Modeling and Performance Analysis of Low Concentration Photovoltaic (LCPV) System. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF g201004340-Modeling_and_Performance_Analysis_of_Low_Concentration_Photovoltaic_(LCPV)_System.pdf - Accepted Version Download (8MB) | Preview

Arabic Abstract

منذ تحسين تكنولوجيا الخاليا الكهروضوئية لمعدالت التحويل الكهروضوئية، فقد استخدمت على نطاق واسع في السنوات األخيرة, إال أن تطبيقات هذه األنظمة الكهروضوئية الكثيرة قد إنحصرت بسبب إرتفاع رأس المال ، ويمكن حل مشكلة إرتفاع التكاليف إما عن طريق زيادة كفاءة الخاليا الشمسية أو باستخدام تكنولوجيا تركيز الخاليا الكهروضوئية. الهدف من هذه الرسالة هو خفض تكلفة التحويل المباشر لإلشعاعات الشمسية إلى كهرباء، وتقديم كفاءة أعلى من نموذج الخاليا الضوئية مسطحة الشكل باستخدام تكنولوجيا تركيز منخفض. لهذا الغرض يتم توظيف اثنين من تكوينات LCPV: نظام PV-V الحوض ومركزات مكافئ مركب )CPC( متكاملة مع PV. في هذه الدراسة تم تطوير نمذجة ضوئية وحرارية لكال هذه التكوينات. تم دمج هذه النماذج مع النموذج الكهربائي لتقدير األداء العام لنظم LCPV. هذه األداة التحليلية يمكن أن تكون مفيدة للغاية للتأكد من إعتمادية هذه األنظمة في مختلف ظروف البيئة الجغرافية. من خالل دمج سلسلة PV المسطحة والغير مبردة مع مركزات مكافئ مركب )CPC( غير المغطى ، تم زيادة كمية الطاقة بنسبة 4..2٪. إذا تم توفير مياه التبريد مع عاكسات مركزات مكافئ مركب غير المغطى وغير مبرد مقارنة مع سلسلة PV المسطحة ، وكانت الزيادة في الطاقة الكهربائية حوالي 7..6٪. تمت دراسة تأثير الزجاج أيضا في نظام CPC-PV . الزجاج يحمي عاكسات لوحة PV من الغبار والرطوبة، ولكن من ناحية أخرى فإنه يزيد أيضا درجة حرارة لوحة الخلية الكهروضوئية. من وجهة نظر كهربائية فإن الزجاج يقلل من xxi انتاج الطاقة ومن وجهة نظر حرارية فإنه المفيد كما أنه يزيد من الكسب الحراري للنظام CPC-PV . لذا، يوصى CPC-PV الغير مغطى لزيادة انتاج الطاقة الكهربائية ولكن مع تعويض قليل من مزايا الزجاج. على نحو مماثل لنظام PV-V الحوض ، تمت زيادة الطاقة بنسبة 6.٪ مع دمج V-الحوض للوحة كهروضوئية بسيطة. انتاج الطاقة القصوى في وحدة تبريد فعال تتغير بشكل حاد في ظل ظروف التركيز وعدم التركيز. زيادة الطاقة القصوى من 4.6.2 )غير تركيز( إلى 4.2.2 واط )تركيز( مع زيادة نسبة ٪22. إضافة لذلك، فقد تم تصميم اإلعدادات التجريبية لنظام PV-V الحوض ونظام CPC-PV ، واختبارها . CPC-PV لمختلف الظروف المحيطة في الظهران. تم اختبار ستة تكوينات مختلفة في نفس الوقت لتحليل نظام وأظهرت البيانات التجريبية المستخلصة من أنظمة المختبر اتفاق جيد مع نتائج النموذج العددي.

English Abstract

Since the PV technology improves and maximizes the photoelectrical conversion rates, it has been extensively employed in the recent years. Due to the high initial capital cost of PV systems, their wide-ranging applications are restricted. This issue of cost reduction can be resolved either by increasing the efficiency of the solar cells or using the technology of concentration photovoltaics. The objective of this thesis is to reduce the cost of the direct conversion of solar radiation to electricity and present higher efficiency than the typical flat-type photovoltaic (PV) modules using low concentration technology. For this purpose two configurations of LCPV are employed: V-trough PV system and compound parabolic concentrator (CPC) integrated with PV. In the present study optical and thermal modeling for both of these configurations are developed. These models are coupled with the electrical model to estimate the overall performance of these respective LCPV systems. This analytical tool can be very useful to check the liability of these systems at various geographical environment conditions. By integrating uncooled simple flat PV string with unglazed CPC, the amount of power was increased by 45.2%. If watercooling was provided along with the unglazed CPC reflectors and compared with uncooled simple flat PV string, the increase in the electrical power was about 73.6%. Effect of glazing was also studied in PV-CPC system. Glazing protects the reflectors and PV-panel from dust and moisture, but on the other hand it also raises the temperature of the PV panel. From electrical point of view glazing reduces the power output and from thermal point of view it is beneficial as it increases the thermal gain of the PV- CPC system. Therefore, unglazed PV-CPC is recommended for greater electric power output but with a little compensation to the advantages of glazing. Similarly for V-trough PV system, the power was increased by 37% with the integration of V- trough to simple PV panel. Maximum power output of the actively cooled module changes sharply under concentration and non-concentration conditions. The maximum power increases from 207.4(non-concentration) to 298.8 W (concentration) with a percentage increase of 44%. Furthermore, the experimental setup for V-trough PV system and PV-CPC system has been designed, fabricated and tested for various ambient conditions in Dhahran. Six different configurations were tested simultaneously for PV-CPC system analysis. Experimental data extracted from these laboratory scale bench-top systems showed a good agreement with the numerical model results.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Seminars Research Math Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Palanichamy, Gandhidasam
Committee Members:	Haitham, Bahidrah
Depositing User:	TANWEER BILAL (g201004340)
Date Deposited:	17 Jun 2015 08:49
Last Modified:	01 Nov 2019 16:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139663