بود؛  سهمی تقریبا معادل با انتقال حرارت تشعشعی با فرض انتشار سطحی بالا دارد. شبیه‌سازی‌ها نشان داد که در تعادل حرارتی، دمای سلول از مقدار اولیه K 293 به محدوده دمایی K 322 تا K 325  که به ترتیب مربوط به حالت‌های ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه می‌باشند می‌رسد. نتایج مؤید این نکته است که کمینه دما در ولتاژی رخ می‌دهد که توان الکتریکی خروجی سلول بیشترین مقدار خود را دارد. بیشینه توان سلول شبیه‌سازی شده برابر با (mW/cm²) 17.1 است که در ولتاژ (V) 0.64 حاصل شده است. با افزایش دما مقدار جریان اتصال کوتاه تغییر چندانی ندارد، ولی در مقابل میزان ولتاژ مدارباز (V) 0.06 کاهش می‌یابد. این کاهش ولتاژ باعث 9.3% کاهش در توان و کاهش ضریب پرشدگی از 78%  به 77.1% می‌شود. با توجه به نوع سلول شبیه‌سازی شده نتایج تأثیرگذاری متمرکزکننده فتوولتائی بر عملکرد الکتریکی و دمای سلول، در غلظت‌های نوری 1.5 الی 2.5 مورد ارزیابی قرار گرفت و با استفاده از روش بهینه‌سازی سطح-پاسخ شرایط عملکردی بهینه بدست آمد و امکان‌سنجی بکارگیری سیستم فتوولتائیک متمرکز مورد تأیید قرارگرفت. در بررسی صحت عملکرد مدل و روایی سنجی آن، پنج آنالیز حساسیت انجام و تطابق مطلوب بین نتایج مدل شبیه‌سازی‌شده در مقایسه با مطالعات پیشین مشاهده شد.

واژگان کلیدی: سلول خورشیدی، انتقال حرارت، توزیع دما، کامسول، سیلیکون کریستالی، متمرکزکننده فتوولتائی