Numerical and experimental analysis of direct absorption concentrated solar collector using nano-fluid

Abstract

Parabolik oluk güneş kolektörü, termik verimliliği artırmak için birçok çalışma yürüten güneş kolektörlerinin en etkili tiplerinden biridir.Doğrudan absorpsiyon güneş kolektörü (DASC), son zamanlarda kullanılan yeni birsolartoplama tekniğidir.Bu yeni teknik hakkında yayınlanan pek az araştırma vardır. Doğrudan absorpsiyon güneş kolektörü için yeni bir konfigürasyon geliştirildi.Bu çalışmada, dolaşımda olmayan nano-sıvılar,güneş radyasyonunu bir cam tüp duvarından absorbe eder. Emilen ısı, doğrudan nano-sıvı içine batırılmış bakır boru içinde akan dolaşımdaki suya aktarılır. Sayısal olan bu model, ANSYS FLUENT tarafından akan su için, halkalı nano-sıvı bölgesive iki farklı akan sıvıyı ayıran bakır boru için geliştirildi. Parabolik oluk tarafından yansıtılan yoğunsolar dizinlerinin ısı emilimi, nano-sıvı alanında çözülen enerji denkleminde ısı kaynağı olarak simüle edilir. Ölçü oranı ½ olan ve cam-bakır borudan oluşan bu solar alıcı ünitenin bir metre uzunluğundaki verimliliği 100 l/s'de yüzde 65'e kadar çıkar. Simülasyondan elde edilen sayısal sonuçlar, deney sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır.Daha sonra, bu yeni konfigürasyonunvolümetrik akış değişiminin etkisi ve giriş sıvı sıcaklığının verimliliği ve performansı üzerine bir çalışma yapılır.Ayrıca, bu yeni konfigürasyonun0.055% ve0,1% oranında nano-sıvı yoğunluk değişiminin etkisi üzerine bir çalışma yapıldı. Bu yeni çalışma, prensip ve simülasyon kodu olarak metedolojide doğrudan solar toplama yöntemiyle çalışan benzer güneş kolektörlerinin imalat ve geliştirilmelerine kılavuzluk eder.Anahtar kelimler:Doğrudan absorpsiyon güneş kolektörü, nano-sıvı, yoğun solar kolektörü.

The parabolic trough solar collector is one of the most efficient and it has been studied widely. Direct absorption solar collector (DASC) is a new technique used recently in harvesting solar energy. Since this technique is new, the number of research publication are still fewer than that of conventional solar collectors. A novel configuration, for direct absorption solar collector, is been developed. In this study, none-circulated Nano-fluid is used to absorb the solar radiation through a glass wall. The absorbed heat is directly transferred to circulated water flowing inside a copper tube submerged in the Nano-fluid. Numerical models has been developed using ANSYS FLUENT. The numerical model simulate the buoyancy driven flow and the solar radiation absorption of the nanofluid as well as the heat transfer through the walls to the flowing water. The heat absorption of concentrated solar rays reflected by parabolic trough is simulated as a heat source in the energy equation solved in the Nano-fluid region. The efficiency of one meter length of solar receiver unit, with glass-to-copper tube size ratio of ½, increases significantly with flow rate up to 65% at 100 l/h. The numerical results obtained from the simulation are compared with the experimental results. A study of the effect of changing the volumetric flow rate and the inlet fluid temperature on the efficiency of the new configuration is performed. Also, the effect of the concentration of nanofluid at 0.055% and 0.100% on the efficiency of the new configuration is reported. This study provides a novel concept of a collector tube as well as a methodology and codes for simulation that can be used in the development and manufacture of solar collectors that works on the principle of direct absorption solar energy.Keywords: Direct absorption solar collector, Nanofluid, concentrated solar collector