OPTIMIZING PVT PERFORMANCE WITH MORPHING FINS DESIGN: A NUMERICAL ANALYSIS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MS Thesis) MS_Thesis_Ahmed_Bukar_g202203340.pdf Restricted to Repository staff only until 1 January 2026. Download (9MB)

Arabic Abstract

تُعد الأنظمة الكهروضوئية أساسية للانتقال العالمي نحو الطاقة المستدامة، إلا أن كفاءتها تتأثر سلبًا بارتفاع درجات حرارة التشغيل، مما يؤدي إلى انخفاض الأداء الكهربائي وموثوقية النظام. يبحث هذا البحث في حلول الإدارة الحرارية المتقدمة للأنظمة الكهروضوئية، من خلال الجمع بين تصميمات مبتكرة للمشتتات الحرارية ذات الزعانف واستراتيجيات تبريد الهواء والماء المتكاملة لمواجهة هذه التحديات. يشمل نطاق المشروع مراجعة شاملة للأدبيات، وتحسين تصميمات الزعانف المبردة بالهواء، وتكامل أنظمة التبريد الهجينة. تم استخدام عمليات محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية لتقييم التكوينات المختلفة تحت الإشعاع الشمسي المركز وغير المركز. تشير النتائج الرئيسية إلى أن تكوينات الزعانف المتقدمة، مثل الزعانف الطولية المتشعبة BLSF المدمجة مع نظام تبريد المياه، حققت تخفيضًا كبيرًا في درجات حرارة الوحدات الكهروضوئية يصل إلى 36 كلفن في الظروف غير المركزة و91 كلفن في الظروف المركزة. تحت الإشعاع المركز، حسّن النظام المتكامل الكفاءة الكهربائية بنسبة 56%، وزاد إنتاج الطاقة بنسبة 54%، وحقق توحيدًا في درجات الحرارة ضمن 1 كلفن على سطح الوحدة الكهروضوئية. توضح النتائج إمكانيات أنظمة التبريد الهجينة بين الهواء والماء لتعزيز أداء الأنظمة الكهروضوئية، وتقديم حلول قابلة للتطبيق في البيئات عالية الإشعاع. يعالج هذا البحث الثغرات الحرجة في الإدارة الحرارية للأنظمة الكهروضوئية ويضع أساسًا للبحث المستقبلي في الجدوى الاقتصادية، الابتكارات المادية، والتصاميم التكيفية لظروف المناخ المتنوعة

English Abstract

Photovoltaic systems are vital to the global transition toward sustainable energy, but their efficiency is adversely affected by elevated operating temperatures, leading to reduced electrical performance and system reliability. This research investigates advanced thermal management solutions for solar photovoltaic systems, combining innovative finned heatsink designs with integrated air and water cooling strategies to address these challenges. The scope of the project includes a comprehensive literature review, the optimization of air-cooled fin designs, and the integration of hybrid cooling systems. Computational fluid dynamics simulations were employed to evaluate various configurations under concentrated and non-concentrated solar irradiance. Key findings indicate that advanced fin configurations, such as bifurcated longitudinal split fins integrated with water cooling, achieved significant PV temperature reductions of up to 36 K and 91 K under non-concentrated and concentrated conditions, respectively. For the concentrated irradiance, the integrated system improved electrical efficiency by 56%, increased power output by 54%, and achieved temperature uniformity within 1 K across the PV surface. This research addresses critical gaps in PV thermal management and lays a foundation for future research in economic feasibility, material innovations, and adaptive designs for diverse climatic conditions.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Almerbati, Abdulrahman
Committee Members:	ZUBAIR, SYED M. and Shuja, Shahzada Zaman
Depositing User:	AHMED BUKAR (g202203340)
Date Deposited:	01 Jan 2025 09:38
Last Modified:	01 Jan 2025 09:38
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143215