مسعود ابراهیمی

در تحقیق حاضر، دو چرخه تولید همزمان برق و گرما که برای مصارف مسکونی مناسب می باشند، طراحی گردید و مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفت. اجزای اصلی هردو چرخه، یک سیستم ترکیبی فتوولتاییک حرارتی (PVT) و ژنراتور ترموالکتریک (TEG) می باشد. در هردو چرخه ارائه شده، سیستم فتوولتاییک حرارتی به صورت همزمان برق و گرما تولید می کند. برق تولید شده توسط باتری ذخیره می شد. برای استفاده از آب گرم تولید شده و تولید الکتریسیته بیشتر، در هردو چرخه از مواد ترموالکتریک به عنوان ژنراتور استفاده شد. به این صورت که ژنراتور ترموالکتریک بین منبع و چاه گرمایی قرار می گرفت و با برقراری اختلاف دما، پتانسیل الکتریکی ایجاد می شد. از آب گرم تولید شده توسط سیستم PVT به عنوان منبع گرما و آب با دمای ℃20 به عنوان چاه گرمایی استفاده شد. در چرخه اول، آب وارد مجرای کلکتور می شد و با دریافت گرمای تابش خورشید در مخزن تعبیه شده ذخیره می شد. در چرخه دوم، در ساعت اولیه روز مخزن حاوی آب با دمای برابر با دمای محیط بود که در هر لحظه توسط پمپ با یک گردش اجباری وارد کلکتور می شد و پس از دریافت گرما از صفحه جاذب، مجدداً وارد مخزن می شد. مدل های ریاضی ترکیبی فتوولتاییک حرارتی، ژنراتور ترموالکتریک و سایر اجزای چرخه ها استخراج و با برنامه کامپیوتری متلب (MATLAB) کدنویسی شدند. برای اطمینان از مدل های استخراج شده، عملکرد هرکدام از اجزای اصلی چرخه ها با کار دیگر محققان مقایسه گردید. در نهایت هردو چرخه ارائه شده از دیدگاه های مختلفی هم چون تحلیل انرژی، اگزرژی و اقتصادی مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان داد که برای شرایط عملیاتی مشابه، بیش ترین انرژی حرارتی و الکتریکی دریافتی سیستم خورشیدی و انرژی الکتریکی ژنراتور ترموالکتریک در یک ساعت خاص برای چرخه اول به ترتیب مقادیر 76/864، 86/171 و 8/0 وات می باشد. هم چنین بیش ترین بازده حرارتی، الکتریکی و اگزرژی سیستم خورشیدی و بیش ترین بازده الکتریکی و اگزرژی ژنراتور ترموالکتریک در یک ساعت خاص برای چرخه اول به ترتیب مقادیر 3/54، 22/15، 2/16، 9/0 و 6/14 درصد می باشد. برای چرخه دوم نیز بیش ترین انرژی حرارتی و الکتریکی دریافتی سیستم خورشیدی و انرژی الکتریکی ژنراتور ترموالکتریک در یک ساعت خاص به ترتیب 6/866، 86/171 و 09/0 وات می باشد. بیش ترین بازده حرارتی، الکتریکی و اگزرژی سیستم خورشیدی و بیش ترین بازده الکتریکی و اگزرژی ژنراتور ترموالکتریک در یک ساعت خاص برای چرخه دوم نیز به ترتیب مقادیر 2/63، 22/15، 09/15، 39/0 و 82/13 درصد به دست آمد. هم چنین، با توجه به نتایج تحلیل اقتصادی، زمان بازگشت سرمایه و ارزش خالص فعلی برای چرخه اول به ترتیب برابر 4/8 سال و 8/267 دلار، و برای چرخه دوم نیز 1/8 سال و 16/280 دلار به دست آمد. بررسی نتایج به دست آمده حاکی از آن بود که عملکرد چرخه اول از دیدگاه بازدهی انرژی و اگزرژی نسبت به چرخه دوم بهتر است.