Un sistema fotovoltaico-termico sperimentale basato su un nanofluido di ossido di zirconio

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Gli scienziati dell’Università di Miskolc in Ungheria e della Basrah University for Oil and Gas in Iraq hanno progettato un prototipo di sistema fotovoltaico-termico (PVT) che utilizza un nanofluido di ossido di zirconio (ZrO2) come agente di raffreddamento per l’unità fotovoltaica del sistema.

L’obiettivo del lavoro è stato confrontare le prestazioni del sistema con quelle di sistemi fotovoltaici non raffreddati o raffreddati con acqua in condizioni di clima caldo.

“Gli esperimenti sono stati condotti nel maggio 2022 in giornate di sole dalle 7:00 alle 17:00, senza variazioni significative della temperatura ambiente e della radiazione solare durante i giorni dell’esperimento”, hanno dichiarato i ricercatori. “La temperatura ambiente massima è stata di 42,7 °C, in particolare alle 12:20, per poi scendere gradualmente fino al tramonto”.

L’ambiente sperimentale era situato nella città di Bassora, nel sud dell’Iraq. Era costituito da un modulo PVT raffreddato da ZrO2, da un modulo PV raffreddato con acqua e da un modulo PV senza raffreddamento; tutti i moduli avevano una potenza nominale di 50 W. Il modulo PVT utilizza una piastra di rame assorbente con canali di flusso attaccati sul retro, che riduce la temperatura del modulo.

Il gruppo ha anche applicato uno strato di lana termica sui tubi a serpentina per coprire completamente la parte posteriore del modulo fotovoltaico e ridurre le perdite di calore, coprendo poi il tutto con una piastra di alluminio. Il nanofluido di ZrO2 viene fatto circolare nei tubi a serpentina da due pompe con una portata massica di 0,7 L/min regolata da sensori di flusso.

Gli scienziati hanno applicato tre diverse concentrazioni di ZrO2 dello 0,015%, 0,025% e 0,0275% nel sistema PVT, che hanno portato a riduzioni di temperatura rispettivamente del 14%, 18,1% e 21,2% rispetto al pannello fotovoltaico di riferimento senza raffreddamento. La temperatura di esercizio del modulo raffreddato con acqua è stata ridotta del 9,7%.

Il sistema è stato presentato nello studio “Effect of zirconium oxide nanofluid on the behaviour of photovoltaic-thermal system: An experimental study”, pubblicato su Energy Reports. “Lo studio attuale può essere ampliato migliorando le proprietà termiche del nanofluido di ZrO attraverso l’aggiunta di un altro tipo di nanomateriali per formare un nanofluido ibrido, da applicare per la progettazione di un nuovo sistema di raffreddamento”, hanno dichiarato gli scienziati.

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